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都说大量的电是很难储存的,为什么不用电解水来储存能量、转换多余的电能?电池损耗周期什么意思

作者:机械网
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都说大量的电是很难储存的,为什么不用电解水来储存能量、转换多余的电能?电池损耗周期什么意思

  

都说大量的电是很难储存的,为什么不用电解水来储存能量、转换多余的电能?电池损耗周期什么意思

  目前储能领域最大规模的储能方法是抽水储能。能量转化率大约70%左右,也就是储存100度电能放出70度左右。但抽水储能受地形环境等等限制,不能随时随地建设,还要扣除输送衰减等等因素。其他还有压缩空气储能80%效率,但储能和释放过程伴随巨额的热量释放和吸收,必须搭配城市供暖系统和火机电站等系统配合使用,惯性飞轮储能大约85%效率,缺点机械磨损等因素导致自衰减及寿命问题,如果用磁悬浮则自身能耗较大无法达到高效率。超级电容储能90%效率,缺点能量密度太低,放电不线性。蓄电池储能包括锂硫电池铁锂电池铅酸电池钛酸锂等等,转化效率从80%-95%不等,各有优缺点。蓄电池储能是比较理想的储能方式,也是我比较看好的储能方式,之前收成本制约无法大规模应用。随着我国大力推进新能源汽车等政策,刺激了电池行业的迅猛发展,目前来说基本已具备大规模应用的条件了。提问所说的电解水压缩氢气储能也是一种方案,不过效率嘛,电解水大约50%不到的效率,压缩还要另外消耗20%左右电量,另外氢气贮存困难并且存在自泄露等问题,日泄率1%左右。然后氢转化为电用燃料电池技术大约90%效率,用氢发动机效率大约45%。这样算一下燃料电池0.5*0.8*0.9=0.36。氢发动机0.5*0.8*0.4=0.16。再减去氢气泄露,燃料电池催化剂寿命短,功率密度很低(瞬间放电能量太差),对空气质量要求高等等不利因素,氢储能综合效率不会超过35%(燃料电池)或15%(氢内燃机)!另外成本高昂!危险性很大。虽然技术上可行但和其他储能方式根本没有可比性!其实氢能源本身就是个伪命题,不管是车用还是储能,都是得不偿失的一种方案,在目前人类技术条件下几乎没有任何应用价值。小规模应用一下作为对工业废料氢的一种消耗还是可以的,但想要大规模发展简直是痴人说梦!

  看到这个问题,首先要解释一下,关于大量电能的存储问题不仅仅是存储方法的问题,而更重要的是电能到使用过程的转化率问题。

  所以针对这个问题,我大致从三个方面来讨论一下自己的看法。

  01

  对于大容量电能的存储要求,需要从两个大方面来衡量,那就是存储的容量和存储过程与释放过程的能量转化率。

  现在关于大容量电能的存储方法也有不少,比如蓄水法,超大容量电容法,超高速飞轮存储法等等,而蓄电池法是在容量有限范围内使用。

  02

  对于电解水来存储电能的方法,很早就有人提出了。但是由于电解水的效率极低,而电能转化为化学能的损耗高转化率低,导致这一方法无法带来实际的效益。也有少数行业的需求来用此法存储能力。

  最近有新闻讲,有关电解水的催化剂材料有了突破性的发展,在未来很有可能实现低成本高效益的电解水来存储大容量电能。

  03

  电能是目前最清洁的能源之一,更高效的存储和利用电能,才能使我们的生活环境变得更好。所以倡导小伙伴们好好学习,一起来为这个伟大的目标奋斗。

  我相信还有很多更好的储能方法,这都需要小伙伴们一起来创造和发现。

  欢迎小伙伴们一起来讨论,一起来分享,一起来成长。

  都说大量的电是很难储存的,为什么不用电解水来储存能量、转换多余的电能?

