Λίγο δυο μίλια από την ακτή του Τορόντου, μια σειρά από έξι τεράστια, κυλινδρικά μπαλόνια ανεβαίνουν από το δάπεδο της λίμνης, που στέκονται σχεδόν τόσο ψηλά όσο ένα διώροφο σπίτι. Οι τοίχοι τους περιέχουν πεπιεσμένο αέρα με δυνατότητα ηλεκτρικής ενέργειας.
Αυτά τα μπαλόνια αποτελούν μέρος ενός πρωτοποριακού συστήματος χωρίς εκπομπές για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας από την εταιρεία Hydrostor.
Βλέπετε, η αιολική ενέργεια είναι θαυμάσια και οι ηλιακοί συλλέκτες είναι εξαιρετικοί, και αυτές οι τεχνολογίες γίνονται πιο αποτελεσματικές κάθε χρόνο. Ωστόσο, μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι η τροφοδοσία σπιτιών σε ώρες εκτός αιχμής, όταν πεθαίνουν οι άνεμοι ή μετά τον ήλιο, όταν οι κοινότητες στρέφονται συχνά προς καύση ντίζελ.
"Η αποθήκευση είναι πραγματικά το βασικό κομμάτι για να μπορέσει το ηλεκτρικό μας δίκτυο να ανανεωθεί", λέει ο διευθύνων σύμβουλος της Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Η Hydrostor είναι μια από τις πολλές εταιρείες και ερευνητικές ομάδες που διερευνούν την υποβρύχια αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (UW-CAES), η οποία θα μπορούσε να είναι μια φιλική προς το περιβάλλον και φιλική προς το περιβάλλον απάντηση σε αυτό το πρόβλημα.
Στο σύστημα της Hydrostor, η υπερβολική ενέργεια από τον ηλιακό ή τον άνεμο φορτίζει έναν αεροσυμπιεστή. Ο πεπιεσμένος αέρας ψύχεται πριν βγάλει κάτω από έναν σωλήνα και βγάλει έξω τα μαζικά μπαλόνια. Ακριβώς όπως φυσώντας ένα μπαλόνι στη γη, ο αέρας γεμίζει τα μπαλόνια στον ωκεανό, αλλά λόγω των πολλών ποδιών του νερού που πιέζει προς τα κάτω, ο αέρας μέσα συμπιέζει. Όσο πιο βαθιά είναι τα μπαλόνια, τόσο περισσότερο αέρας μπορούν να συγκρατήσουν. Για να απελευθερώσουν την ενέργεια, οι χειριστές μπορούν να ανοίξουν μια βαλβίδα στην ξηρά και το υπέρθερμο νερό αναγκάζει τον αέρα να βγει, ο οποίος περιστρέφει έναν στρόβιλο για να παράγει ενέργεια.
"Τελικά είμαστε μια πολύ δροσερή υποβρύχια μπαταρία αέρα", λέει ο Cameron Lewis, ιδρυτής και πρόεδρος της Hydrostor, σε ένα βίντεο που κυκλοφόρησε για το έργο.
Οι εγκαταστάσεις Hydrostor επί ξηράς στεγάζουν ένα σύστημα αεροσυμπιεστών και στροβίλων για τη μετατροπή της ενέργειας σε πεπιεσμένο αέρα και πίσω. (Hydrostor) Το CAES δεν είναι ακριβώς καινούργιο. Η τεχνολογία είναι από τα τέλη του 19ου αιώνα, αν και δεν ήταν μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1970 το πρώτο εργοστάσιο αποθήκευσης ενέργειας άνοιξε στη Βρέμη της Γερμανίας με πεπιεσμένο αέρα υπόγεια κλειδωμένο σε παλιά σπήλαια αλατιού. Από τότε, υπήρξαν αρκετά έργα CAES σε όλο τον κόσμο, αλλά το πρόβλημα πάντοτε έρχεται κάτω από το σημείο όπου βάζετε τον αέρα, λέει ο VanWalleghem. Οι δεξαμενές χάλυβα είναι εξαιρετικά ακριβά και οι τρέχουσες εναλλακτικές λύσεις χαμηλού κόστους - υπόγειες σπηλιές - δεν είναι ποτέ όπου τις χρειάζεστε, λέει. Τα υποβρύχια μπαλόνια του Hydrostor θα μπορούσαν τουλάχιστον να καταστήσουν δυνατή τη μέθοδο αποθήκευσης ενέργειας σε κοινότητες κοντά στον ωκεανό ή σε βαθιές λίμνες.
