Obnovitelné zdroje energie, především ty elektrické, mívají jeden velký problém: skladování získané energie. Vyzkoušeli jsme už všechno možné, některá úložiště fungují, jiná se ukazují býti slepými uličkami, další jsou velmi drahá, velmi slibně však vypadá projekt StEnSea, který spočívá ve skladování elektřiny v obrovských betonových koulích na dně moří. A první výsledky projektu naznačují, že jde o řešení levné, čisté, s minimálním dopadem na životní prostředí a hlavně funkční. Proto do něj také investovaly peníze německá i americká vláda.
Mořské dno je přijatelným místem ke skladování elektřiny i pro veřejnost
„Přečerpávací elektrárny jsou obzvláště vhodné pro skladování elektřiny po dobu několika hodin nebo několika dnů. Jejich potenciál pro rozšíření je však celosvětově velmi omezený. Proto přenášíme jejich princip fungování na mořské dno, kde jsou přírodní a ekologická omezení mnohem méně výrazná. Navíc je pravděpodobné, že přijetí veřejností bude výrazně vyšší,“ vysvětlil záměr projektu StEnSea Bernhard Ernst, projektový ředitel společnosti Fraunhofer IEE.
)
Po úspěšném testu zelená od německé a americké vlády
Výsledky projektu StEnSea, jak nazval novou iniciativu Fraunhoferův institut pro energetickou ekonomiku a energetické systémy, již přesvědčily vlády na obou stranách Atlantiku. Po úspěšném testu s třímetrovým prototypem v Bodamském jezeře daly německá vláda a americké ministerstvo energetiky zelenou mnohem ambicióznější druhé fázi u pobřeží Kalifornie. Nejprve zde ponoří kouli o průměru 9 metrů a po ověření výsledků se přejde k instalaci koulí o průměru 30 metrů.
2 klíčoví partneři – odborníci na 3D tisk betonu a podvodní čerpadla
Fraunhofer IEE spolupracuje na projektu StEnSea s americkým startupem Sperra, který se specializuje na 3D tisk betonu právě pro aplikace v oblasti obnovitelných zdrojů energie. Dalším partnerem je Pleuger Industries, německá společnost se sídlem v Miami, jeden z předních světových výrobců podvodních čerpadel. Proč? Protože právě podvodní čerpadla jsou klíčovými součástmi kulového úložného systému StEnSea.
)
Jak to vlastně funguje?
Mechanismus podmořského přečerpávacího úložiště energie je vlastně překvapivě jednoduchý, stejně jako elegantní. Každá koule je dutá a je vybavena dvěma klíčovými prvky: podvodním kabelem, který ji připojuje k elektrické síti, a ventilem spojeným s čerpací turbínou. Tyto koule se jednoduše instalují v mírně se svažujících pobřežních oblastech v hloubce několika set metrů. Pro uložení energie motorové čerpadlo čerpá vodu z koule proti tlaku okolního vodního sloupce. A cyklus pak může začít znovu.
Kalifornský test má proběhnout do konce roku 2026
Všichni tři partneři projektu si vybrali pobřežní oblast u Long Beach nedaleko Los Angeles. A plánují zde podvodní betonová úložiště energie zprovoznit nejpozději do konce roku 2026. Německé spolkové ministerstvo hospodářství a klimatu přitom financuje projekt částkou téměř 3,4 milionu eur a americké ministerstvo energetiky přibližně 4 miliony dolarů. Evidentně došlo i úřadům, že je na obzoru převratné řešení, přitom vlastně velmi jednoduché, až primitivní.
)
Společnost Sperra vyrobí betonovou kouli v Long Beach pomocí 3D tisku, pravděpodobně v kombinaci s tradiční betonovou konstrukcí. Koule bude mít nahoře otvor, do kterého bude do potrubí integrováno podvodní motorové čerpadlo (čerpací turbína). Po otevření ventilu bude voda proudit potrubím do koule. Integrované čerpadlo pracuje v opačném směru a funguje jako turbína, kdy voda pohání motor a vyrábí elektřinu. Tím se vybíjí systém pro ukládání energie.
