Bare kort over to miles væk fra Toronto-kysten stiger en række af seks massive, cylindriske balloner fra søbunden og står næsten lige så høj som et to-etagers hus. Deres vægge indeholder trykluft med potentialet til at blive elektricitet.
Disse balloner er en del af en innovativ, emissionsfri ordning til opbevaring af vedvarende energi fra virksomheden Hydrostor.
Du kan se, vindenergi er vidunderligt, og solcellepaneler er fremragende, og disse teknologier bliver mere effektive hvert år. Alligevel er en af de største udfordringer for vedvarende energi at tænde hjem i off-peak-tider, når vindene dør eller efter at solen går ned, når samfund ofte vender sig mod brændende diesel.
”Opbevaring er virkelig det centrale stykke, der gør det muligt for vores elektriske net at blive vedvarende, ” siger administrerende direktør for Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Hydrostor er en af flere virksomheder og forskningsgrupper, der undersøger lagring af undervandspressenergi (UW-CAES), hvilket kan være et billigt og miljøvenligt svar på dette problem.
I Hydrostors system opkræver overskydende energi fra sol eller vind en luftkompressor. Den komprimerede luft afkøles, inden den skyder ned et rør og ud til de massive balloner. Ligesom at sprænge en ballon på land, fylder luften ballonerne i havet, men på grund af de mange fødder, der skubber ned, komprimerer luften inde. Jo dybere balloner, jo mere luft kan de holde. For at frigive energien kan operatører åbne en onshore-ventil, og det overliggende vand tvinger luften ud, som spinder en turbin til at generere strøm.
”I sidste ende er vi et meget køligt undervandsluftbatteri, ” siger Cameron Lewis, grundlægger og præsident for Hydrostor, i en video, der er frigivet om projektet.
På landets Hydrostor-faciliteter er der et system af luftkompressorer og turbiner til at konvertere energi til trykluft og ryg. (Hydrostor) CAES er ikke nøjagtigt nyt. Teknologien har eksisteret siden slutningen af det 19. århundrede, skønt det først var i slutningen af 1970'erne, at det første energilagringsanlæg åbnede i Bremen, Tyskland, med komprimeret luft under jorden låst i gamle salthuler. Siden da har der været flere CAES-projekter rundt om i verden, men problemet kommer altid ned til det sted, hvor du lægger luften, siger VanWalleghem. Ståltanke er ekstremt dyre, og de nuværende lave omkostningsalternativer - underjordiske huler - er aldrig det sted, hvor du har brug for dem, siger han. Hydrostors undervandsballoner kunne i det mindste muliggøre energilagringsmetoden i samfund nær havet eller dybe søer.
Hydrostors seks testballoner sidder under cirka 180 fod vand og måler 29, 5 fod høj og 16, 4 fod bred. De er lavet af en urethanbelagt nylon, som er det samme materiale, der bruges til at trække skibsvrag fra sø- og havbunden - et stof, der kan modstå en hel del kraft fra luft dybt under vand.
Hydrostor er ikke det eneste firma, der undersøger UW-CAES. Thin Red Line Aerospace udviklede uafhængigt af et lignende system, og i 2011 og 2012 udsendte de flere ”Energiposer” ud for kysten af Skotlands Orkney-øer i tre måneder. Denne indledende pilottest gav opmuntrende resultater, som de offentliggjorde i en undersøgelse i samarbejde med et team fra University of Nottingham.
”Udfordringen er et skridt i netskalaen, ” siger Thin Red Lines grundlægger og præsident Max de Jong. Eller snarere at finde ud af, hvordan man opbevarer nok luft til at producere en betydelig mængde energi.
Hydrostors balloner rummer en ret lille mængde energi. Virksomheden vil ikke afsløre systemets samlede kapacitet, men generatorerne er afgrænset til omtrent en megawatt. Selvom Hydrostor planlægger at opskalere systemet, har de brug for ganske mange flere balloner for muligt at oplade et samfund.
For at give et lille perspektiv producerer London Array, en offshore, 175-turbine vindmøllepark, omkring 4, 2 procent af Stor-Londons elektriske kraft, ifølge de Jong. For at tømme nok strøm til at kompensere for en enkelt dages løb i output, ville du have brug for omkring 27.500 af de mindre balloner, der blev brugt til Thin Red Line Aerospace's første test af systemet, forklarer han. Det svarer til godt 7.700 af Hydrostors tasker.
