I tillegg til antall tanker, påvirker også havdypet effekten i anlegget: Jo dypere anlegget ligger, jo større er trykkforskjellen mellom havoverflaten og sjøbunnen – og jo høyere blir effekten. (Bilde: Doghouse)

SUBSEA ENERGILAGRING

Slik vil de lagre energi på havbunnen

Med minst 50.000 kubikkmeter store tanker.

Norske Sintef-forskere kan bidra til å realisere ideen om et batteri på havbunnen. Effekten skal hentes fra vanntrykk på 400-800 meters dyp.

Vannkraftverk basert på trykktanker på land gjøres allerede med enkelte ordinære vannkraftverk.

Nå har en tysk ingeniør bestemt seg for å flytte hele systemet ned på havbunnen, og Sintef skal hjelpe med å realisere planene.

Havbunnsbatteri

– Se for deg en tom tank på 800 meters dyp, og at det åpner seg en luke i tanken. Vannet vil da strømme inn med en kraft, og denne energien vil vi fange med vårt havbunnsbatteri, sier oppfinner og gründer Rainer Schramm til Teknisk Ukeblad.

– Det er mange som har lansert tanken på å utnytte kraften som finnes i trykket på havbunnen, men vi er de første i verden som har søkt patent på en konkret teknologi som vil gjøre det mulig sier Schramm.

Les også: Skal bygge verdens største batteri

Uforutsigbar fornybar

Årsaken til at denne typen oppfinnelse, som Schramm i samarbeid med Sintef har fått midler fra Norges Forskningsråd for å utvikle, er nødvendig fordi man ikke er i stand til å bestemme når fornybare energikilder blir produsert.

Sol, vind og bølger gir en uregulerbar produksjon av energi, og med mellomlagring kan denne svakheten fjernes.

Kraft kan da tas ut i henhold til etterspørsel.

Energilagring er derfor en vesentlig teknologi for å muliggjøre høy penetrering av fornubar energiproduksjon, hvor produksjon og forbruk ikke korrelerer.

Jevn strømproduksjon

– Vi ser at denne typen anlegg vil fungere godt sammen med for eksempel vindparker, sier Schramm.

– I perioder med lite vind kan man da hente energi fra dette undervannsanlegget i stedet. Det samme gjelder for solkraft. Pumpekraftverket kan bidra til jevn strømproduksjon om natten når det er mørkt, sa Rainer Schramm til Gemini tidligere i mai.

Les også: Statnett knuser pumpekraftdrømmen

Henter Sintef-ekspertise

– Sintef har eksperter både innenfor energiproduksjon, materialteknologi og ikke minst offshore- og dypvannsteknologi, noe som gjør at vi kan finne all kunnskapen vi trenger på et sted, sier den tyske oppfinneren.

For å utnytte trykket på havbunnen i praksis, fanges kraften i en turbin, som i et vanlig vannkraftverk drevet med pumpekraft.

– Et pumpekraftverk er et vannkraftverk som kan «lades» på nytt ved at vannet pumpes tilbake i reservoaret etter at det er tappet ut gjennom en turbin. Slike kraftverk brukes som batterier når de er koblet opp mot kraftnettet, forklarer oppfinneren.

400-800 meters dyp

I kraftverket, eller rettere sagt batteriet, til Schramm, skal turbinen monteres på havbunnen inne i et kammer på 400-800 meters dyp. Kammeret har en luke, og når den åpnes strømmer vannet inn og setter turbinen i sving. Turbinen produserer strøm via en generator.

Når kammeret er fullt, presses vannet ut gjennom et rør til et nytt kammer, som igjen presser vannet videre til neste kammer.

Slik kan man, ifølge Schramm, fortsette med så mange kammer man vil.

Det er altså antallet vanntanker som avgjør hvor lenge anlegget kan produsere strøm.

Les også: Slik skal de utvinne kraft fra varmen i havet

Forankringsproblematikk

Statoil tok patent på en lignende løsning av et marint pumpekraftverk i 2006, som senere ble patentsøkt internasjonalt.

De internasjonale patentsøknadene ble imidlertid senere trukket. Forankring av anlegg på havbunnen er et sentralt problem.

Schramm sier til Teknisk Ukeblad at Subhydro av konkurransemessige årsaker ikke kan avsløre deres løsning på forankringsproblematikken.

– Det er flere som utvikler lignende løsninger, så det vil vi ikke gå ut med, sier Schramm.

Dersom Subhydro har greid å løse problematikken på en økonomisk forsvarlig måte, er oppfinnelsen fra Schramm lovende fordi det kan bidra til å lagre annen energi fra lavlastperioder og slippe den løs i høylastperioder.

Undervanns-fordeler

Statoil undersøkte i sin tid hvorvidt det var tilstrekkelig kommersielt grunnlag for å arbeide videre med energilagring.

