Океанические накопители
Земельные участки, подходящие для строительства гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), почти везде заняты - в густонаселённых районах точно. Ничего удивительного: помимо неровного рельефа местности (низина должна соседствовать с возвышенностью) требуется источник воды для пополнения бассейнов. А воды на суше мало - она сосредоточена в основном в морях и океанах. Так нельзя ли там же организовать гидроаккумулирующие электростанции?
В стремлении снизить затраты на хранение энергии некоторые исследователи и компании действительно пытаются разработать подводные накопители, которые превратят океаны и озёра в энергетические батареи. Первый претендент на прорыв в этой сфере - Buoyancy Energy Storage Technology (BEST).
Полезная плавучесть
Международный институт по прикладному системному анализу (Австрия) предложил идею применения выталкивающей силы, с которой хорошо знаком любой, кто купался с мячом. Чтобы удержать мяч под водой, требуется немалая сила. Именно она задействуется в проекте BEST. Только вместо мяча используется прямоугольный понтон (100×100 м) из труб, привязанный канатом ко дну. Трубы заполнены воздухом или водородом, который намного легче воздуха.
Запасаемую энергию можно брать от ветропарка или фотоэлектрической станции. Когда возобновляемая энергия в избытке, она подаётся на донную электроприводную лебёдку. Лебёдка тянет канат вниз, заставляя понтон погружаться под воду. При высвобождении запасённой энергии понтон поднимается вверх, приводной мотор лебёдки работает в режиме электрогенератора, выдавая энергию в сеть. Система похожа на перевёрнутый гравитационный накопитель.
Если берег недалеко, то на нём можно поместить лебёдку, а на дне закрепить только блок для смены направления силы.
Разработчики технологии оценивают удельную стоимость системы в 4-8 тыс. долл. за киловатт установленной мощности (для сравнения: ветровая турбина обходится примерно в 1600 долл. за киловатт, а ионолитиевые накопители - где-то в 1200 долл. за киловатт). Нормированная стоимость хранения энергии может быть равна 50-100 долл. за мегаватт-час при условии использования в производстве стандартных компонентов.
Жидкие поршни
Стартап-компания FLASC, отпочковавшаяся от Мальтийского университета, разрабатывает гидровоздушный накопитель энергии. FLASC расшифровывается как Floating Liquid piston Accumulator using Seawater under Compression (плавучий аккумулятор, использующий морскую воду под давлением в качестве жидкого поршня).
Накопитель подключается к морской ветроустановке или к плавучей СЭС. Избыточная возобновляемая энергия расходуется для закачки воды в донные баки, где сжимает находящийся там воздух. При высвобождении энергии насос превращается в турбину, а электродвигатель - в генератор. Насосное оборудование можно устанавливать как на морском дне, так и на разного вида платформах. Большая глубина системе не обязательна.
Особенность предложенной технологии - использование океана для отвода тепла, выделяющегося при сжатии газа. О том, будет ли воздух растворяться в жидком поршне, не сообщается. Команда инноваторов утверждает, что термодинамическая эффективность накопителя достигнет 95%, а срок службы - двадцати лет. Уменьшенный (1:10) прототип системы был установлен в конце 2017 года в заливе острова Мальта.
По замыслу инноваторов систему FLASC можно использовать и в комплексе с оборудованием для добычи нефти (включая насосы, повышающие пластовое давление), сжижения природного газа, обессоливания, приливной энергетики.
Сфера накопления
Подводная ГАЭС разработана в Институте энергетических систем и экономики энергопроизводства Общества имени Фраунгофера (Германия). Нижний резервуар образуют полые металлические шары тридцатиметрового диаметра, размещаемые на морском дне на глубине порядка семисот метров.
Первые прототипы системы были испытаны ещё в 2012-2013 годах. Энергетическая ёмкость одной сферы в системе равна 20 МВт·ч. Удельная стоимость хранения энергии на тот момент оценивалась в 0,04-0,2 евро за киловатт-час.
Очень похожий проект прорабатывался в Массачусетском технологическом институте. Там тоже предложили размещать на дне сферические резервуары с диаметром тридцать и толщиной стенки три метра. Эти массивные шары можно заодно использовать для привязки платформ плавучих ветровых турбин.
Энергетическую ёмкость одного подводного резервуара, установленного на глубине 400 метров, в Массачусетсе оценивают в 6 МВт·ч, стоимость - в 12 млн долл. Расчётная стоимость хранения энергии - шесть центов за киловатт-час.
Модули на дне
Нидерландский стартап Ocean Grazer предложил масштабируемую модульную «океаническую батарею», тоже работающую по принципу ГАЭС. Недавно проект был отмечен престижной наградой. Вода перекачивается между углублёнными в дно бетонными резервуарами вместимостью 20 тыс. кубометров (электрическая ёмкость 10 МВт·ч) и эластичными резервуарами, лежащими на дне. Столб морской воды над последними будет создавать давление, эквивалентное перепаду высот между бассейнами наземной ГАЭС. Особенность проекта в том, что гидросистема полностью изолирована от внешней среды, что означает возможность использовать пресную воду, продляя срок службы гидравлических турбин и другого оборудования. Эффективность системы в цикле заряд - разряд оценивается в 70-80%.
Помимо морских ветропарков накопитель сможет обслуживать плавучие солнечные электростанции. Пилотная система должна быть развёрнута уже в 2023 году.
* * *
Подводные ГАЭС выглядят как хорошая альтернатива наземным гидроаккумулирующим электростанциям и системам хранения энергии на основе ионолитиевых аккумуляторов. Они позволяют экономить не только такие редкие металлы, как литий и кобальт, но и водные ресурсы, сохраняя естественный ландшафт на суше.
Для достижения экономической эффективности подводные резервуары необходимо располагать на глубине как минимум двести метров (оптимальный вариант - 750 метров). В настоящее время большинство морских ветропарков строится на небольших глубинах с использованием опор, прикреплённых ко дну. Технология подводных ГАЭС, по-видимому, должна достичь зрелости к моменту массового размещения ветропарков на глубоководье, где будут использоваться плавучие опоры.
Читайте другие наши материалы
