水中タンクがエネルギー貯蔵を好転させる

Nov 28, 2023

揚水発電は最も古い系統の電力貯蔵技術の 1 つであり、最も広く導入されている技術の 1 つでもあります。 コンセプトはシンプルです。余剰エネルギーを利用して大量の水を上空まで汲み上げ、後でエネルギーを回収したいときにタービンに戻します。

世界中で再生可能エネルギーの導入が増加するにつれ、これらの断続的な電源からエネルギーを貯蔵する方法を見つけることに大きな関心が集まっています。 従来の揚水水力発電は役に立ちますが、作業に適した土地は限られています。

しかし、解決策は存在する可能性があり、それは波の下の奥深くに潜んでいます。 はい、私たちは水中揚水式水力発電について話しています。

水中揚水式水力貯蔵システムの基本概念は、陸上のそれに似たものと変わりません。 違いは、すでに海中にあるときに水を汲み上げて発電する方法の詳細にあります。

一般的なアイデアは、密閉された船舶を海底に置くことです。 次に、余剰エネルギーを使用してこの容器から水を汲み出し、内部を真空に近い状態に保ちます。 システムからエネルギーを回収したい場合は、上の海水によって発生する圧力で水を容器に戻すことができます。 容器が満たされると、流入する水がタービンを回転させ、従来の揚水水力システムとまったく同じ方法で発電します。

このような設計の有用性は、最初は明らかではないかもしれません。 ただし、このようなシステムにはいくつかの利点があります。 その主な点は、このようなシステムを、発電能力が高く評価されているものの出力が散発的な洋上風力発電所と簡単に共存できることです。 水中を走行することにより、システムは上空の海からかかる大きな圧力を利用することもできます。 深さが 10 メートルごとに、圧力はおよそ 1 気圧 (1 bar) ずつ増加します。完全に「充電」されたときに船舶がほぼ真空で動作するように設計されたシステムでは、大きな差を利用することができます。 一部の設計では、75 bar を超える圧力で動作することを提案しています。 このようなシステムの効率は約 70 ～ 80% であり、従来の揚水式水力発電とほぼ同じであると予想されます。

また、水中設計により、汲み上げられた水力貯留層から水が消費され、エネルギーが消費される蒸発の問題も解消されます。 インストールは容易に拡張可能です。 各水中貯水池には送電網への電気接続のみが必要で、それ以上は何も必要ありません。 適切な電気インフラを備えた水中にさらに多くの貯水池を設置するだけで、そのような施設の容量は簡単に拡大できます。

また、貯水池を建設するために大きな山や谷を探す必要がなく、それらの貯水池が決壊して周辺地域の地方都市を破壊する危険がないという単純な利点もあります。 その代わり、海底のめったに使用されていないエリアはすぐに利用可能であり、そこには建築承認プロセスを妨げる住宅開発や既存の企業がほとんどありません。

この分野で最も注目すべき取り組みは、略して StEnSea としても知られる海上エネルギー貯蔵プロジェクトです。 2011 年にホルスト シュミット ベッキング博士とゲルハルト ルーサー博士が発案したこの基本的なアイデアは、海底に直径 30 メートルの球体を置くという壮大なコンセプトにつながりました。 これらには、水を排出すると同時に水が逆流する際に発電する統合型タービン ポンプが装備されています。

実物大のコンセプトの 1:10 スケールのテストが 2016 年に行われました。これには、主要な貯蔵容器として機能する直径 3 メートルのコンクリート球体の建設が含まれていました。 この船はドイツのボーデン湖で水深 100 メートルに沈められ、水中揚水式水力発電の実現可能性を判断するために 4 週間にわたって徹底的なテストが行​​われました。 テストは全体的に成功し、エンジニアリングチームは球体を操作してエネルギーを蓄え、後でそれを回収することができました。

研究結果を他の研究と組み合わせると、このアイデアは深さ約 700 メートルでも実現可能であることがチームに示されました。 この深さでの圧力は 70 bar 程度で、材料強度の懸念や設置の実用性に関して安全領域に留まりながら、システムが大量のエネルギーを生成するのに役立ちます。 この深さでは、4 時間の放電時間で 5 MW を発電できるタービンと組み合わせると、1 つの球体に 20 MWh の電力を蓄えることができると予想されています。