Poco meno di due miglia al largo della costa di Toronto, una serie di sei enormi palloncini cilindrici si alza dal fondo del lago, alto quasi quanto una casa a due piani. Le loro pareti contengono aria compressa con il potenziale per diventare elettricità.
Questi palloncini fanno parte di un sistema innovativo e privo di emissioni per immagazzinare energia rinnovabile dalla società Hydrostor.
Vedete, l'energia eolica è meravigliosa ei pannelli solari sono eccezionali e queste tecnologie diventano più efficienti ogni anno. Tuttavia, una delle maggiori sfide per l'energia rinnovabile è quella di alimentare le case durante le ore non di punta, una volta che i venti muoiono o dopo il tramonto, quando le comunità spesso si rivolgono alla combustione del diesel.
"Lo stoccaggio è davvero l'elemento chiave per consentire alla nostra rete elettrica di diventare rinnovabile", afferma il CEO di Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Hydrostor è una delle numerose aziende e gruppi di ricerca che stanno studiando lo stoccaggio di energia ad aria compressa subacquea (UW-CAES), che potrebbe essere una risposta a basso costo e rispettosa dell'ambiente a questo problema.
Nel sistema Hydrostor, l'energia in eccesso proveniente dal solare o dal vento carica un compressore d'aria. L'aria compressa viene raffreddata prima che spari giù un tubo e fuoriesca dagli enormi palloncini. Proprio come far esplodere un palloncino a terra, l'aria riempie i palloncini nell'oceano, ma a causa dei molti piedi d'acqua che spingono verso il basso, l'aria all'interno si comprime. Più profondi sono i palloncini, più aria possono trattenere. Per rilasciare l'energia, gli operatori possono aprire una valvola a terra e l'acqua sovrastante forza l'aria fuori, che fa girare una turbina per generare energia.
"Alla fine siamo una batteria subacquea molto bella", afferma Cameron Lewis, fondatore e presidente di Hydrostor, in un video pubblicato sul progetto.
Le strutture a terra dell'Hydrostor ospitano un sistema di compressori d'aria e turbine per convertire l'energia in aria compressa e ritorno. (Hydrostor) CAES non è esattamente nuovo. La tecnologia è in uso dalla fine del XIX secolo, anche se non è stato fino alla fine degli anni '70 che il primo impianto di accumulo di energia ha aperto a Brema, in Germania, con aria compressa sotterranea chiusa in vecchie caverne di sale. Da allora, ci sono stati diversi progetti CAES in tutto il mondo, ma il problema si riduce sempre a dove si mette l'aria, dice VanWalleghem. I serbatoi di acciaio sono estremamente costosi e le attuali alternative a basso costo - caverne sotterranee - non sono mai dove ne hai bisogno, dice. I palloncini sottomarini di Hydrostor potrebbero almeno rendere possibile il metodo di accumulo di energia nelle comunità vicino all'oceano o ai laghi profondi.
Seduti sotto circa 180 piedi di acqua, i sei palloni di prova di Hydrostor misurano 29, 5 piedi di altezza e 16, 4 piedi di larghezza. Sono fatti di un nylon rivestito di uretano, che è lo stesso materiale usato per trasportare i relitti di navi da laghi e fondali marini, un tessuto che può resistere a una grande forza dell'aria sott'acqua.
Hydrostor non è l'unica azienda che studia UW-CAES. Thin Red Line Aerospace ha sviluppato in modo indipendente un sistema simile, e nel 2011 e 2012 ha implementato diverse "Borse energetiche" al largo della costa delle isole Orcadi scozzesi per tre mesi. Questo test pilota iniziale ha dato risultati incoraggianti, che hanno pubblicato in uno studio in collaborazione con un team dell'Università di Nottingham.
"La sfida è un passo avanti nella scala della griglia", afferma Max de Jong, fondatore e presidente di Thin Red Line. O meglio, capire come immagazzinare abbastanza aria per produrre una quantità significativa di energia.
I palloncini di Hydrostor contengono una quantità abbastanza piccola di energia. La società non rivelerà la capacità totale del sistema, ma i generatori sono limitati a circa un megawatt. Anche se Hydrostor ha in programma di ampliare il sistema, hanno bisogno di parecchi palloncini per caricare in modo fattibile una comunità.
Per dare una piccola prospettiva, il London Array, un parco eolico offshore a 175 turbine, produce circa il 4, 2 percento dell'energia elettrica della Grande Londra, secondo de Jong. Per produrre energia sufficiente per compensare una sola pausa di un giorno in uscita, occorrerebbero circa 27.500 dei palloncini più piccoli utilizzati per i test iniziali del sistema della linea rossa sottile Aerospace, spiega. Ciò equivale a poco più di 7.700 delle borse Hydrostor.
