Projekt StEnSea (Stored Energy in the Sea) odborníků Fraunhofer Institute již od roku 2011 zkoumá možnosti využít tlaku vody v mořských (nebo i sladkovodních) hlubinách ke krátkodobému či střednědobému ukládání obnovitelné energie ve velkých dutých betonových sférách, potopených na dno, stovky metrů pod hladinou.
Je to slušně divoký, leč podle všeho funkční koncept. Na mořské dno se potopí betonová bublina, která představuje plně nabitou fyzikální „baterii.“ Na bublině je umístěný ventil, skrz který se po jeho otevření dere dovnitř okolní voda. Proudící voda roztáčí turbínu generátoru a vyrábí elektřinu pro rozvodnou síť.
Betonovou bublinu je možné opět nabít energií. S využitím energie z rozvodné sítě se pumpami proti tlaku okolní vody vyčerpá voda z dutiny a v betonové bublině se tím pádem opět „uloží“ využitelná energie. Tento typ „baterií“ by mohl přispět ke stabilizaci sítě napájené obnovitelnou energií.
Podle tvůrců tohoto pozoruhodného konceptu má optimální betonová bublina pro tento účel tvar koule o průměru 9 metrů a hmotnosti 400 tun a je ukotvena k mořskému dnu v hloubce 600 až 800 metrů.
Tým Fraunhofer Institute již otestoval menší model této pozoruhodné baterie v evropském Bodamském jezeru na pomezí Německa, Švýcarska a Rakouska. Teď se připravují na potopení 3D tištěného prototypu v plné velikosti, k němuž by mělo dojít na konci roku 2026 u Long Beach, poblíž Los Angeles. Prototyp by měl generovat 0,5 MW výkonu a měl by mít kapacitu 0,4 MWh. Pro představu, to je energie pro jednu americkou domácnost na zhruba dva týdny.
V dohledné době by mělo dojít i na test gigantické betonové bubliny o průměru 30 metrů. Podle badatelů má technologie StEnSea globální potenciál pro uložení zhruba 817 tisícnGWh, což by stačilo pro 75 milionů evropských domácností na jeden rok.
Cena za ukládání energie tímto způsobem by měla být kolem 5,1 centů na 1kWh, při investicích 177 dolarů na 1kWh a při odhadu pro zařízení se šesti sférami o celkovém výkonu 30MW a kapacitě 120 MWh. Americké ministerstva energetiky investovalo do projektu 4 miliony dolarů. Čas ukáže, zda se investice vyplatila.
Video: Concrete Spheres for Energy Storage at the Bottom of the Ocean
Literatura
Hydrostor vybuduje největší fyzikální baterie se stlačeným vzduchem
Autor: Stanislav Mihulka (01.05.2021)
Podmořská fyzikální baterie Ocean Battery bude ukládat energii na dně oceánu
Autor: Stanislav Mihulka (11.01.2022)
Baterie BaroMar na mořském dně nabídnou nejlevnější skladování energie
Autor: Stanislav Mihulka (09.05.2024)
Diskuze:
Jak to bude fungovat v reálu.
Martin Jahoda,2025-05-19 09:18:13
Myslím, že všichni diskutující tu shrnuli v čem je to blbost. Já jen přidám můj odhad. Koule bude v reálu spojená trubkou s hladinou a při čerpání vody ven se bude nasávat vzduch z hladiny. Opačně pak bude vzduch rourou vytlačován ven při používání. Odpadne tak zásobník stlačeného vzduchu. Zároveň by se tak dala nádrž uvnitř čistit za atmosferického tlaku.
Souhlasím s tím, že je to složité na údržbu a finančně to bude náročné a bez dotací neefektivní. Cena poroste s třetí mocninou průměru koule, protože velký průměr koule bude mnohem náročnější na pevnost stěn.
Re: Jak to bude fungovat v reálu.
Pavel Kaňkovský,2025-05-20 11:17:26
To, zda je potřeba trubka pro spojení s atmosférou, je právě jedna z věcí, kterou testovali na tom zmenšeném prototypu. A zjistili, že to dost dobře funguje i bez toho, což je významné zjednodušení.
Viz Christian Dick, Matthias Puchta, Jochen Bard, StEnSea -- Results from the pilot test at Lake Constance, Journal of Energy Storage, Volume 42, 2021, 103083, https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103083
Hmotnost koule musí růst s třetí mocninou průměru už jen z toho důvodu, aby byla dost těžká, aby se po vyčerpání vody udržela na dně. Oni sami odhadují náklady na jednu jednotku asi 8-10 MEUR, ale samotná betonová koule je z toho stěží třetina.