Καθισμένος κάτω από περίπου 180 πόδια νερού, τα έξι δοκιμαστικά μπαλόνια της Hydrostor έχουν ύψος 29, 5 πόδια και πλάτος 16, 4 πόδια. Είναι κατασκευασμένα από νάιλον επιστρωμένο με ουρεθάνη, το οποίο είναι το ίδιο υλικό που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά ναυαγίων από δάση λίμνης και θάλασσας - ένα ύφασμα που μπορεί να αντέξει μια μεγάλη δύναμη από αέρα βαθιά υποβρύχια.
Η Hydrostor δεν είναι η μοναδική εταιρεία που διερευνά την UW-CAES. Η Thin Red Line Aerospace ανέπτυξε ανεξάρτητα ένα παρόμοιο σύστημα και το 2011 και το 2012 ανέπτυξαν αρκετές "Ενεργειακές Τσάντες" στα ανοικτά των ακτών της Σκωτίας για 3 μήνες. Αυτή η αρχική πιλοτική δοκιμή έδωσε ενθαρρυντικά αποτελέσματα, τα οποία δημοσίευσαν σε μια μελέτη σε συνεργασία με ομάδα του Πανεπιστημίου του Nottingham.
"Η πρόκληση είναι ένα βήμα προς την κλίμακα του δικτύου", λέει ο ιδρυτής της Thin Red Line και ο πρόεδρος Max de Jong. Ή μάλλον, να υπολογίσετε πώς να αποθηκεύσετε αρκετό αέρα για να παράγετε μια σημαντική ποσότητα ενέργειας.
Τα μπαλόνια του Hydrostor κατέχουν μια σχετικά μικρή ποσότητα ενέργειας. Η εταιρεία δεν θα αποκαλύψει τη συνολική χωρητικότητα του συστήματος, αλλά οι γεννήτριες περιορίζονται σε περίπου ένα μεγαβάτ. Παρόλο που η Hydrostor σκοπεύει να αυξήσει την κλίμακα του συστήματος, χρειάζονται αρκετά ακόμα μπαλόνια για να χρεώνουν μια κοινότητα.
Για να δώσουμε μια μικρή προοπτική, το London Array, ένα υπεράκτιο αιολικό πάρκο 175 στροβίλων, παράγει περίπου το 4, 2% της ηλεκτρικής ενέργειας του Μεγάλου Λονδίνου, σύμφωνα με τον de Jong. Για να εξαντλήσετε αρκετή ισχύ για να αντισταθμίσετε την παραμονή μιας ημέρας στην έξοδο, θα χρειαστείτε περίπου 27.500 από τα μικρότερα μπαλόνια που χρησιμοποιούνται για τις αρχικές δοκιμές του Thin Red Line Aerospace του συστήματος, εξηγεί. Αυτό αντιστοιχεί σε λίγο πάνω από 7.700 τσάντες του Hydrostor.
"Μπορείτε να φανταστείτε τα υδραυλικά, τις σωληνώσεις ... και στη συνέχεια τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις;" de Jong θαυμάζει. "Αυτή είναι η παραφροσύνη."
Σύμφωνα με τη VanWalleghem, τα εξαρτήματα για το UW-CAES της Hydrostor είναι όλα τα τυποποιημένα κομμάτια που μεταφέρονται από βιομηχανικούς προμηθευτές, όπως η General Electric. "Δεν υπάρχει τεχνολογία ή επιστήμη πίσω από εμάς να κατασκευάζουμε μεγαλύτερα συστήματα", λέει. "Απλά αγοράζουμε μεγαλύτερο κινητήρα ή συμπιεστή".
Ο De Jong, ωστόσο, ισχυρίζεται ότι η οικοδόμηση μεγαλύτερων υποβρύχιων συστημάτων δεν είναι τόσο απλή. "Γνωρίζουμε ότι οι αεριοστρόβιλοι είναι διαθέσιμοι. Γνωρίζουμε ότι οι σωληνώσεις είναι διαθέσιμες ", λέει." Το άγνωστο μέρος είναι η υποθαλάσσια συγκράτηση και πόσο βαθιά [θα πρέπει να] πετάξει για να πάρει οποιαδήποτε σημαντική αποθήκευση ενέργειας. "
Ο Thin Red Aerospace Chief Engineer και Διευθύνων Σύμβουλος Maxim de Jong επιθεωρεί μια ενεργειακή τσάντα UW-CAES κατά τη διάρκεια του αρχικού τεστ πληθωρισμού (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) Για να μεγιστοποιηθεί η ποσότητα ενέργειας που μπορεί να αποθηκεύσει και να αντλήσει ένα υποβρύχιο σύστημα στο δίκτυο, οι μηχανικοί θα πρέπει να δουν πόσο μεγάλοι μπορούν να κάνουν τα μπαλόνια και τα υποθαλάσσια στραγγαλιστικά πηνία, καθώς και πόσο βαθιά μπορούν να τα εγκαταστήσουν.
