Podwodna elektrownia szczytowo-pompowa: Chiny testują innowacyjny system magazynowania energii

Chińscy inżynierowie przeprowadzili udane testy prototypowej podwodnej elektrowni szczytowo-pompowej. Teraz zamierzają zwiększyć skalę projektu i powtórzyć badania w trudniejszych warunkach morskich. Po piętach depczą im już jednak naukowcy z Niemiec, USA i Włoch.

Firma Dongfang Research Institute, spółka zależna China Dongfang Electric Corporation (DEC), zakończyła 10-dniowy test prototypu podwodnej elektrowni szczytowo-pompowej „Dongchu No. 1”. Próby prowadzone były na głębokości 65 metrów w jeziorze Minhu w prowincji Fujian.

W czasie testów system pozostawał w ciągłym zanurzeniu pod ciśnieniem około 6,5 bara i wykonał ponad 100 cykli ładowania i rozładowania. Według DEC próby potwierdziły integralność konstrukcji, skuteczność kontroli ciśnienia i trwałość mechaniczną urządzenia, a także wykazały niezawodne przełączanie między trybem pompowania a generowania energii. Firma nie ujawniła szczegółowych danych dotyczących sprawności cyklu, mocy znamionowej ani kosztów inwestycji.

REKLAMA

Jak działa podwodna elektrownia szczytowo-pompowa?

Technologia wykorzystuje zmodyfikowaną koncepcję klasycznej elektrowni szczytowo-pompowej. Zamiast dwóch naziemnych zbiorników woda otaczająca system pełni rolę górnego zbiornika, a szczelna, odporna na ciśnienie kula umieszczona na dnie jeziora – zbiornika dolnego.

W fazie ładowania energia elektryczna napędza pompę, która wypycha wodę z wnętrza kuli, wytwarzając w niej obszar niskiego ciśnienia. Gdy pojawia się zapotrzebowanie na energię, zawór zostaje otwarty, a woda pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego napływa z powrotem do kuli, napędzając turbinę (generator), która wytwarza energię elektryczną.

Jak ujawnił DEC, jego prototyp podwodnej elektrowni szczytowo-pompowej obejmuje szczelny zbiornik ciśnieniowy, dwukierunkowy zespół pompy i turbiny z generatorem, elektronikę sterującą, podwodne systemy monitorowania i komunikacji oraz konstrukcję kotwiczącą.

W trakcie prób czujniki śledziły ciśnienie, temperaturę i stan uszczelnień, co pozwoliło potwierdzić stabilność pracy systemu w naturalnym środowisku.

Daleka droga do komercjalizacji

DEC zaznacza, że przejście z fazy laboratoryjnej do weryfikacji pracy urządzenia w naturalnym zbiorniku wodnym jest kluczowym krokiem w kierunku wczesnej walidacji inżynieryjnej projektu. W kolejnym etapie firma chce skupić się na skalowaniu systemu w kierunku wyższych mocy znamionowych oraz przeprowadzeniu testów w głębszych i bardziej złożonych środowiskach morskich. Nie podała jednak harmonogramu budowy mocniejszych prototypów ani komercjalizacji projektu.

Projekt wspierają państwowi akcjonariusze, w tym Shanghai Alliance Investment i Shanghai Electric, co umożliwia dalszy rozwój technologii w ramach chińskich działań na rzecz dywersyfikacji długoterminowego magazynowania energii.

Jak podkreślają inżynierowie z DEC, podwodna elektrownia szczytowo-pompowa może znaleźć zastosowanie m.in. w morskich farmach wiatrowych, mikrosieciach o charakterze wyspowym oraz w odległych lokalizacjach, w których mimo dostępności zbiorników wodnych ze względu na ograniczenia terenowe nie można zastosować klasycznych elektrowni szczytowo-pompowych.

Niemcy i Amerykanie wydrukują ESP w 3D

Podobne koncepcje podwodnych elektrowni szczytowo‑pompowych rozwijane są także poza Chinami, szczególnie w Europie i USA.

REKLAMA

Niemiecki Instytut Fraunhofera (IEE) wraz z partnerami prowadzi projekt StEnSea (Stored Energy in the Sea), w ramach którego bada możliwości wykorzystania podwodnych zbiorników jako magazynów energii. W ramach tej inicjatywy inżynierowie zaprojektowali elektrownią głębinową opartą na wydrążonej betonowej kuli umieszczanej na dnie morza – na głębokości około 500–600 m, gdzie ciśnienie wody służy jako siła napędowa dla cykli pompowania i turbinowania.

Projekt otrzymał finansowanie o łącznej wartości 7,7 mln dolarów, z czego 4 mld dolarów ma pochodzić z Biura Technologii Energii Wodnej Departamentu Energii USA, a 3,7 mld dolarów – z niemieckiego Ministerstwa Gospodarki i Działań Klimatycznych. Za pozyskane środki amerykańska firma Sperra zamierza wyprodukować 400-tonową betonową kulę o średnicy około 10 m, która – podobnie jak w projekcie chińskim – będzie pełniła rolę dolnego zbiornika wody. Do jej wytworzenia naukowcy zamierzają wykorzystać technologię druku 3D. Gotowa kula zostanie zanurzona w morzy u wybrzeży Long Beach w pobliżu Los Angeles – na głębokości 500-600 m, a następnie przetestowana pod kątem szczelności i niezawodności poszczególnych komponentów. Według deklaracji partnerów projektu pierwsze testy mają się rozpocząć jeszcze w tym roku.

Włosi stawiają na niezawodność w ekstremalnych warunkach

Pierwsze testy swojego prototypu podwodnej elektrowni szczytowo-pompowej ma już za sobą także włoska firma Sizable Energy. Jej rozwiązanie – stworzone z myślą o pracy w wymagających warunkach oceanicznych – zostało dokładnie zweryfikowane w trakcie badań w basenie falowym Holenderskiego Instytutu Badań Morskich (MARIN). Pomyślne rezultaty testów otworzyły inwestorowi drogę do pozyskania w październiku około 8 mln dolarów finansowania w ramach pierwszej rundy inwestycyjnej.

Teraz Sizable Energy zamierza przeprowadzić kolejny test w warunkach morskich – tym razem u wybrzeży Kalabrii we Włoszech. Ma on potwierdzić pełną operacyjność systemu, a także przygotować grunt pod budowę i testowanie większej instalacji demonstracyjnej – o pojemności kilku MWh.

Inwestor już zapowiedział, że planuje jeszcze w tym roku przystąpić do komercjalizacji swojego projektu.

Jak wygląda włoski prototyp podwodnej elektrowni szczytowo-pompowej? Prezentuje to poniższy film:

.