Co wspólnego mają rury i kotwy z magazynowaniem energii? W nowym badaniu testowano potencjał mniej znanego, ale obiecującego zrównoważonego systemu magazynowania energii o nazwie Buoyancy Energy Storage.

Panuje powszechna zgoda, że odnawialne źródła energii będą odgrywać ważną rolę w zapewnieniu zdrowszej i bardziej zrównoważonej przyszłości dla planety i jej mieszkańców, a wiele krajów już dostrzega, że takie technologie wypierają „brudne” paliwa kopalne w sektorze energetycznym, do obniżenia emisji. Największym problemem z odnawialnymi źródłami energii jest jednak to, że dostawy energii są przerywane, co oznacza, że produkcja energii w danym momencie niekoniecznie pokrywa zapotrzebowanie w tym czasie. Na przykład przy wytwarzaniu energii słonecznej szczyty wytwarzania energii elektrycznej występują w ciągu dnia, kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną jest niskie, co skutkuje naprzemiennymi okresami nadmiaru energii z okresami jej niedoboru.

Równowaga między podażą a popytem na energię jest warunkiem koniecznym dla każdego stabilnego systemu energetycznego. W przypadku okresowych dostaw energii odnawialnej niezawodne i wydajne sposoby przechowywania energii będą miały kluczowe znaczenie. W czasopiśmie Energy Storage naukowiec z IIASA Julian Hunt wraz z kolegami zbadał jeden z mniej znanych, ale obiecujących zrównoważonych systemów magazynowania energii, a mianowicie Buoyancy Energy Storage Technology.

– Technologia Buoyancy Energy Storage (BEST) może być szczególnie przydatna w przypadku magazynowania przerywanych dostaw energii z morskich elektrowni wiatrowych, zwłaszcza w regionach przybrzeżnych i w obszarze małych wysp. Dodatkową korzyścią jest to, że ta sama technologia może być wykorzystana do kompresji wodoru i jego transportu pod wodą – wyjaśnia Hunt.

Koncepcja Buoyancy Energy Storage opiera się na dobrze znanej technologii pompowych systemów magazynowania energii. System zazwyczaj składa się z pływających platform umieszczonych w pobliżu morskich farm wiatrowych i wykorzystuje silnik elektryczny/generator do magazynowania energii poprzez opuszczanie odbiornika sprężonego gazu (zwykle serii balonów lub zbiorników), w miejscach o znacznej głębokości dna morskiego. Generowanie energii elektrycznej jest zapewnione poprzez możliwość unoszenia się zbiornika wypełnionego sprężonym gazem. Hunt i jego koledzy proponują jednak nowe elementy do budowy systemu BEST, takie jak wprowadzenie szeregu rurociągów z tworzywa sztucznego z polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) ułożonych pionowo w sześcian, połączonych systemem kotwic na dnie morskim.

W przeliczeniu na MWh

Zespół przeprowadził szereg symulacji, aby przetestować zmiany wprowadzone do systemu i określić potencjał magazynowania energii na różnych głębokościach. Wyniki wskazują, że im głębiej jest osadzony układ, tym mniej zmienia się objętość gazów wraz z głębokością i tym więcej energii taki układ przechowuje. Naukowcy zwracają również uwagę, że instalacja systemu na większej głębokości nieuchronnie wiąże się z wyższymi kosztami. Mając to na uwadze, koszt korzystania z systemu BEST do magazynowania energii jest nadal konkurencyjnie niższy w przeliczeniu na megawatogodzinę (MWh) w porównaniu z kosztem korzystania z konwencjonalnych systemów akumulatorowych.

– Podczas gdy koszt akumulatorów wynosi obecnie około 150 USD/MWh, koszt systemu BEST to zaledwie 50 do 100 USD za MWh. Biorąc pod uwagę, że koszt zainstalowanej pojemności akumulatorów jest mniejszy w porównaniu do  systemu BEST (4 USD 8 mln USD za megawat). Połączenie eksploatacji baterii i BEST, może zapewnić  magazynowanie energii dla aglomeracji nadmorskich lub dla morskich elektrowni wiatrowych.

– Ważne jest również, aby pamiętać, że koszt systemów BEST może być znacznie obniżony, jeśli poczyni się znaczne inwestycje w tę technologię – mówi Hunt.

W połączeniu z systemami BEST mają potencjał, aby stać się kręgosłupem podtrzymującym przyszłą gospodarkę wodorową, łącząc wszystkie kontynenty – podsumowuje Hunt.

Wodorowe korzyści

Innym ważnym obszarem, w którym można zastosować systemy BEST, jest sprężanie wodoru do jego przechowywania i transportu. Wysiłki zmierzające do dekarbonizacji światowej gospodarki, ponownie położyły nacisk na korzyści płynące z sektora wodorowego. Jednym z głównych wyzwań, są koszty związane ze sprężaniem i transportem wodoru.

Zdaniem naukowców koszty inwestycyjne związane ze sprężaniem wodoru przy użyciu systemów BEST są około 30 razy niższe niż w przypadku stosowania konwencjonalnych sprężarek, a związany z tym proces miałby dodatkową korzyść w postaci znacznego zmniejszenia zużycia energii podczas sprężania. Gdy wodór zostanie sprężony pod wodą, może zostać umieszczony w zbiorniku ciśnieniowym i wyniesiony na powierzchnię.  Może być również transportowany do innych lokalizacji dużymi, głębokimi rurociągami podwodnymi częściowo wypełnionymi piaskiem. Zadaniem piasku jest obniżenie zdolności unoszenia się rurociągu, dzięki czemu pozostanie on na projektowanej głębokości i będzie mógł być przymocowany do dna oceanu za pomocą kotwic.

– Wypełnione wodorem i piaskiem rurociągi w połączeniu z systemami BEST mają potencjał, aby stać się podstawą, która napędzi przyszłą gospodarkę wodorową, łącząc wszystkie kontynenty – podsumowuje Hunt.