Viz Henning Hahn, Daniel Hau, Christian Dick, Matthias Puchta, Techno-economic assessment of a subsea energy storage technology for power balancing services, Energy, Volume 133, 2017, Pages 121-127,
https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.05.116
Florian Stanislav,2025-05-18 18:28:57
Věta o globálním potenciálu pro 75 milionů domácností na rok při průměru koule 30 m je podivná. Koule 30 m má asi 30x větší objem jak průměr 9 m, který stačí pro jednu domácnost na dva týdny.
Globální potenciál ano, ale kolik koulí je třeba ? Koule průměe 30m je tak pro jednu domácnost na rok. A 75 milionů domácností je trochu víc.
Potenciál 75 milionů domícností je i ve zdrojovém šlánku.
Re:
Ilil Akil,2025-05-18 23:13:51
V článku je "globálny potenciál" to je asi také nejaké vymyslené číslo, keby sa všetky pobrežia sveta zaplnili takými guľami.
Re: Re:
D@1imi1 Hrušk@,2025-05-18 23:34:43
Ne všechna pobřeží. Jen ta, která splňují určité parametry - hloubku, sklon dna, vzdálenost od pevniny a nejspíš i vzdálenost od přenosové soustavy.
Tady mají celkem stručně základní informace:
https://www.iee.fraunhofer.de/en/presse-infothek/press-media/2024/fraunhofer-iee-and-partners-test-spherical-energy-storage-on-the.html
Re: Re: Re:
D@1imi1 Hrušk@,2025-05-19 00:00:25
Hloubka: 600 - 800 m
Sklon: ≤ 1°
Vzdálenost od elektrické sítě: ≤ 100 km
Vzdálenost k stanovištím údržby: ≤ 100 km
Vzdálenost k základnám pro instalaci: ≤ 500 km
(doslovný překlad)
https://www.iee.fraunhofer.de/en/topics/stensea.html#1049120888
Re: Re: Re: Re:
Florian Stanislav,2025-05-19 18:18:21
Díky za vyhledané informace. Nyní se to nezdá přestřelené- jestli jedna koule odpovídá jedné domácnosti.
Objem koule průměr 30 m je asi 14 000 m3, 75 milionů koulí má objem asi 1E+12 m3 = 1000 km3.
Vodní přehrada Itaipu ( Brazilie) má asi 30 km3, výkon 14 000 MW, výroba 100 TWh za rok. Česká domácnost asi 3MWh/rok, čili 30 milionů domácností.
Tři soutěsky ( Čína) asi 40 km3, mají výkon asi 18 000 MW.
Re: Re: Re: Re: Re:
F M,2025-05-20 01:12:44
Kolik a jak kvalitního betonu? Při tloušťce cca 0,5m mi to vychází 75M kusů) cca 1/10 tedy 100km3, což je dle googlu zhruba 5 celosvětových ročních produkcí. K tomu instalace na dně, trubky, kabely atd.. 500m je 50 atmosfér, jaká tloušťka to při tomto povrchu vydrží? Méně kvalitní betony jsou tuším na hraně již v materiálu. Pokud se to bude při vyprazdňování tlakovat vzduchem na vnější tlak půjde efektivita do kopru.
Celková potenciální energie (kapacita) při 100% využití, pokud jsem se škaredě nespletl v nulách (500m) 75 000 000ks je cca 1,4PWh což vykryje spotřebu cca na 18 dní, takže něco ano, ale nevím kolik budou ztráty čerpadla, síť a další (snad se vrátí lepší půlka takže 9 nebo adekvátní zlomek).
Ty ostatní připomínky v diskusi, údržba, montáž atd platí také. Vše jde s počtem kusů lineárně (jen ta velikost - pevnost a objem ne), takže není problém ty odhady kusů konkretizovat a ty náklady (i ekologické) jsou také přímo úměrné.
A vtip na konec, tolik vyrobeného CO2 a ani watt vyrobené energie, ale asi furt lepší než vodík. Akorát ČR je zde opět úplně v kýblu, bude se kýblovat z/do těch dolů, takže bych doporučil toho uhlí vytěžit maximum, aby bylo kam.
Re: Re: Re: Re: Re: Re:
F M,2025-05-20 11:48:59
Ještě z toho článku od pana Hrušky, bohužel jsem si to přečetl až teď, tak to píši nadvakrát. Oni počítají (samozřejmě vše -až, max a ideálně) celkovou celosvětovou kapacitu 0,8PWh, což zhruba vychází (budou brát vnější průměr 30m), pro EU uvádí 0,166PWH. Efektivitu 75-80%, ale tam si nejsem úplně jistý délkou potrubí k těm vzdálenějším což bude většina, nárůstem kamene s časem a podobně. Nevyžadují vysokopevnostní beton, množství/sílu neuvádí.