Ideální hloubka je 600 až 800 metrů
Nápad pochází z roku 2011 a vyvinut byl pány Horstem Schmidtem-Böckingem a Gerhardem Lutherem. Podvodní kabel se připojuje k elektrické síti na souši nebo k plovoucí trafostanici na větrné farmě na moři. Kapacita a výkon sférického úložiště přitom závisí především na dvou faktorech: objemu koulí a vodním sloupci, který na ně tlačí. Odborníci z Fraunhofer IEE vypočítali, že je z ekonomického hlediska ideální hloubka vody 600 až 800 metrů. V takové hloubce jsou optimálně vyvážené parametry jako tlak, požadovaná hmotnost koule a potřebná tloušťka její stěny. V této hloubce lze navíc stále používat konvenční podvodní čerpadla a není potřeba žádný speciální vysokopevnostní beton.
)
Dostatek podmořských příležitostí
V hloubce 600 až 800 metrů pod hladinou moře je navíc více než dostatek potenciálních míst pro sférické úložiště StEnSea, jak ukazuje analýza GIS pobřežních mořských oblastí. Odborníci z Fraunhofer IEE zohlednili parametry, jako je sklon mořského dna, proudy, posun sedimentů a vzdálenost od pevniny. Například u pobřeží Norska, Portugalska, východního a západního pobřeží Spojených států, Brazílie nebo Japonska by mohlo být instalováno velké množství sférických úložišť. Technologie je vhodná i pro hluboká přírodní nebo umělá jezera, jako jsou zatopené povrchové doly.
)
Minimální náklady, vydrží až půl století
Podmořská přečerpávací vodní elektrárna v kalifornských vodách bude zprvu tvořena z 9 metrů velké betonové koule o hmotnosti 400 tun, která se umístí v hloubce až 600 metrů. Vyčerpáním vody se nádrž nabíjí (ukládá energii). Vpuštěním vody se nádrž vybíjí a vyrábí elektřinu. Výkon tohoto prototypu je 0,5 megawattu a jeho kapacita je 0,4 megawatthodiny.
Globální skladovací potenciál
Podle výzkumníků z Fraunhoferu je globální skladovací potenciál této technologie 817 000 gigawatthodin. V deseti nejlepších evropských lokalitách toto číslo dosahuje hodnoty 166 000 gigawatthodin. Pro srovnání, kapacita stávajících přečerpávacích elektráren na pevnině v Německu je necelých 40 gigawatthodin. Výzkumníci z Fraunhofer IEE odhadují náklady na skladování na přibližně 4,6 centu za kilowatthodinu, investiční náklady na 1 354 eur za kilowatt výkonu a 158 eur za kilowatthodinu kapacity. Betonová koule má životnost 50 až 60 let. Čerpací turbíny a generátory by bylo nutné vyměňovat každých 20 let.
)
Účinnost skladování elektřiny pod hladinou moře
Účinnost v celém cyklu skladování je o něco nižší než u konvenční přečerpávací elektrárny, pohybuje se mezi 75 % a 80 %. Tento výpočet je založen na úložišti se šesti koulemi, celkovým výkonem 30 megawattů a kapacitou 120 megawatthodin s 520 skladovacími cykly ročně. Sférický skladovací systém StEnSea je obzvláště vhodný pro dva obchodní modely: arbitráž, tj. nákup elektřiny za nízké tržní ceny a její prodej za vysoké tržní ceny, a poskytování podpůrných služeb, které stabilizují elektrické sítě.
)
Cílem výzkumu jsou koule velké v průměru 30 metrů
Cílem současného výzkumu je zjištění a vyhodnocení všech kroků v procesech výroby, instalace, provozu a údržby ve vztahu k plánované velikosti koule o průměru 30 metrů. Předpokládá se přitom, že s globální energetickou transformací se poptávka po skladování elektřiny v nadcházejících letech enormně zvýší.
„S kulovým skladováním StEnSea jsme vyvinuli nákladově efektivní technologii, která se obzvláště dobře hodí pro krátkodobé a střednědobé skladování. Testem provedeným u pobřeží USA děláme významný krok k rozšíření a komercializaci tohoto konceptu skladování,“ uzavřel téma Bernhard Ernst.
Zdroj: elperiodicodelaenergia.com, iee.fraunhofer.de, techzpravy.cz
