Lagring av overskuddsenergi på havbunnen

Vil bruke kuler på havbunnen for å lagre overskuddsstrøm effektivt

En tysk oppfinnelse kan lagre store mengder overskuddsenergi fra vindparker eller solanlegg i containere på havbunnen.

Fram til nå har systemet blitt testet ut i fire uker med en kule på bare tiendedelen av full størrelse på 100 meters dyp i innsjøen Bodensee. Testingen var positiv og viste at ingeniørene klarte å lagre og drifte systemet.
Fram til nå har systemet blitt testet ut i fire uker med en kule på bare tiendedelen av full størrelse på 100 meters dyp i innsjøen Bodensee. Testingen var positiv og viste at ingeniørene klarte å lagre og drifte systemet.
EKSTRA

En tysk oppfinnelse kan lagre store mengder overskuddsenergi fra vindparker eller solanlegg i containere på havbunnen.

  • energi
Hei, dette er en Ekstra-sak som noen har delt med deg.
Lyst til å lese mer? Få fri tilgang for kun 199,- i måneden.
Bli Ekstra-abonnent »

Fornybar energi har den ulempen at strømproduksjonen nødvendigvis vil variere med sol eller vind. Derfor trengs det et mellomlager der overskuddsstrøm kan lagres og igjen aktiveres når det er behov. 

Professor Horst Schmidt-Böcking fra Goethe-Universität i Frankfurt og Gerhard Luther fra Universität Saarbrücken lanserte ideen allerede i 2011, en idé som innebærer at enorme kuleformede betongkonstruksjoner skal utstyres med ventil og turbin og plasseres på cirka 700 meters dyp på egnede steder på havbunnen. Overskuddsstrøm fra vindparker eller annen fornybar energi skal brukes til å pumpe kulene nesten helt tomme for luft. Når strøm skal produseres, åpnes ventilen og vann strømmer inn. Vannstrømmen driver turbinen som igjen driver en generator og det produseres strøm. Når energi skal lagres, pumpes containeren på nytt tom for vann og er igjen klar til å produsere strøm. 

Potensielt kan virkningsgraden bli svært høy, målt mot andre måter å lagre energien på.

Les også

Et stort potensial

Kort etter at de to forskerne lanserte ideen gikk et konsortium av forskere fra Hochtief Solutions AG og Fraunhofer IEE fra Kassel i gang med å forsøke å finne ut hva som skal til for å realisere ideen, og om det rent byggteknisk er mulig å gjennomføre på en økonomisk forsvarlig måte.

Resultatet ble en forstudie som blant annet har vist at det er et stort potensial for bruk av teknologien, spesielt i store befolkningstette områder der det er dypt hav i nærheten. Forskerne ser muligheter for å bruke teknologien utenfor norskekysten, men også områder utenfor Spania, USA og Japan har stort potensial.

Fram til nå har systemet blitt testet ut i fire uker på 100 meters dyp i innsjøen Bodensee, med en kule på bare tiendedelen av full størrelse. Testingen var positiv og viste at ingeniørene klarte å lagre og drifte systemet i forskjellige modus. Før systemet kan tas i bruk i full skala og settes i drift, skal det også gjennomføres flere tester på havbunnen.

De tyske ingeniørene mener en slik container kan lagre 20 Mwh med strøm og at strømmen vil koste omtrent 0,02 Euro per Kwh. Det betyr at en enkelt av disse betongkulene kan produsere like mye strøm som en vindturbin til havs med maksimal ytelse.

Den tyske oppfinnelsen var en av tre nominerte kandidater til Green Award 2019 under Greentech-festivalen i Berlin i slutten av mai.

Flere utfordringer

Jochen Bard forteller i en kommentar at det er flere utfordringer knyttet til prosjektet. Bard er divisjonsdirektør ved Energy Process Technology ved Fraunhofer IWES i Kassel og er en av forskerne bak prosjektet.