”Kan du forestille dig VVS, rørsystemet ... og derefter miljøpåvirkningen?" De Jong undrer sig. ”Det er sindssyge.”
Ifølge VanWalleghem er dele til Hydrostors UW-CAES alle standardstykker, der bæres af industrielle leverandører, herunder General Electric. "Der er ingen teknologi eller videnskab bag os, der bygger større systemer, " siger han. "Det er bare os, der køber en større motor eller kompressor."
De Jong hævder imidlertid, at det ikke er så enkelt at bygge større undervandssystemer. ”Vi ved, at gasturbinerne er tilgængelige. Vi ved, at rørsystemet er tilgængeligt, "siger han.„ Den ukendte del er undersøisk indeslutning, og hvor dybt du [skal] dumpe det for at få nogen meningsfuld energilagring. "
Thin Red Line Aerospace Chief Engineer and CEO Maxim de Jong inspicerer en UW-CAES “Energy Bag” under den første testinflation (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) For at maksimere mængden af energi, et undervandssystem kan lagre og pumpe ind i nettet, skal ingeniører se, hvor store de kan gøre ballonerne og undersøiske forkoblinger, samt hvor dybt de kan installere dem.
”Der er ingen grund til, at det ikke skal fungere, men der er mange grunde til, at det ikke ville være økonomisk, ” siger Imre Gyuk, energilageprogramleder ved det amerikanske energiministerium. ”Spørgsmålet om effektivitet er altid der.”
Efterhånden som vanddybden stiger, er der så meget mere vand, der skubber ned på ballonerne, hvilket tillader den meget mere luftkomprimering.
"Du har brug for noget uhyre stærkt. Det er næsten uundværligt, hvor stærkt den ting skal være, " siger de Jong. Baseret på det materiale, der er brugt til rumhabitater, udviklede og patenterede Thin Red Line en "skalerbar oppustelig stofarkitektur", der muligvis kan rumme en enorm 211.888 kubikfod trykluft under vand - næsten 60 gange mere end de ca. 3.700 kubikfod i hver af Hydrostors balloner.
Den anden del af denne løsning af effektivitet går dybere, forklarer de Jong. Hans firma har undersøgt ideen om at parre UW-CAES med flydende vindmøller ude i det dybe hav. Denne løsning indeholder en-to-stans af både massivt lagringspotentiale fra de store vanddybder og fordelene ved at vindmøller er ude af stien for mange søfugle og synslinjen for mennesker på land. Den dybe opbevaring holder også ballonerne langt væk fra følsomme miljøer tæt ved kysten.
Der er stadig meget, der skal udføres for at storskala UW-CAES kan blive en realitet. For det første er miljøpåvirkningerne stort set ukendte. "Støj kan være en kæmpe ting, " siger Eric Schultz, en marinbiolog ved University of Connecticut. "Forestil dig, at du tvinger en flok gas gennem det, jeg kunne forestille mig, er et ret smalt rør." Vægten af massive luftmængder, der strømmer gennem rørene, især de højere frekvenser, kan forstyrre havboernes opførsel. Alligevel er den faktiske indvirkning af disse balloner på fiskebestande endnu ikke verificeret.
VanWalleghem hævder, at det undervandsballonsystem faktisk kunne fremme den marine biota, måske fungere som et kunstigt rev. Ballonernes ankre er delvis dækket af sten, der er i størrelser og typer, der kan understøtte lokal fiskens gydning.
Når det er sagt, ligesom med alle marine fartøjer, kunne nysgerrig biota også være et problem. ”Der er altid cookie cutter shark, ” siger Gyuk. Denne kattestore haj fastgør sig til overflader og skærer glatte ovale huller ud.
Med det nye pilotprogram, der kører sammen, venter Hydrostor ivrigt på data for at hjælpe dem med at vurdere systemet. Virksomheden har allerede planer om at bygge et større system i Aruba. For tiden er disse små øsamfund med relativt lavt energibehov og dybe farvande nær kysten sandsynligvis de bedste mål for teknologien.
