Подводные резервуары перевернули систему хранения энергии

Nov 28, 2023

Насосное гидроаккумулирование — одна из старейших технологий энергоаккумулирования, а также одна из наиболее широко распространенных. Идея проста: используйте избыток энергии, чтобы накачать большое количество воды вверх, а затем пропустите ее обратно через турбину, когда вы захотите вернуть энергию позже.

С ростом использования возобновляемых источников энергии во всем мире возникает большой интерес к поиску способов хранения энергии из этих часто нестабильных источников. Традиционная гидроэлектростанция с насосом может помочь, но подходящей земли для работы не так много.

Однако решение может быть, и оно скрывается глубоко под волнами. Да, мы говорим о подводных гидроаккумуляторах!

Основная концепция подводной гидроаккумулирующей системы не отличается от концепции ее наземного аналога. Вся разница заключается в деталях того, как вы производите электричество, перекачивая воду, когда вы уже находитесь под водой.

Общая идея состоит в том, чтобы закрытое судно стояло на морском дне. Избыточная энергия затем используется для откачки воды из этого сосуда, оставляя внутри почти вакуум. Когда необходимо восстановить энергию из системы, можно позволить воде течь обратно в сосуд под давлением, создаваемым морской водой наверху. По мере наполнения сосуда текущая вода вращает турбину, вырабатывающую электроэнергию точно так же, как традиционная гидросистема с насосом.

Полезность такой конструкции на первый взгляд может быть неочевидна. Однако у такой системы есть несколько преимуществ. Главным из них является то, что такие системы можно легко разместить рядом с морскими ветряными электростанциями, которые ценятся за выработку электроэнергии, но со спорадической выработкой. Работа под водой также позволяет системе воспользоваться огромным давлением, оказываемым морем наверху. На каждые 10 метров глубины давление увеличивается примерно на одну атмосферу (1 бар), а в системе, предназначенной для работы с сосудами, близкими к вакууму при полной «заряженности», существует огромный перепад, которым можно воспользоваться. Некоторые конструкции рассчитаны на работу при давлении более 75 бар. Ожидается, что эффективность таких систем составит около 70-80%, что примерно соответствует эффективности традиционных гидроаккумулирующих систем.

Подводная конструкция также устраняет проблему испарения, которое истощает воду и, следовательно, энергию из перекачиваемых гидрорезервуаров. Установка также легко масштабируется. Каждому подводному водоему необходимо лишь электрическое подключение к сети и не более того. Простая установка большего количества резервуаров под водой с соответствующей электрической инфраструктурой позволит легко увеличить мощность такой установки.

Есть также простое преимущество: нет необходимости искать большие горы или долины для строительства резервуаров, и нет риска, что эти резервуары взорвутся и разрушат местные города в окрестностях. Вместо этого легко доступны редко используемые участки морского дна, и там очень мало жилых комплексов или существующих предприятий, что затрудняет процесс получения разрешений на строительство.

Наиболее заметным достижением в этой области является проект «Сохраненная энергия в море», также известный как StEnSea. Детище доктора Хорста Шмидта-Бёкинга и доктора Герхарда Лютера еще в 2011 году, основная идея привела к грандиозной концепции сфер диаметром 30 метров на дне океана. Они будут оснащены встроенными турбинными насосами для слива воды, а также выработки электроэнергии по мере ее обратного поступления.

В 2016 году было проведено испытание полномасштабной концепции в масштабе 1:10. Оно включало строительство бетонной сферы диаметром 3 м, которая будет служить основным резервуаром для хранения. Затонувшее на глубину 100 метров в Боденском озере в Германии судно в течение четырех недель подвергалось интенсивным испытаниям с целью определить жизнеспособность подводного гидроаккумулятора. Испытание в целом прошло успешно: команда инженеров смогла управлять сферой, накапливать энергию и восстанавливать ее позже.

Результаты исследования в сочетании с другими исследованиями показали команде, что идея осуществима на глубинах около 700 метров. Давление на этой глубине составляет порядка 70 бар и помогает системе генерировать большое количество энергии, оставаясь при этом в безопасной зоне с точки зрения прочности материала и практичности установки. Ожидается, что на этой глубине одна сфера сможет хранить полные 20 МВт электроэнергии в сочетании с турбиной, способной генерировать 5 МВт за время разрядки в четыре часа.