Ideen innebærer at enorme kuleformede betongkonstruksjoner skal utstyres med ventil og turbin og plasseres på cirka 700 meters dyp.

– Til den kommersielle anvendelsen planlegger vi kuler med en diameter på rundt 30 meter som skal stå på rundt 700 meters dyp og kunne lagre omtrent 20 MWh energi. De kan for eksempel produsere 5 MW i fire timer. En slik kule vil ha en veggtykkelse på nesten tre meter og veie over 20 000 tonn, sier han til TU.

Bard forteller at de sammen med sin partner, Hochtief Engineering, har utviklet en fremgangsmåte for å klare å lage slike kuler, men at de ennå ikke  har prøvd det ut i praksis.

– I neste omgang må kulen med hjelp av et oppdriftslegeme slepes fra produksjonshavnen til utplasseringsstedet. Denne metoden må utformes i detalj og testes, sier han.

Selve Installasjonen innebærer videre at den enorme containeren må kobles til en sjøkabel, som ligger på havbunnen og deretter senkes, slik det allerede har blitt gjort i eksperimentet i Bodensee, men med en mye mindre kule. Prinsippene er med andre ord klare, men den tyske forskeren påpeker at det ennå  er mange detaljer som må klargjøres og testes.

– Pumpeturbinenheten er basert på teknologi som finnes på markedet, men bruken må tilpasses og optimeres for å oppnå en størst mulig virkningsgrad av lagringen. Vi har allerede vært  i kontakt med flere potensielle produsenter, forteller han.

Bard forklarer at det finnes mange flere spørsmål de må finne ut av for å redusere de økonomiske og tekniske risikoene før prosjektet kan realiseres i full størrelse til havs.

– Det neste utviklingstrinnet blir en kule i mellomstørrelse med en diameter på cirka ti meter som kan installeres til havs på et stort dyp. Dette er et prosjekt vi allerede er i ferd med å utvikle. Vi leter både etter et passende utplasseringssted og søker også finansiering i form av offentlige og private midler, forteller Fraunhofer-forskeren.

Er det et problem at vannet kan begynne å koke når all luften pumpes ut av kulene og at det dermed vil oppstå et mottrykk inne i kulene?

– Når vannet pumpes ut vil naturligvis trykket avta sterkt, noe som påvirker pumpens og systemets utforming, men det representerer ikke noe uløselig problem, det har vi utviklet løsninger for. Husk at vi allerede har eksperimentelle data fra forsøket i Bodensee som ligger til grunn for våre vurderinger, påpeker den tyske forskeren. Han vil ikke gå i detaljer om de aktuelle løsningene.

Les også

Stort potensial i Norge

Det er flere grunner til at de tyske forskerne ser muligheter i Norge i denne saken.

– Norge har flere potensielle plasseringssteder. Det opprinnelige forslaget var å realisere konseptet i Norskerenna, og integrere det i det planlagte strømnettet i Nordsjøen – som en lagringsfasilitet som balanserer strømmen fra vindkraften fra anleggene til havs og gir støtte til strømnettet.

Det finnes likevel mange flere mulige plasseringssteder, både langs hele den norske kysten og i de dype fjordene. Lagringsfasiliteter tjener ifølge Bard alltid til å balansere belastningen eller  lage bro over flaskehalser i nettet. 

– Norge kan også ha nytte av å bruke systemet i sammenheng med olje- og gassindustrien og vindparkene til havs.

Han forteller at de har hatt flere ideer i den retning, og også har gjennomført noen samtaler, men foreløpig har det ikke blitt til noe konkret.

– Men også til gjennomføringen av neste skritt finnes det mange gode plasseringssteder i Norge og, på grunn av tilgjengelig offshore knowhow og infrastruktur i form av skip og havner, er det der også mange interessante utviklingspartnere. De første samtalene om dette er i gang, sier Bard.

Trenger fundament

En enkelt av disse betongkulene skal kunne produsere like mye strøm som en vindturbin til havs med maksimal ytelse.