"Δεν υπάρχει κανένας λόγος για τον οποίο δεν θα έπρεπε να λειτουργήσει, αλλά υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους δεν θα ήταν οικονομικό", λέει ο Imre Gyuk, διευθυντής του προγράμματος αποθήκευσης ενέργειας στο Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. "Το ζήτημα της αποτελεσματικότητας είναι πάντα εκεί."
Καθώς το βάθος του νερού αυξάνεται, υπάρχει πολύ περισσότερο νερό που πιέζει προς τα κάτω τα μπαλόνια, επιτρέποντας πολύ μεγαλύτερη συμπίεση του αέρα.
"Χρειάζεστε κάτι εξαιρετικά ισχυρό. Είναι σχεδόν αδιανόητο πόσο ισχυρό είναι αυτό το πράγμα", λέει ο de Jong. Με βάση το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για τους διαστημικούς οικότοπους, η Thin Red Line ανέπτυξε και κατοχύρωσε μια «επεκτάσιμη φουσκωτή αρχιτεκτονική υφασμάτων» που μπορεί να κρατήσει εφικτά ένα επιβλητικό 211, 888 κυβικών ποδιών πεπιεσμένου αέρα κάτω από το νερό - σχεδόν 60 φορές περισσότερο από τα περίπου 3.700 κυβικά πόδια σε καθένα από τα Hydrostor's μπαλόνια.
Το άλλο μέρος σε αυτή τη λύση αποδοτικότητας πηγαίνει βαθύτερα, εξηγεί ο De Jong. Η εταιρεία του ερευνά την ιδέα του συνδυασμού UW-CAES με πλωτούς ανεμόμυλους στον βαθύ ωκεανό. Αυτή η λύση κατέχει τη δύναμη αποθήκευσης των δύο μεγάλων δυνατοτήτων αποθήκευσης από τα μεγάλα βάθη των υδάτων και τα οφέλη από τις ανεμογεννήτριες που βρίσκονται εκτός δρόμου πολλών θαλάσσιων πτηνών και τη γραμμή θέασης των ανθρώπων στην ξηρά. Η βαθιά αποθήκευση κρατά τα μπαλόνια μακριά από ευαίσθητα περιβάλλοντα κοντά στην ξηρά.
Υπάρχουν ακόμα πολλές δοκιμές που πρέπει να γίνουν για την UW-CAES μεγάλης κλίμακας για να γίνει πραγματικότητα. Για ένα, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις εξακολουθούν να είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστες. "Ο θόρυβος θα μπορούσε να είναι ένα τεράστιο πράγμα", λέει ο Eric Schultz, θαλάσσιος βιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Connecticut. "Φανταστείτε ότι πιέζετε μια δέσμη αερίου μέσω αυτού που θα φανταζόμουν ότι είναι ένας αρκετά στενός σωλήνας." Το γεράκι των τεράστιων όγκων αέρα που ρέει μέσα από τους σωλήνες, ιδιαίτερα στις υψηλότερες συχνότητες, θα μπορούσε να διαταράξει τη συμπεριφορά των κατοίκων των ωκεανών. Ωστόσο, ο πραγματικός αντίκτυπος αυτών των μπαλονιών στους πληθυσμούς των ψαριών δεν έχει ακόμη επαληθευτεί.
Ο VanWalleghem υποστηρίζει ότι το υποβρύχιο σύστημα μπαλονιού θα μπορούσε να ενισχύσει πραγματικά τον θαλάσσιο ζιζάνιο, ίσως ενεργώντας σαν τεχνητός υφάλων. Οι άγκυρες των μπαλονιών καλύπτονται εν μέρει από πέτρες μεγέθους και τύπων που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν την τοπική αναπαραγωγή ψαριών.
Τούτου λεχθέντος, όπως και με όλα τα θαλάσσια σκάφη, το περίεργο ζιζάνιο θα μπορούσε επίσης να είναι ένα πρόβλημα. "Υπάρχει πάντα ο καρχαρίας", λέει ο Gyuk. Αυτός ο καρχαρίας με μέγεθος γάτας αποδίδει στις επιφάνειες, κόβοντας λείες οβάλ τρύπες.
Με το νέο πιλοτικό πρόγραμμα, το Hydrostor περιμένει με ανυπομονησία τα δεδομένα για να τα βοηθήσει να αξιολογήσουν το σύστημα. Η εταιρεία έχει ήδη σχέδια για την κατασκευή ενός μεγαλύτερου συστήματος στην Αρούμπα. Προς το παρόν, αυτές οι μικρές νησιωτικές κοινότητες, με σχετικά χαμηλές ενεργειακές ανάγκες και βαθιά νερά πλησίον, είναι πιθανώς οι καλύτεροι στόχοι για την τεχνολογία.
