Et eksperiment på havbunden kan ændre alt om grøn energilagring
På havbunden ud for Californiens kyst foregår lige nu et forsøg, der potentielt kan vende op og ned på hele måden, vi lagrer vedvarende energi på.
En gigantisk betonkugle med en diameter på 9 meter er netop blevet sænket ned i havet – ikke som rekvisit til en science fiction-film, men som prototype på en helt ny type batteri. Idéen stammer fra det tyske forskningsinstitut Fraunhofer IEE, og testene gennemføres i området ved Long Beach i USA. Det centrale spørgsmål er enkelt: Kan havbunden blive et enormt, diskret lager for strøm fra vind og sol?
Hvorfor vi overhovedet leder efter nye batterier til vedvarende energi
Vedvarende energi har én vedholdende svaghed: den producerer strøm, når solen skinner eller vinden blæser – ikke nødvendigvis når vi har mest brug for den. Klassiske batterier baseret på metaller og kompleks kemi er dyre og kræver store mængder råmaterialer.
Pumpekraftværker, hvor vand pumpes op i højere bassiner, omdanner hele dale og skaber protester fra lokale samfund. Ingeniørerne fra Fraunhofer IEE konkluderede, at når der mangler plads eller social accept på landjorden, er det værd at kigge under havoverfladen. Havene tilbyder enorm plads, og det tryk, der hersker på større dybder, kan behandles som gratis, naturligt "brændstof" til energiproduktion.
Sådan fungerer betonkuglen som batteri på havbunden
Projektet hedder StEnSea og bygger på klassisk fysik i et meget enkelt system. Princippet kan beskrives i to faser: opladning og afladning.
- Opladningsfasen: Kuglen er hul indvendigt og hviler på flere hundrede meters dybde. Når der er overskudsstrøm fra vindmøller eller solpaneler i nettet, pumpes vandet ud af kuglen til det omgivende hav. Der udføres arbejde imod det enorme omgivende tryk.
- Afladningsfasen: Når energibehovet stiger, åbnes ventilerne, og vand under højt tryk strømmer ind i kuglen, driver en turbine og generator. Den energi, der blev brugt til at pumpe vandet ud, kommer tilbage som elektricitet.
Den prototype, der nu testes, vejer omkring 400 ton. Trods denne vægt er selve konceptet overraskende simpelt at drive: de mekaniske komponenter består primært af pumper, ventiler og en generator – teknologier der kendes godt fra andre energianlæg.
Forskningsholdet estimerer, at blot nogle få til et par dusin fulde ladecyklusser ville kunne dække et gennemsnitligt husstands årlige elforbrug.
Levetiden er designet til fem-seks årtiers drift. Generatoren forventes udskiftet cirka hvert tyvende år – uden at hele konstruktionen behøver hæves til overfladen. Al service skal foregå under vandet.
Dybt hav i stedet for oversvømmede dale
Nøglen til projektets succes er de rette betingelser dybt under overfladen. De bedste parametre opnås mellem 600 og 800 meters dybde. Her er vandtrykket tilstrækkeligt højt til, at systemet kan lagre betydelige mængder energi, uden at kuglen skal forstærkes overdrevent.
På disse dybder opnås en balance mellem flere faktorer:
| Faktor | Hvad det giver på 600–800 m |
|---|---|
| Vandtryk | Høj mængde energi til rådighed pr. cyklus |
| Kuglens vægtykkelse | Fornuftig betonmængde uden ekstreme omkostninger |
| Teknisk udstyr | Mulighed for at anvende standardiserede nedsænkede pumper |
I modsætning til dæmninger og store reservoirer på land kræver undersøiske anlæg ingen tvangsflytninger og ingen ændring af landskabet. Kystområder i Norge, USA, Japan og Brasilien er særligt velegnede – de har stejle undersøiske skråninger og tilstrækkelige dybder tæt på kysten.
Forskerne fremhæver, at klassiske pumpekraftværkers videre udvikling blokeres af pladsmangel og miljøprotester, mens potentialet på havbunden vokser, og konflikter med lokale beboere i praksis er minimale.
Beton som nyt hjem for havets liv
Beton forbindes normalt med en grå, livløs masse. Projektets amerikanske partner, virksomheden Sperra, forsøger at ændre det ved at anvende 3D-print i stor skala. I stedet for at støbe glatte, monolitiske overflader printer ingeniørerne konstruktionerne lag for lag med kontrolleret ru overflade og porer.