Překlenout to má pomoci pár dní, proto i to množství cyklů za rok (xkapacita) na které se potom rozepíšou ty náklady. Píší 1350 eur na kWh výkonu a 158 eur na kWh kapacity, což zřejmě přepočítávají na ty cykly a ty desetníky, tisíce, nižší desítky tisíc cyklů? S údržbou příliš nepočítají, turbíny generátory výměnu po 20letech. Těch podmínek na dno také mnoho nemají. Předpokládám, že náklady na specializované firmy (hloubkové stavby a údržba) jsou již optimalizované (ideální).
Každopádně lepší koruna za kWh je spíše únosná cena výroby energie (pokud by to šlo z elektráren na řece přímo do sítě) ne dodatečné přirážky (idealizované). Samozřejmě ekologický dopad je třeba počítat k zálohovanému zdroji.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re:
F M,2025-05-21 14:11:51
Omluva a oprava, trubka jsem si nějak zafixoval, že tam vede trubka (blbnu), on tam vede jen kabel, potom těch 100 km délky dává větší smysl, tedy jelikož ta délka platí (předpokládal jsem o řád menší reálné délky blb) tak je to obrovské množství zpracovaného materiálu a kovů a zvyšují se požadavky na dno.
Děkuji panu Kaňkovskému za odkaz výše a impuls k sebereflexi.
Re: Re: Re:
Ilil Akil,2025-05-19 00:00:30
Snáď sa dalo domyslieť, že to bolo zjednodušené tvrdenie.
A nebude to použiteľné napr. na príliš plytké pobrežie, či neobývané pobrežie ako napr. v Antarktíde atď.
dalsi pokus
Zdeno Janeček,2025-05-18 09:47:59
je to dalsi varianta precerpavacky, preco nie,
problem bude biosfera, ktera zacpe cerpadla.
Re: dalsi pokus
Martin Novák2,2025-05-18 12:49:05
No z těch ostatních ekonomických katastrof ve videu je to asi nejlepší, aspoň se to nezabývá stlačováním vzduchu. Ale stejně to vidím tak že projekt bude opuštěn hned po skončení dotací protože bez dotací se to nevyplatí ani provozovat. A to ani při těchto cenách pokřivených Green Dealem podporou OZE, natož tak při normálních cenách které by byly mnohem nižší.
Re: dalsi pokus
Karel Klement,2025-05-18 12:51:48
U přečerpávačky také nepotřebujete mít beton ze všech stran.
Je také výrazně jednoduší čerpat vodu 600 metrů nahoru v normálním prostředí, než mít čerpadla v extrémních podmínkách, 600 metrů hluboko na mořském dně.
Re: Re: dalsi pokus
Vojta Ondříček,2025-05-18 14:28:14
LiFePo4 akumulátory, které jsou dnes na trhu ke koupi, uschovají 1kWh také zhruba za 3 .. 5centů (slibovaná 20. -letá a 6000 cyklová životnost).
Re: Re: Re: dalsi pokus
Martin Novák2,2025-05-18 20:32:45
Ano, 3-5 centů - papír snese hodně. Možná tak teoreticky, pokud je budete cyklovat v nejvýhodnějším rytmu, nejlepším proudem, pravidelně a po celou dobu životnosti kterou výrobce pravděpodobně zjistil opatrným testováním v laboratoři trvajícím asi tak měsíc a ještě značně přecenil. Asi tak reálné jako tabulkový dojezd elektromobilu v zimě nebo kapacita powerbanky z Temu.
Ale tyhle nádrže na tom nebudou jinak, takže pokud se nebudou cyklovat optimálně třeba proto že zrovna fouká a uložená energie není hned potřeba tak cena za uloženou kWh bude tak trojnásobná. A to ještě jen tehdy pokud se za celou dobu životnosti v hloubce 800m NIC NEPOKAZÍ!
Re: dalsi pokus
Pavel Nedbal,2025-05-18 22:00:05
Ano, souhlasím,
je to prachsprostá přečerpávačka, navíc s ponořenou strojovnou (asi pro každou kouli zvlášť) a nicmoc objemem a s mořskými mikro - makro -zvířátky a kytičkami. Nizozemci, Belgičani, Dánové a severní Němci mají smůlu. Ale Bavoráci maji Alpy, třeba hned vedle Neuschwansteinu (mám podložku pro myš s obrázkem téhož a byl jsem tam i osobně) - stačí zacpat hubu těm zeleným magorům a přečerpávaček, i velkých, budou mít dostatek. I u nás by to šlo, v Krušných horách například.