  蓄电技术其实很常见,但我们日常所能见到的电动车或者锂电池应急电源车,甚至大型UPS等,都是小规模甚至是微型蓄能的一个设备,而对于一个城市和更大规模的蓄能,这些明显就是不够的,现在主要有哪些大规模的蓄能技术呢?

  一、抽水蓄能,综合转换效率约70%

  二、压缩空气蓄能,综合转换效率约80%

  三、大规模电池蓄能,综合转换效率80%-90%

  四、飞轮储能与电容储能约85%-90%

  当最常用,规模最大的也就抽水蓄能,比如位于浙江安吉天荒坪的抽水蓄能电站,水库蓄能能力1046万kW·h,装机容量180万kW·h,对于水利建设行业来说这并不是一个特别大的数字,但如果用其他方式来实现,还真不是一般的难,比如压缩空气,这空间需要太大,而且压缩过程会有热量散失,电池蓄能成本太高,而且维护更换成本非常可观,飞轮与电容无法大规模应用!因此在大规模以及超大规模上只有抽水蓄能能达到我们的要求!

  安徽响水涧抽水蓄能电站

  那么电解水,然后储存氢气呢?

  目前商用最普遍的电解槽法,耗能大约在 4.5~5.5kwh/N m^3,能效大约在 72%~82%,折合约30~40元/kg氢,按热值算大约是汽油的1.5-2倍!

  但氢要重新转换为电能有两个方式,一是内燃机或者燃气轮机,另一个是燃料电池,前者效率只有40%(内燃机)-60%(联合循环燃气轮机),燃料电池能效和燃气轮机差不多,也能达到60%,那么电解氢最高效率可以达到50%左右(理论最高值),实际还有储氢损失(高效低成本储氢一直是一个难题)以及燃料电池的催化剂损耗等,一般很难超过40%!

  在这几个蓄电效率上,电解氢然后在重新转换成电的效率是最差的,当然对于国内弃风弃光这种白白浪费的电能,无疑这也是一条出路!因为在抽水蓄能尽管非常合适,但却并不是什么地方都可以建设抽水蓄能电站,需要一定的地势配合,还需要大量的水资源可供调配,因此从这一点来看,电解氢不失为一个方法,但它并不是最好的方式!

  我是学电气自动化的,我个人认为电解氢没有价值。

  第一,可以电解铝,铝土矿便宜,利用风光弃点电解铝,由供电局采购,当然,这是铝箔卷,做成铝空气电池使用。能量密度大,用途广,当作一次性动力电池用,用完了可以重新回收利用,而铝加工业可以设置在风力发电,光伏发电区域内。不单做铝箔,还可以做铝锭。铝箔还是重要的工业半成品,需求巨大。

  第二,可以建造压缩空气储能,利用5Mp压缩空气,甚至可以建造压缩空气市政管道,按每立方0.3元算,还有沿街共享充气设备,利用35KV级别供电的空压机压缩空气储气罐,高压储气罐约有10立方公里的储气罐群,电多的话开机充气,没电的话开气发电,可是可以的。

  第三,通过抽水蓄能电站,最应该建设在墨脱,修建2公里高的水坝储水,用大型抽水机把达旺地区的地下水抽干,还有是用大型抽水机把海水从海边用渡槽把海水送到罗布泊沙漠,地区,并修建水坝,多电时抽水,没电时排水,直接排在沙漠晒盐,而修建的水坝可以养海鲜,对于新疆,海鲜是十分昂贵的。墨脱蓄能电站有战略意义,印度胆敢侵华,就一次放水淹死他,而墨脱水电系统,必须拥有2000平方公里蓄水湖,这个项目需要动用氢弹。

  这个就是我设计的全国性蓄能系统。

  电离水可以得到氧气和氢气。我们可以将电网的富余发电量用来电解水,从而得到氢气。但这并不是一个好的办法。

  在工业上制取氢的方法有很多种,例如:将天然气进行蒸汽重整来大规模生产氢气:

  在这些工业制氢的方法中,用电解水制氢的成本是最高的,除非电费非常的便宜。

  在整个电力系统中,富余电量一般是在丰水期产生的:由于水电厂水库的库容有限,在丰水期时,为了大坝的安全只有“弃水”。这就相当于浪费了电能。当然,也有因为输电线路的断面输送能力不足造成的弃水。

  应对的方法也很多:

  电力系统一般会优先使用无法进行储存的发电能力。例如:在丰水期首先使用水力发电来供电,火电厂停发或旋转备用,节约下来的煤碳就相当于储存了电能。

  修建大型的具有年调节能力以上的水坝也能够起到储存电力的作用。

  抽水储能:将低处水库的水抽到高处,然后在用电高峰期将高处水库的水放出来发电。

  还有一些分布式的储能方式:蓄电池储能、空气压缩储能等。

  ……

  这些方式都比电解水要经济得多。有的小水电厂将这些富余电量用来挖比特币也是可以的。对于一些水电实在是富余的地方,修建一个大型的电解铝工厂就能极大的消耗这些富余的电量。

  刚好昨天看了一个科教片,说的是电的应用历史,最早的火力发电站是由爱迪生发明的,使用的是直流电,因为电压低,线损大,发电站必须建在居民区旁,后来,特斯拉发明了交流发电站,可以非常方便的提高电压,于是发电站可以建在远离城市的郊区,减少噪音和污染,值得玩味的是,现在特高压输电技术又变成直流电了,是不是有一种轮回的感觉?

  笔者觉得,目前最容易利用的能量是太阳能,而阳光最好的地方却基本上都是在人迹罕至的沙漠地区,人口密集的城市却没有多少场地用以建设太阳能发电站,那么,是否也像直流电的轮回一样,太阳能发电站也走一条分成式储能发电的路子?充分利用城市的楼顶,周边郊区的废弃空地,甚至是填埋完毕的垃圾填埋场,建设小型分布式太阳能储能发电站,储能方式就用锂电池,虽然目前锂电池的价格还不低,但是,随着锂电池的生产日益成熟,成本迟早会降下来,而且是在不久的将来,降得比铅酸电池还要低,锂的资源也很丰富,海水,盐湖里多的是,那为什么还要利用氢气?电解水生产氢气的难题突破还需要一段时间,锂电池白菜价指日可待,那为什么舍近求远?

  笔者在自己家楼顶安装了一套太阳能储能发电站,仅8.9千瓦的功率,投资3.2万元(大量采用二手太阳能发电板和二手磷酸铁锂电池降低成本,不远的将来,一手的也会像现在二手的一样便宜。),占楼顶面积1/3,因为够用了,还有2/3闲置着,就这样的小电站,晴天还是要弃用一半的电量(成本限制,只配置了自持48小时的铁锂电池),每个月电费只有20几元(因为连续阴雨天不够用,临时切换到市电)。

  这还只是笔者的个人行为,假如以小区为单位,统一规划,统一建设,利益均分,建设难度不大,建设成本不高,充分利用空间,节能减排,何乐而不为呢?

  大规模的太阳能风能发电站,留着给工业使用,工业城建设在沙漠地区不是不可能。

  电解水得到的就是氢气和氧气啊,氢气容易泄露,氧气容易爆炸。。而且都不好保存需要巨大的压缩储罐。。。

  电解水生成氧气和氢气,在技术上是可行的。

  但是氢气的存储,目前还是个难题。氢原子是最小的的原子,对容器的密封性要求极高,一旦泄露,非常容易爆炸。同时氢气需要在零下253度才能液化,因此储存氢气时也会消耗大量的能量(约为氢气燃烧释放能量的30%)。

  基于安全性及成本考虑,这种的方式并不适合储存能量。

  储存电能要效率高,转化快,成本低。目前最大型的就是抽水蓄能电站。效率大概是70%,储存1度电,用的时候是0.7度电。参考波峰波谷电价,还是划算的。缺点是选址太麻烦了

  因为成本高效率低,还不如蓄水

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