3D-print gør kuglen til et kunstigt rev
Overfladestrukturen er afgørende. Den ru tekstur med mange fordybninger giver hurtigere mulighed for at blive koloniseret af:
- mikroorganismer, der danner grundlaget for fødekæden,
- alger og andre havplanter,
- koraller og små hvirvelløse dyr,
- fisk, der søger ly og fourageringsplads.
I stedet for et fremmedlegeme kastet ud i et økosystem er meningen, at hver kugle skal fungere som et omhyggeligt designet rev. Sperra understreger i sin tekniske dokumentation, at lignende strukturer allerede har haft positiv indvirkning på biodiversiteten – tidligere forsøg i Bodensøen viste, at nyt liv koloniserede konstruktionerne overraskende hurtigt.
De igangværende målinger i Californien skal afklare, om processen forløber tilsvarende i det åbne ocean. Forskerne overvåger ikke kun den energimæssige effektivitet, men også hvor hurtigt og i hvilken form liv samler sig omkring det betonagtige "batteri-rev".
Hvor stort kan et sådant undersøisk kraftværk blive?
Den nuværende prototype med en diameter på 9 meter er kun begyndelsen. Holdet fra Fraunhofer IEE planlægger allerede konstruktioner i langt større skala – op til 30 meters diameter. Jo større størrelse, jo større indre volumen og dermed mere energi, der kan "låses" i tryktorskellen.
I praksis betyder det mulighed for at skabe hele undersøiske energilagerfarms. Et dusin eller flere kugler opstillet i grupper kunne samarbejde med en havvindmøllepark eller et stort solcelleanlæg på land. Når produktionen overstiger behovet, "lader" kuglerne sig op – og når en vindstille nat sætter ind, leverer de strøm på netoperatørens kommando.
Hvor giver denne løsning mest mening?
Denne type lagre passer særligt godt ind i systemer, der allerede investerer kraftigt i vedvarende energi. Eksempler på anvendelse:
- stabilisering af kystnære vindmølleparker,
- støtte til elnettet i områder, hvor det er vanskeligt at bygge nye højspændingslinjer,
- lagring af solcelleenergi i kystregioner,
- effektreserve til store byområder tæt på kysten.
Kuglernes lange levetid betyder, at selv relativt høje startomkostninger kan fordeles over flere årtiers drift. Det er en anderledes økonomisk model end klassiske batterier, der efter et par årtier kræver udskiftning af hele moduler.
Hvad kan gå galt – og hvilke muligheder er der?
Enhver teknologi af denne type rejser spørgsmål. For undersøiske betonkugler handler bekymringerne primært om sikkerhed og påvirkning af havøkosystemer. Ingeniørerne skal forudse konsekvenserne af fejl som beskadigede ventiler eller utætheder. Hertil kommer udfordringen med service på store dybder, hvor enhver handling kræver specialudstyr og uddannede teams.
Der skal også tages hensyn til samspillet med fiskeri og skibsfart. Udstrakte felter af lagerkugler må ikke kollidere med sejlruter eller områder, der intensivt bruges af fiskerflåden. Oven i det kommer internationale regler for udnyttelse af havbunden.
For lande med lavvandede inderhave – som eksempelvis Østersøen – er det optimale dybdeinterval på 600–800 meter praktisk talt umuligt at opnå lokalt. Det udelukker dog ikke deltagelse i forsyningskæden for beton, pumper, styresystemer og dataanalyse, mens selve anlæggene kan placeres ud for eksempelvis Norges eller Portugals kyster.
Fremtiden for energilagring kan gemme sig på havbunden
Energilagring på havbunden illustrerer en bredere tendens: den grønne omstilling handler ikke længere kun om at bygge nye solpaneler og vindmøller. Fleksibiliteten i hele systemet spiller en stadigt større rolle – evnen til at gemme overskudsenergi til senere brug.
Betonkugler, der udnytter vandets naturlige tryk, er en af de mere håndgribelige og intuitive løsninger, der kan hjælpe med at løse dette puslespil. For den almindelige forbruger vil disse strukturer forblive usynlige, et par hundrede meter under overfladen. Effekten kan dog mærkes direkte: mere stabile elregninger, færre udfald og bedre udnyttelse af energi fra vind og sol. Hvis testen i Californien går godt, vil diskussionen om havbundens rolle i fremtidens energisystem kun tage til i styrke.