Professor Gudmund Reidar Eiksund synes konseptet er interessant, og tror teknologien som er utviklet i forbindelse med offshore betongplattformer vil være nyttig for denne metoden for å lagre energi.

Eiksund arbeider ved Institutt for bygg- og miljøteknikk ved NTNU og forsker spesielt på fundamentering av offshore vindturbiner og påpeker behovet for fundamentering.

– Du kan ikke legge ei kule rett på havbunnen. Fylling og tømming av vann gir store variasjoner i egenvekt, og da vil det være behov for et solid fundament for å unngå problemer med kabler og rør som skal kobles til.

Eiksund peker på at det gjerne er bløt sjøbunn på dypt vann, slik betongkulene vil trenge et fundament, som Trollplattformen. Den står på 303 meters dyp i Norskerenna. Trollplattformen er fundamentert på 19 betongsylindre med diameter 32 meter, som går 36 meter ned i sjøbunnen.

NTNU-forskeren påpeker likevel at betongkulene ikke vil være utsatt for belastninger fra vind og bølger på samme måte som en oljeplattform, så kravene til fundamentstørrelse vil være langt mindre. Han tror likevel teknologien utviklet for bygging, installasjon og fundamentering av betongplattformer i stor grad vil kunne gjenbrukes for dette energilagringskonseptet.

Les også

Finne riktig sted

Han synes teknologien er interessant, men utfordringen kan bli å finne en plass som egner seg for utplassering. Det kan ikke være for langt fra land for da trenger man transformatorstasjoner som vil medføre store ekstrakostnader. Dessuten må det være tilstrekkelig dypt, siden energimengden man kan lagre er proporsjonal både med volumet av kulene og dybden. Nordsjøen har ikke de store dypene, med unntak av og Norskerenna og de norske fjordene der det er dybder ned mot 600 og 1000 meter.

– Norskerenna og Sognefjorden er aktuelle steder også fordi det er relativt kort vei til land og det er store, befolkede byer langs kysten og en del industri. Andre aktuelle steder kunne være vestkysten av USA der det produseres mye solenergi og det er kort avstand til de store byene.

Derimot tror Eiksund ikke at systemet egner seg så godt for de store vindparkene til havs, fordi de er bygget på grunt vann, mellom 20 og 40 meter, slik at energilagringskapasiteten vil være relativt liten.

– Dersom vi får store, flytende vindparker en gang i fremtiden, kan situasjonen bli en annen.

Flytende vindparker kan bli aktuelle etter hvert, siden bunnfaste vindturbiner nå har nådd maksimal størrelse. Det er ikke økonomisk å bygge dem særlig større fordi det ikke finnes større kranfartøy som brukes til å montere generator og turbinblad.

– Flytende vindparker kan bygges i en dokk og monteres ferdig ved land og da er det mulig å doble størrelsen. Jo lenger opp man kommer, jo mer blåser det og jo mer energi er det mulig å utvinne. Hvis man legger slike langs kysten, så kan en kombinasjon med energilager av denne typen fungere bra, mener Eiksund.

Vet hva de må gjøre

Jochen Bard Foto: Volker Beushausen, Fraunhofer IEEE

Jochen Bard er langt på vei enig med Eiksunds vurderinger, men har også noen merknader.

– Man må naturligvis kjenne grunnen godt og ta forholdsregler ut i fra det. Det var også slik i Bodensee at kulen sank et godt stykke ned i sjøbunnen, så vi er godt kjent med den problematikken.

Bard og de andre forskerne har gjennomført geotekniske undersøkelser og mener at det finnes mange flere egnede steder enn det noen gang kommer til å bli utplassert lagringskuler.

Han påpeker også at kombinasjonen med offshore vindparker bare er ett av flere mulige anvendelsesområder for denne teknologien.

Les også

Kommentarer (8)

Kommentarer (8)

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå