Bare kort over to mil utenfor kysten av Toronto, stiger en serie med seks massive, sylindriske ballonger fra innsjøen etasje, og står nesten like høye som et to-etasjers hus. Veggene deres inneholder trykkluft med potensial til å bli strøm.
Disse ballongene er del av en innovativ, utslippsfri ordning for å lagre fornybar energi fra selskapet Hydrostor.
Du forstår, vindenergi er fantastisk og solcellepaneler er suverene, og disse teknologiene blir mer effektive for hvert år. Likevel, en av de største utfordringene for fornybar energi er å slå hjem i løpet av høysesongen, når vindene dør eller etter at solen går ned, når lokalsamfunn ofte vender seg mot å brenne diesel.
"Lagring er virkelig nøkkelen for å la vårt elektriske nett bli fornybart, " sier administrerende direktør i Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Hydrostor er et av flere selskaper og forskningsgrupper som undersøker Underwater Compress Air Energy Storage (UW-CAES), noe som kan være et rimelig og miljøvennlig svar på dette problemet.
I Hydrostors system lader overflødig energi fra solenergi eller vind en luftkompressor. Trykkluften avkjøles før den skyter ned et rør og ut til de massive ballongene. Akkurat som å sprenge en ballong på land, fyller luften ballongene i havet, men på grunn av at de mange føttene vann presser seg ned, komprimerer luften inne. Jo dypere ballongene, jo mer luft kan de holde. For å frigjøre energien, kan operatørene åpne en landventil, og det overliggende vannet tvinger luften ut, som snurrer en turbin for å generere kraft.
"Til syvende og sist er vi et veldig kult undervannsluftbatteri, " sier Cameron Lewis, grunnlegger og president i Hydrostor, i en video utgitt om prosjektet.
Hydrostor-anleggene på land rommer et system med luftkompressorer og turbiner for å konvertere energi til trykkluft og rygg. (Hydrostor) CAES er ikke akkurat ny. Teknologien har eksistert siden slutten av 1800-tallet, selv om det ikke var på slutten av 1970-tallet at det første energilagringsanlegget åpnet i Bremen, Tyskland, med trykkluft under jorden låst i gamle saltkavaler. Siden den gang har det vært flere CAES-prosjekter over hele verden, men problemet kommer alltid ned dit du setter luften, sier VanWalleghem. Ståltanker er ekstremt dyre, og de nåværende lavprisalternativene - underjordiske huler - er aldri der du trenger dem, sier han. Hydrostors undervannsballonger kan i det minste muliggjøre energilagringsmetoden i samfunn nær havet eller dype innsjøer.
Sittende under omtrent 180 fot vann, måler Hydrostors seks testballonger 29, 5 fot høye og 16, 4 fot brede. De er laget av en uretanbelagt nylon, som er det samme materialet som brukes til å hente skipsvrak fra innsjø- og havbunnen - et stoff som tåler en god del kraft fra luften dypt under vann.
Hydrostor er ikke det eneste selskapet som undersøker UW-CAES. Thin Red Line Aerospace utviklet uavhengig et lignende system, og i 2011 og 2012 distribuerte de flere “Energy Bags” utenfor kysten av Skottlands Orknøyene i tre måneder. Denne første pilotprøven ga oppmuntrende resultater, som de publiserte i en studie i samarbeid med et team fra University of Nottingham.
"Utfordringen er et skritt for nettstørrelse, " sier Thin Red Lines grunnlegger og president Max de Jong. Eller rettere sagt, å finne ut hvordan du skal lagre nok luft til å produsere en betydelig mengde energi.
Hydrostors ballonger rommer en ganske liten mengde energi. Selskapet vil ikke oppgi systemets totale kapasitet, men generatorene er avdekket til omtrent en megawatt. Selv om Hydrostor planlegger å skalere opp systemet, trenger de ganske mange ballonger til for å muligens lade et samfunn.
For å gi et lite perspektiv produserer London Array, en offshore, 175-turbin vindpark, rundt 4, 2 prosent av Stor-Londons elektriske kraft, ifølge de Jong. For å tømme ut nok strøm til å kompensere for en enkelt dags stillhet i produksjonen, trenger du rundt 27 500 av de mindre ballongene som ble brukt til Thin Red Line Aerospace sine første tester av systemet, forklarer han. Dette tilsvarer drøyt 7 700 av Hydrostors vesker.