Prosjektleder i Statoil, Bjørn Bekken, sier til Teknisk Ukeblad at ideen med å installere systemet under vann i stedet for på land kan ha flere fordeler.

– Selv om dette gjøres på land ved at sjøvann pumpes til et høyere reservoar for å ta ut energien på denne måten, er topografien for dette ikke alltid til stede, sier Bekken.

– I tillegg kan man tenke seg at ved å balansere produksjonen offshore, for eksempel fra et vindkraftverk, så vil en kunne utnytte overføringskapasiteten til land bedre ved at man unngår å måtte dimensjonere for spisslaster, sier Bekken.

Les også: Her er vindkraft nå billigere enn kull

Gruver, grotter og kaverner

Statoil undersøkte da mulighetene for å etablere reservoar under havoverflaten, og dokumenterte med en egen studie at det fantes flere gruver, grotter og kaverner i umiddelbar nærhet til havet som kunne lagre enorme mengder energi på grunn av sin dybde og sitt store volum.

Statoil undersøkte også hvorvidt undersjøiske rørledninger, tanker og lignende brukt i forbindelse med olje- og gassproduksjon kunne gjenbrukes som reservoar for et marint pumpekraftverk.

En egen studie knyttet til eventuell gjenbruk av lagertankene på betongplattformene for dette formålet konkluderte at det er teknisk gjennomførbart, men videre undersøkelser ble ikke foretatt av Statoil.

God effekt

– Når vanntankene er fulle, må vannet ut av tankene, forklarer Schramm.

Dette gjøres ved å kjøre turbinen i revers, slik at den fungerer som en pumpe.

Prosessen bruker en del energi fra nettet, som om man ladet et vanlig batteri.

Til tross for at det benyttes energi til å tømme vanntankene, er virkningsgraden for denne typen vannkraftverk like høy som for et konvensjonelt anlegg på land.

Ifølge Schramm viser beregningene at den ligger på ca. 80 prosent effektivitet.

Les også: Samer vil bygge gigantisk kraftverk

Vil skalere etter behov

Ifølge oppfinneren skal det også være mulig å skalere anlegget etter ønsket størrelse, både når det gjelder turbinen og antallet vanntanker. Et anlegg med vanlig størrelse vil anslagsvis produsere 300 MW (megawatt) i en periode på 7-8 timer. Dette er nok energi til å forsyne i overkant av 200.000 britiske familier med strøm.

Eksempelvis vil 300 MW i åtte timer på 450 meters dyp tilsvare cirka 2.5 millioner kubikkmeter med tank-kapasitet.

Dette tilsvarer cirka 25 meters regulering av Lianvatnet eller seks meter regulering av Sognsvann.

Schramm sier til Teknisk Ukeblad at han ser for seg tanker i størrelsesorden 50 000 kubikkmeter eller mer.

– Vi starter undersøkelsene med sylindriske tanker på 10-20 meter i diameter med en lengde på 100-200 meter. 

– Marine strukturer i denne størrelsesordenen er blitt bygget tidligere, sier Schramm.

Så dypt som mulig

I tillegg til antall tanker, påvirker også havdypet effekten i anlegget: Jo dypere anlegget ligger, jo større er trykkforskjellen mellom havoverflaten og sjøbunnen – og jo høyere blir effekten.

– Dette er noe av grunnen til at vi ønsker å prøve ut denne teknologien i Norge, sier Rainer Schramm.

– Hjemme i Tyskland har vi alt for grunt hav til at dette ville være lønnsomt, men det finnes en rekke områder i verden hvor store havdyp ligger nært land, som for eksempel havområdene rundt Italia, Portugal og Spania, i tillegg til Nord- og Sør-Amerika, sa Schramm til Gemini.

Fem ganger sterkere betong

En av utfordringene SINTEF-forskerne skal bryne seg på, er å utvikle en betongtype som kan brukes til å støpe vanntankene som skal plasseres på havbunnen.

Tor Arne Martius-Hammer ved SINTEF Byggforsk er ekspert på lette og sterke betongtyper.

– Utfordringen er å finne den optimale balansen mellom styrke og pris. Om vi klarer å nå målet om å lage en betong som tåler minst 5 ganger mer enn vanlig betong, kan det redusere veggtykkelsen med 75 prosent. Dette er en kritisk faktor, lykkes vi ikke vil produksjons- og installasjonskostnadene bli for dyre i forhold til strømprisen, forklarte Martius-Hammer til Gemini.

En av løsningene som SINTEF skal jobbe med er å armere betongen med tynne stålfiber i stedet for vanlig stangarmering. Det bidrar til en betydelig forenklet produksjonsprosess. I dag finnes det betong som kan brukes, men oppgaven blir å utvikle et billigere alternativ, sier Martius-Hammer.

Les også:

To rotorblader gir billigere vindkraft

Skal lage strøm med undervannsdrage

Flytende kraftverk kan gi strøm til sokkelen