Dzisiaj do magazynowania energii służą elektrownie szczytowo pompowe – to właśnie w taki sposób jest magazynowe 97% energii w Stanach Zjednoczonych (stan na rok 2014).

W tradycyjnej elektrowni szczytowo pompowej znajdują się dwa zbiorniki: górny i dolny. Gdy nie ma zapotrzebowania na energię elektryczną, pompy transportują wodę do górnego zbiornika. Gdy potrzebna jest energia elektryczna, to woda z górnego zbiornika spływa do zbiornika dolnego, napędzając turbiny produkujące energię. Rozwiązanie to wydaje się na skalę przemysłową rozwiązaniem korzystnym. Problem polega jednak na tym, że aby zbudować taki „magazyn” energii potrzebne są odpowiednie uwarunkowania geologiczne.

W jaki inny sposób można magazynować energię elektryczną używając do tego wody? Oto cztery propozycje:

Betonowy bunkier

Stensea (Stored Energy in Sea) to inaczej magazynowanie energii w morzu – pomysł opiera się na wydrążonej betonowej kuli z wbudowaną turbiną. Taka kula wypełniana jest wodą i umieszczana jest na dnie morza. Za pomocą energii elektrycznej woda jest wypompowywana z kuli do morza. Aby wyprodukować energię elektryczną, pompa działa w przeciwnym kierunku i woda wpływa do betonowej przestrzeni.

Instytut we Fraunhoferze zainstalował pilotażową instalację na jeziorze Bodeńskim w Niemczech. Instalacja została zlokalizowana na głębokości 100 metrów. Testy trwały cztery tygodnie. W tym czasie zarówno napełniano jak i rozładowywane zbiornik. Po udanych próbach prowadzane są badania nad magazynem o pojemności 5 MWh i 20 MWh. Takie sfery będą stawiały pewne wymagania lokalizacji: dno powinno być położone na głębokości 600 – 800 metrów i powinno być płaskie, by uniemożliwić kuli przechylenie się. Potencjalne lokalizacje takich magazynów energii wytypowano już na Morzu Śródziemnym i Oceanie Atlantyckim. O tym projekcie pisaliśmy również tutaj.

Torby ze sprężonym powietrzem

Hydrostor to system „worków” lub „balonów” umieszczonych pod wodą, podłączonych do instalacji zlokalizowanej na brzegu. Energia elektryczna zużywana jest do sprężania powietrza i do wypełniania podwodnych balonów. Kiedy potrzebna jest energia elektryczna, powietrze przepływa z powrotem z balonów do maszyny rozprężającej, a następnie do napędzania turbiny.

Pilotażowa instalacja została zrealizowana już w listopadzie 2015 roku w Toronto. Obecnie, trwają prace nad optymalizacją wydajności takiego rozwiązania. W planach są również testy takich instalacji w Kanadzie, Stanach Zjednoczonych i Meksyku. Trwa również projekt instalacji o pojemności 7 MWh w Goderich, w Ontario, gdzie zamiast balonów używa się kawern solnych.

Wyspa Energetyczna

Koncepcja wysp energetycznych zakłada przechowywanie energii wytwarzanej przez morskie farmy wiatrowe, a jest opracowywana przy farmie wiatrowej na Morzu Północnym u wybrzeży Holandii.

Idea wyspy energetycznej testuje nową, w pewnym sensie odwrotną niż w przypadku elektrowni szczytowo-pompowych koncepcję kumulacji energii na sztucznie stworzonej wyspie/jeziorze.

Nadwyżka energii elektrycznej z turbin wiatrowych jest zużywana na pompowanie wody morskiej z wnętrza jeziora. Gdy zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta, woda morska przepływa przez generatory z powrotem do wnętrza jeziora.

Sztuczne jeziora mogą być budowane na morzu pod warunkiem, że dno morskie posiada wystarczająco dużą warstwę gliny – by zapobiegać niepożądanemu sączeniu się wody do jeziora. Pracuje się również nad opracowaniem pewnego rodzaju kompromisu pomiędzy głębokością morza, a kosztami budowy takiego zbiornika.

Na dzień dzisiejszy taka instalacja jest dopiero w fazie koncepcji. Naukowcy z Norwegii z Det Norske Veritas prowadzą rozmowy z partnerami z Holandii i omawiają plany budowy systemu na dużą skalę.

Turbiny wiatrowe z wodnym magazynem energii

W systemie opracowanym przez Naturspeicher i Max Bögl turbiny wiatrowe, budowane są na szczycie wzgórza. W podstawach turbin znajdują się zbiorniki retencyjne. Sztuczne jezioro zbudowane jest w dolnej części wzgórza. Nadmiar energii z turbin służy do pompowania wody ze sztucznego, dolnego jeziora do zbiorników retencyjnych. Gdy zapotrzebowanie na energię wzrasta, woda ze zbiorników retencyjnych spływa do dolnego jeziora przepływając przez turbiny generujące prąd.

Naturspeicher  zapewnia, że taki system integruje się idealnie z krajobrazem. Firma obiecuje, że budowa takiej farmy może rozpocząć się już pod koniec 2017 roku w Swabian-Franconian Forest w Niemczech i ma ona przechowywać nawet 70 MWh energii. O projekcie realizowanym przez General Electric pisaliśmy tutaj.

Która koncepcja najbardziej się Wam podoba?

Opracowano na podstawie: Spectrum.ieee.org

Sposoby na długoterminowe magazynowanie energii

 

Redakcja GLOBEnergia