"Riesci a immaginare l'impianto idraulico, le tubazioni ... e poi l'impatto ambientale?" De Jong si meraviglia. "Questa è follia."
Secondo VanWalleghem, le parti per UW-CAES di Hydrostor sono tutte parti standard trasportate da fornitori industriali, tra cui General Electric. "Non c'è tecnologia o scienza dietro di noi che costruiscono sistemi più grandi", dice. "Siamo solo noi ad acquistare un motore o compressore più grande".
De Jong, tuttavia, sostiene che costruire sistemi subacquei più grandi non è così semplice. “Sappiamo che le turbine a gas sono disponibili. Sappiamo che le tubazioni sono disponibili ", dice." La parte sconosciuta è il contenimento sottomarino e quanto in profondità [devi] scaricarla per ottenere un significativo accumulo di energia ".
Maxim de Jong, ingegnere capo e amministratore delegato di Thin Red Line Aerospace, ispeziona un "Energy Bag" UW-CAES durante l'inflazione iniziale dei test (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) Per massimizzare la quantità di energia che un sistema subacqueo può immagazzinare e pompare nella griglia, gli ingegneri dovranno vedere quanto possono essere grandi i palloni e le zavorre sottomarine e quanto in profondità possono installarli.
"Non c'è motivo per cui non dovrebbe funzionare, ma ci sono molte ragioni per cui non sarebbe economico", afferma Imre Gyuk, responsabile del programma di accumulo di energia presso il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "La questione dell'efficienza è sempre presente."
All'aumentare della profondità dell'acqua, c'è molta più acqua che spinge verso il basso i palloncini, consentendo una maggiore compressione dell'aria.
"Hai bisogno di qualcosa di immensamente forte. È quasi insondabile quanto deve essere forte quella cosa", dice de Jong. Basandosi sul materiale utilizzato per gli habitat spaziali, Thin Red Line ha sviluppato e brevettato una "architettura di tessuto gonfiabile scalabile" in grado di contenere sott'acqua un enorme 211.888 piedi cubi di aria compressa, quasi 60 volte più dei circa 3.700 piedi cubi di ciascuno di Hydrostor palloncini.
L'altra parte di questa soluzione di efficienza sta andando più in profondità, spiega de Jong. La sua compagnia ha studiato l'idea di accoppiare UW-CAES con mulini a vento galleggianti nel profondo oceano. Questa soluzione detiene il doppio di un enorme potenziale di stoccaggio dalle grandi profondità dell'acqua e i vantaggi delle turbine eoliche che si trovano fuori dal percorso di molti uccelli marini e dalla linea di vista delle persone a terra. Lo stoccaggio profondo mantiene anche i palloncini lontani dagli ambienti sensibili vicino alla riva.
Ci sono ancora molti test da fare affinché la UW-CAES su larga scala diventi realtà. Per uno, gli impatti ambientali sono ancora in gran parte sconosciuti. "Il rumore potrebbe essere una cosa enorme", afferma Eric Schultz, un biologo marino dell'Università del Connecticut. "Immagina di forzare un mucchio di gas attraverso quello che immagino sia un tubo abbastanza stretto." Il sibilo di enormi volumi di aria che fluiscono attraverso i tubi, in particolare le frequenze più alte, potrebbe interrompere il comportamento degli abitanti degli oceani. Tuttavia, l'impatto reale di questi palloncini sulle popolazioni ittiche non è stato ancora verificato.
VanWalleghem sostiene che il sistema di pallone sottomarino potrebbe effettivamente favorire il biota marino, forse agendo come una barriera corallina artificiale. Le ancore dei palloncini sono in parte coperte da pietre di dimensioni e tipi che potrebbero favorire la deposizione dei pesci locali.
Detto questo, come con tutte le navi marine, anche il curioso biota potrebbe essere un problema. "C'è sempre lo squalo tagliabiscotti", afferma Gyuk. Questo squalo delle dimensioni di un gatto si attacca alle superfici, praticando fori ovali lisci.
Con il nuovo programma pilota in atto, Hydrostor attende con impazienza i dati per aiutarli a valutare il sistema. La società ha già in programma di costruire un sistema più grande ad Aruba. Per ora, queste piccole comunità insulari, con un fabbisogno energetico relativamente basso e acque profonde vicino alla costa, sono probabilmente i migliori obiettivi per la tecnologia.