"Kan du forestille deg rørleggerarbeid, rørledninger ... og deretter miljøpåvirkningen?" De Jong undrer seg. "Det er sinnssykdom."
Ifølge VanWalleghem er delene til Hydrostors UW-CAES alle standardstykker fraktet av industrielle leverandører, inkludert General Electric. "Det er ingen teknologi eller vitenskap bak oss som bygger større systemer, " sier han, "det er bare oss som kjøper en større motor eller kompressor."
De Jong argumenterer imidlertid for at det ikke er så enkelt å bygge større undervannssystemer. ”Vi vet at gassturbinene er tilgjengelige. Vi vet at rørledningene er tilgjengelige, "sier han." Den ukjente delen er undersjøisk inneslutning og hvor dypt du [må] dumpe den for å få noe meningsfullt energilagring. ”
Thin Red Line Aerospace Chief Engineer and CEO Maxim de Jong inspiserer en UW-CAES “Energy Bag” under den første testinflasjonen (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) For å maksimere mengden energi et undervannssystem kan lagre og pumpe inn i nettet, må ingeniører se hvor store de kan lage ballongene og undersjøiske ballastene, samt hvor dypt de kan installere dem.
"Det er ingen grunn til at det ikke skal fungere, men det er mange grunner til at det ikke ville være økonomisk, " sier Imre Gyuk, programleder for energilagring ved det amerikanske energidepartementet. "Spørsmålet om effektivitet er alltid der."
Når vanndypet øker, er det så mye mer vann som skyver ned på ballongene, slik at det blir mye mer luftkompresjon.
"Du trenger noe ufattelig sterkt. Det er nesten uten grunn hvor sterk den tingen må være, " sier de Jong. Basert på materialet som er brukt til romhabitater, utviklet og patenterte Thin Red Line en "skalerbar oppblåsbar stoffarkitektur" som muligvis kan inneholde en enorm 211, 888 kubikkfot med trykkluft under vann - nesten 60 ganger mer enn de omtrent 3.700 kubikkfotene i hver av Hydrostors ballonger.
Den andre delen av denne løsningen av effektivitet går dypere, forklarer de Jong. Hans selskap har undersøkt ideen om å koble UW-CAES med flytende vindmøller ute i det dype hav. Denne løsningen inneholder en og to punkter med både massivt lagringspotensial fra de store vanndypene og fordelene ved at vindturbiner er ute av banen for mange sjøfugler og siktlinjen for mennesker på land. Den dype lagringen holder også ballongene langt borte fra sensitive miljøer nær kysten.
Det er fremdeles mye testing som må gjøres for at storskala UW-CAES skal bli en realitet. For det første er miljøpåvirkninger fremdeles stort sett ukjente. "Støy kan være en enorm ting, " sier Eric Schultz, en marinbiolog ved University of Connecticut. "Tenk deg at du tvinger en haug med bensin gjennom det jeg kan forestille meg er et ganske smalt rør." Veksen av massive luftmengder som strømmer gjennom rørene, særlig de høyere frekvensene, kan forstyrre havbeboernes oppførsel. Likevel er ikke den faktiske virkningen av disse ballongene på fiskebestander ennå bekreftet.
VanWalleghem hevder at undervannsballonsystemet faktisk kan fremme den marine biotaen, kanskje fungere som et kunstig skjær. Ballongens ankre er dekket delvis av steiner i størrelser og typer som kan støtte lokal fiskingyting.
Når det er sagt, som for alle marine fartøyer, kan nysgjerrig biota også være et problem. "Det er alltid kakskjæreren, " sier Gyuk. Denne kattstore haien fester seg på overflater og skjærer ut glatte ovale hull.
Med det nye pilotprogrammet som følger med, venter Hydrostor spent på data for å hjelpe dem med å vurdere systemet. Selskapet har allerede planer om å bygge et større system i Aruba. Foreløpig er disse små øysamfunnene, med relativt lite energibehov og dypt vann nær kysten, sannsynligvis de beste målene for teknologien.
