Підводні сфери зберігатимуть енергію на дні океану

На глибині близько 600 метрів під водою біля узбережжя Каліфорнії незабаром розпочне роботу унікальна система зберігання енергії. Бетонна сфера розміром з невеликий будинок стане частиною амбітного проекту StEnSea, що може революціонізувати спосіб накопичення відновлюваної енергії.

Концепція технології вражає своєю простотою. Порожниста бетонна сфера встановлюється на морському дні. Коли є надлишок електроенергії від вітрових електростанцій, її використовують для викачування морської води зі сфери, створюючи всередині вакуумоподібний стан. Коли енергія потрібна, відкривається клапан і морська вода під величезним тиском океану стрімко повертається назад, обертаючи турбіну та генеруючи електрику. Процес можна повторювати сотні разів на рік.

У 2017 році Фраунгоферський інститут енергетичної економіки та технологій енергетичних систем випробував цю систему з трьохметровою сферою в німецькому озері Констанц. Той невеликий прісноводний експеримент виявився успішним. Тепер команда готується до випробування значно більшої та амбітнішої версії в глибоких водах Тихого океану біля Лонг-Біч.

Новий прототип діаметром близько дев'яти метрів та вагою 400 тонн буде закріплений на глибині від 500 до 600 метрів під водою. Очікується, що він почне працювати до кінця 2026 року, зберігаючи до 0,4 мегават-години електроенергії — достатньо для живлення типового будинку протягом двох-трьох тижнів.

«Випробувальний запуск є великим кроком до масштабування технології», — зазначив доктор Бернгард Ернст, старший керівник проекту у Фраунгоферському інституті. «З глобальним енергетичним переходом попит на накопичення енергії надзвичайно зросте в найближчі роки».

Кінцеве бачення проекту вражає масштабами: поля 30-метрових сфер на морському дні, кожна з яких здатна зберігати набагато більше енергії. Фраунгоферський інститут оцінює глобальний потенціал накопичення в 817 тисяч гігават-годин — достатньо для живлення приблизно 75 мільйонів домівок щорічно.

По суті, StEnSea є варіацією столітньої концепції гідроакумулюючих електростанцій. Традиційні версії передбачають перекачування води вгору в резервуар, а потім її спуск вниз для генерації електрики за рахунок потенційної енергії. Але такі системи потребують двох водойм на різних висотах та величезних земельних ділянок.

StEnSea кмітливо замінює гірські схили океанськими глибинами. «Ми переносимо їхній функціональний принцип на морське дно — природні та екологічні обмеження там набагато менші», — пояснив Ернст. «Крім того, сприйняття громадянами, ймовірно, буде значно вищим».

Ідея має й практичні переваги. Морські локації часто розташовані поблизу місць виробництва відновлюваної енергії, як-от вітрові ферми. Підводні сфери можна розгортати поруч, не споживаючи землю та не викликаючи громадського опору. Глибокий океан стає верхнім резервуаром, а сфера — нижнім.

Конструкція прототипу відображає це поєднання інженерії та інновацій. Американський стартап Sperra, що спеціалізується на 3D-друку бетону, будує масивну сферу в Лонг-Біч. Компанія Pleuger Industries з Маямі, що має німецьке коріння, постачає підводні мотор-насоси, критично важливі для системи. Клапан у верхній частині сфери дозволяє морській воді стрімко надходити всередину або викачуватися назовні.

Ефективність системи становить близько 75−80 відсотків, що дещо нижче за традиційні гідроакумулюючі станції. Але термін служби бетонних сфер оцінюється в 50−60 років, при цьому турбіни та генератори потребуватимуть заміни лише кожні два десятиліття.

Кожна окрема сфера в поточному дизайні зберігає скромну кількість енергії. Але технологія добре масштабується. Парк із шести великих сфер, наприклад, міг би забезпечити потужність 120 мегават-годин та вихідну потужність 30 мегават, працюючи 520 разів на рік.

Економічне обґрунтування є конкурентоспроможним. Фраунгоферський інститут оцінює вартість у 4,6 євроцента за кіловат-годину збереженої енергії, з капітальними витратами 1354 євро за кіловат потужності та 158 євро за кіловат-годину накопичувальної ємності. Це дешевше за багато батарейних технологій на ринку сьогодні та потенційно менш руйнівно за великомасштабні гідроелектричні дамби.

Можливо, найбільшою перевагою StEnSea є її потенційний масштаб. Порівняно з 40 гігават-годинами гідроакумулюючого накопичення, доступними по всій Німеччині, навіть частка від 817 тисяч гігават-годин глобального потенціалу могла б змінити спосіб управління відновлюваною енергією.

«Ми розробили економічно ефективну технологію, яка особливо підходить для короткострокового та середньострокового зберігання», — сказав Ернст. «З випробувальним запуском біля узбережжя США ми робимо великий крок до масштабування та комерціалізації цієї концепції накопичення».