Jak by třeba řešili ohromný vztlak? Co by se do koule při vyprazdňování dostávalo - vzduch hadicí zvrchu, nebo vakuum? Blbost na utracení peněz. Při poruše by to vytahovali nahoru do nějakého suchého doku, dost možná plné vody?
Re: Re: dalsi pokus
Ilil Akil,2025-05-18 23:55:50
Samozrejme by tam nedávali vzduch zvrchu, to by predsa úplne stratilo funkčnosť, keby sa v guli voda nahradila vzduchom s rovnakým tlakom.
Po vyčerpaní vody bude v guli akési "pseudo-vákuum", podtlak tvorený plynom z vody:
vodnou parou a vzduchom uvoľneným z vody.
Je to masívna guľa práve preto, aby vydržala vysoký tlak zvonka na podtlak zvnútra.
Iný tvar by sa zbortil dovnútra.
Re: Re: Re: dalsi pokus
Oldřich Vašíček st.,2025-05-19 08:31:22
Taky jsem nad tím přemýšlel, ale vyčerpat vodu s tím, že tam zůstanou jen nízkotlakové vodní páry, mi připadá nereálné. Při odčerpávání a vzniku vakua nad hladinou vody v nádrži by docházelo k varu. Vznikala by vodní pára, ale současně by se srážela i sůl. Taby se sice částečně rozpustila v dalším cyklu, ale postupně, jak by stoupala salinita uvnitř uzavřené vody, by se již dále nerozpouštěla a docházelo by k zanášení koule.
Při napouštění koule v případě výroby energie je nutný velmi vysoký průtok (vhodný pro daný výkon turbíny). Způsobí to relativně velký dynamický ráz na celou konstrukci (tím větší, čím větší bude tlakový spád). Současně budou kladeny velmi velké nároky na případný filtr pro odstranění všech organismů z napouštěné vody. A to velkou rychlostí. Aby nedocházelo k zarůstání vnitřního prostoru je vhodné udržovat "baterii" co nejčastěji v nabitém stavu. Ve vakuu toho moc nenaroste. :)
Ale spíše očekávám, že se bude vnitřek plnit vzduchem za normálního tlaku. Možná bude součástí i tlaková nádoba na uchování odpovídajícího množství vzduchu nebo inertního plynu.
PS: při očekávaných tlacích bude nutná velice kvalitní izolace, aby voda neprosakovala samotnou strukturou betonu.
Re: Re: Re: Re: dalsi pokus
Ilil Akil,2025-05-19 19:54:32
K akému "varu"?
Veď tá voda bude v masívnom betóne s veľkou tepelnou kapacitou obklopená studenou oceánskou vodou.
V guli by nebola žiadna uzavretá voda, ale by sa stále premiešavala s okolitou - aj keby čerpadlo nevyčerpalo všetku vodu z gule.
Čo je "normálny" tlak?
Tlak okolitej vody?
Ak by bol taký tlak v guli, tak by to bolo predsa neúčinné a bolo by jedno, či je guľa v hĺbke 600m alebo 10m.
Voda nie je vodík, aby len tak "presakovala" cez hrubý betón.
Aj priehrady sú predsa z betónu.
Re: Re: Re: Re: Re: dalsi pokus
F M,2025-05-21 22:18:47
Bohužel nemám plný přístup k článku z odkazu nahoře, tam by se ta konstrukce ukázala jistě.
Var je zřejmě myšlen tak, že pokud by se odčerpávala voda z koule ven, tak nad klesající hladinou by bylo vakuum, jenže voda ve vakuu vře při jakékoli teplotě, což by v reálu vedlo k nějaké rovnováze kdy by byl přiměřený tlak (pára, CO2, další plyny z vody). Ale to by zřejmě byl problém? S vakuem ve vodě i s čerpadlem.
Asi to není problém řešit nějakou nádobou (vyvýšenou) s plynem, při naplnění je díky tlaku objem plynu/ů minimální, při vyčerpání expanduje do koule. Je možné, že stačí i ty plyny z vody (šumící CO2), případně alespoň k doplňování úniků. Ale jen hádám a usuzuji, že nějak takto by to mohlo jít.
Tlak vzduchu by nebyl u dna o moc větší než u hladiny, ale to spojení jde hloupost (což mi došlo až později)
Voda je z okolí teploty jsou stejné (+ drobné z práce). Ten potenciál vzniká mezi tlakem okolní vody a nízkým tlakem v kouli, po naplnění je vyčerpán a tlaky vyrovnány.
