Подводные накопители энергии

Когда 20 марта 2015 года в Европе произошло полное солнечное затмение, Германия затаила дыхание. Солнечная энергетика в Германии развита гораздо лучше чем в любой другой стране Евросоюза. И вот настал момент, когда посредине дня Солнце будет отключено! Около 80% генерирующих фотоэлементов останутся без потока солнечной радиации.

В любой день до 40% электроэнергии Германии вырабатывается за счет солнечной энергии. Четыре основные электрические сети страны потратили месяцы на подготовку к резкому скачку объёма потребляемой электроэнергии,  на фоне практически полной остановки работы солнечных электростанций. Любая ошибка могла привести к отключению электричества, а скачок напряжения после затмения мог привести к срабатыванию выключателей или перегрузить линии передачи.

В августе 2017 года США столкнулись с собственными испытаниями, когда полное затмение отбросило преходящую тень шириной около 100 км от Орегона до Южной Каролины. Даже штаты, которых это не коснулось, подготовились к падению производства электроэнергии. Калифорния, например, запасла на этот период 6 ГВт электроэнергии.

Затмения — это экстремальные версии событий, которые происходят каждый день (суточный режим). Солнце может скрыться за облаком, а ветер перестанет дуть. Такая прерывистость представляет собой проблему, но не является неразрешимой задачей.

Разработки привязанные к месту и глобальные возможности

По мере того, как альтернативные источники энергии, такие как ветер и солнечное излучение, падают в цене и становятся конкурентоспособными по сравнению с новыми установками, работающими на ископаемом топливе — что уже произошло в Африке и Китае, — операторам сетей потребуются более совершенные инструменты для выравнивания баланса между спросом и предложением. Более подробные и точные прогнозы погоды, безусловно, помогут предсказать, когда и где будет много солнца и ветра. Однако именно хранение энергии будет играть ключевую роль в поддержании гибкости и адаптируемости энергосетей.

Куда приводят немецкие мечты

Идея принадлежит двум физикам, профессору д-ру Хорсту Шмидт-Бёкингу и д-ру Х. Герхард Лютер, которую они разрабатывают с 2011 года.

Проект StEnSea включает в себя разработку и тестирование нового типа концепции гидроаккумулятора для хранения больших объемов электроэнергии на море. В концепции морской гидроаккумулирующей электростанции в качестве верхнего водохранилища используется само море. Нижний резервуар для хранения образован полым телом на морском дне, которое в режиме откачки с зарядным током остаётся пустым, а в режиме разгрузки снова заполняется водой через турбину для приведения в действие генератора.

По предварительным расчётам Hochtief Solutions AG вместе с Fraunhofer IEE из Касселя (ранее Fraunhofer IWES) провели исследование фундаментальной осуществимости концепции на больших морских глубинах. Вопросы были, например, о том, может ли такая концепция действительно быть реализована структурно или какие формы хорошо подходят для таких ёмкостей.

Согласно инженерным изысканиям сферическая форма (допускались небольшие отклонения от идеального шара) оказалась наиболее оптимальной для применения по причине идеального соотношения хранимого объема/поверхности и из-за более равномерно распределяемой механической нагрузки.

Проект основан на предварительном исследовании, проведенном разработчиками и концессионерами, и включает подробный системный анализ с концепцией проектирования, строительства и логистики:

• ёмкости высокого давления;
• разработку и детальное проектирование насоса/турбины;
• интеграцию в энергосистему на основе расчетов расхода нагрузки;
• анализа рынка;
• расчетов рентабельности для международного рынка;
• разработка стратегии вывода на рынок и дорожной карты технической реализации.

В модельном испытании в масштабе 1:10 на Боденском озере, были изучены подробные вопросы, касающиеся проектирования и строительства, монтажа и логистики, а также концепции режима работы и технического обслуживания системы хранения.

Как работает накопитель морского насоса?

В первую очередь на морское дно устанавливается полый корпус. Сверху есть отверстие, в которое встроена насосно-турбинная установка. Если теперь открыть клапан на шаре, вода поступает внутрь и приводит в движение турбину. Так вырабатывается электроэнергия (как гидроаккумулирующая гидроэлектростанция на суше). Это соответствует разрядке накопителя.

Когда резервуар для хранения заряжается, вода откачивается из сферы против давления водяного столба, например, с помощью избыточной энергии из альтернативного источника. Емкость накопителя увеличивается линейно с глубиной воды для того же объема.

В результате экспериментов, для масштабируемых проектов была выработана следующая концепция: сферическая конструкция с внутренним диаметром 28,6 метра и стеной толщиной 2,72 метра из обычного водонепроницаемого бетона.

Экономически выгодно размещать их на морском дне от 5 единиц. При регулярности использования 800-1000 циклов в год, окупаемость проекта может быть достигнута уже через 3,5-4 года.

Оценка потенциала STENSEA

В рамках проекта STENSEA с помощью так называемых географических информационных систем был проведён точный анализ местоположения таких установок по всему миру, которые подходили бы для данной технологии. На основании проделанной работы, можно сказать: существует большой потенциал для применения технологии в прибрежных районах с резкими перепадами глубин на прибрежном шельфе, особенно в регионах с высокой плотностью населения. Например, у берегов Норвегии (Норвежская траншея), но также большой потенциал демонстрируют Испания, Италия, США и Япония.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на наш канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши КОМЕНТАРИИ   (Ваши Комментарии очень помогают развитию проекта)

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!