Ještě jeden fór, když proskakuji to video vidím 3m betonu, já to výše počítal pro 0,5m jako vnější obal nad 30m (zde 3m dovnitř) na 5 ročních světových produkcí betonu, po přepočtu to vychází na spotřebu výroby po dobu cca 23 let. A to se v boji s dobou ledovou v rámci přihřívaní planety vyplatí.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: dalsi pokus
D@1imi1 Hrušk@,2025-05-22 01:10:09
Se životností té betonové koule ~ 50 let to na bezuhlíkovou energetiku nevypadá. Leda že by u cementáren chytali CO2 a pumpovali ho pod zem, čímž by náklady na OZE energetiku narostly ještě více.
Re: Re: Re: Re: Re: Re: dalsi pokus
Ilil Akil,2025-05-22 16:43:09
Tak ten podtlak by nebol "laboratórne vákuum".
A aj pri vpustení vody dovnútra by tam asi zostalo nejaké množstvo vzduchu a plynov.
A ak by sa aj podarilo dosiahnuť podtlak na var vody, tak by to trvalo len okamih, než by tomu tlak vzniknutej vodnej pary zamedzil.
V takej hĺbke je silný podtlak aj niekoľko atmosfér.
Re: Re: dalsi pokus
Aleš Procháska,2025-05-18 23:57:31
Vztlak by řešili samotnou hmotností koule, uvedených 400 tun pro devítimetrovou kouli (vnější průměr) akorát vychází. Ovšem to je nijak nevyviňuje z podezření, že je to jen tisící první pokus o dojení dotací, poté co nevyšla "gravitační úložiště" ve starých šachtách :D
Re: Re: Re: dalsi pokus
Ilil Akil,2025-05-19 00:07:25
Jednak musí byť guľa dostatočne hmotná (alebo zaťažená), aby sa po vyčerpaní vody nepohybovala nahor.
A zároveň musí byť dostatočne pevná, aby sa nezbortila dovnútra.
Re: Re: Re: Re: dalsi pokus
Aleš Procháska,2025-05-19 17:28:40
Pevnostně by to mohlo taky vydržet. Zkusil jsem to dopočítat, pro kouli D=30 m vychází tloušťka stěny 2.45 m aby měla koule neutrální vztlak (hustotu betonu jsem bral 2400 kg/m3). V hloubce 600 m bude tlakové napětí ve stěně 19.9 MPa, beton C35/40 by to měl zvládnout (má pevnost 35 MPa). Vnitřní objem 8246 m3, potenciální energie vody 49.5 GJ = 13.75 MWh. A jak tak na ta čísla koukám ... odsouvám to celé do říše fantasmagorií.
Re: Re: Re: Re: Re: dalsi pokus
F M,2025-05-21 22:47:38
+1
Jenže pokud někdo nepochopí, že solární panely a větrníky mají strop rozumného využití tak se budou takové nesmysly prosazovat neustále. A toto fungovat asi bude, jen ta ekonomika bude ještě daleko horší než čím nám teď hrozí. Takže dalších kol se nejspíše dočkáme a spíše za pár let, aby těch problémů moc nevyplavalo na povrch.
Re: Re: Re: dalsi pokus
D@1imi1 Hrušk@,2025-05-19 00:30:20
K dojení zelených dotací je to určitě výborné. Ale pokud by se jim podařilo úspěšně překonat zde zmíněné překážky (sůl, mořská fauna, nutný bezservisní provoz...), mohlo by to mít i praktičtější využití. Nejlepší místo pro jadernou elektrárnu je mořské pobřeží a ke každé JE se hodí nějaká přečerpávačka jako záloha a pro vyrovnání denní křivky spotřeby. A ne každé pobřeží disponuje vhodným terénem pro klasickou přečerpávačku, jak zmiňuje pan Nedbal.
Nicméně se obávám, že reálná ekonomika provozu bude vypadat podstatně hůř, než si to na papíře malují. Už to, že prototyp testovali ve sladkovodním jezeře ve třetinové hloubce, vytváří divný dojem. Co na tom chtěli testovat? Že koule udrží tlak a turbína pumpuje vodu? Ty informace mohli získat prostým vymodelováním v nějakém softwaru. Nejsme ve středověku, kdy byli inženýři odkázáni na empírii místo výpočtů. Hlavní schopnosti jako bezporuchovost a dlouhodobou odolnost soli a mořské fauně tím neověřili. A funkčnost finálního modelu naškálovaného na rozměr 30 m a hloubku ~700 m také ne.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
