Et eksperiment på havbunden kan ændre alt
På bunden af havet ud for Californiens kyst foregår et forsøg, der kan vende op og ned på den måde, vi oplagrer grøn energi. En gigantisk betonkugle med en diameter på 9 meter er på vej ned under vandoverfladen som prototype på en helt ny type batteri.
Idéen stammer fra det tyske forskningsinstitut Fraunhofer IEE, og testene foregår i området ved Long Beach i USA. Det centrale spørgsmål er enkelt: kan havbunden blive et enormt, diskret lager for elektricitet produceret af vind og sol?
Vedvarende energis store akilleshæl
Vedvarende energi har ét vedholdende problem: den producerer elektricitet, 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 højttliggende reservoirer, ændrer til gengæld hele dale og udløser protester fra lokalbefolkninger. Ingeniører fra Fraunhofer IEE konkluderede, at når der mangler plads eller samfundsmæssig accept på landjorden, er det værd at se under vandet.
Sådan fungerer betonkuglen som batteri på havbunden
Projektet bærer navnet StEnSea og udnytter klassisk fysik i et overraskende enkelt system. Princippet kan beskrives i to faser: opladning og energiafgivelse.
Opladningsfasen: Kuglen er hul indvendigt og hviler i en dybde af flere hundrede meter. Når der er overskydende elektricitet i nettet fra vindmøller eller solpaneler, pumper man vandet ud af kuglen mod det enorme omgivende tryk. Der udføres arbejde mod dette tryk.
Energiafgivningsfasen: Når efterspørgslen på energi stiger, åbnes ventilerne, og vand strømmer under højt tryk ind i kuglen, driver en turbine og en generator. Den energi, der blev brugt på at pumpe vandet ud, returneres som elektricitet.
Den testede kugle har en diameter på 9 meter og vejer cirka 400 ton. På trods af denne vægt er selve konceptet overraskende simpelt at betjene – de mekaniske komponenter er primært pumper, ventiler og en generator, altså veletableret teknologi fra andre energianlæg.
Forskningsteamets estimater tyder på, at blot nogle få fulde opladningscyklusser om dagen kan dække en gennemsnitlig husstands årlige elforbrug. Den forventede levetid er fem til seks årtier. Generatoren forventes at skulle udskiftes cirka hvert tyve år – uden at man behøver at hejse hele konstruktionen op til overfladen, da servicen skal foregå under vand.
Dybt hav i stedet for oversvømmede dale
Nøglen til projektets succes er de rette betingelser dybt under vandoverfladen. De bedste parametre opnås i en dybde mellem 600 og 800 meter. Her er vandtrykket tilpas stort til, at systemet kan lagre betydelige energimængder, uden at selve kuglen behøver overdreven forstærkning.
I disse dybder er det muligt at finde en balance mellem høj effektivitet, acceptable materialeomkostninger og teknisk gennemførlighed. Desuden hersker der relativ ro – strømmene er svagere end ved overfladen, temperaturen er stabil, og den biologiske aktivitet er lavere end i de øvre vandlag.
I modsætning til dæmninger eller store reservoirer på landjorden kræver installationer under havoverfladen ikke tvangsflytning af mennesker eller omdannelse af landskaber. Kystområder i Norge, USA, Japan og Brasilien egner sig særlig godt til denne type energianlæg – de har stejle undersøiske skråninger og passende dybder relativt tæt på kysten.
Forskerne understreger, at yderligere udbygning af klassiske pumpekraftværker blokeres af terrænbegrænsninger og protester fra miljøaktivister, mens potentialet på havbunden vokser, og konflikter med lokalbefolkninger i praksis mindskes.
Teknologiens fordele sammenlignet med klassiske løsninger
Betonkugler på havbunden bringer en række afgørende fordele med sig, der adskiller dem fra traditionelle energilagringsmetoder:
- Stabile forhold uden indflydelse fra vejr på overfladen
- Minimalt arealbehov og ingen ændring af landskabet
- Udnyttelse af naturligt vandtryk som energikilde
- Lang konstruktionslevetid på op til tres år
- Mulighed for undersøisk service uden at demontere hele enheden
- Kompatibilitet med offshore vindmølleparker
- Positiv effekt på biodiversiteten via funktionen som kunstigt rev
- Skalerbarhed fra små prototyper til kugler med en diameter på 30 meter
Takket være den ru overfladetekstur er hver kugle designet til at fungere som et omhyggeligt planlagt rev. Den amerikanske samarbejdspartner Sperra fremhæver i sin tekniske dokumentation, at lignende strukturer allerede har en positiv indvirkning på biodiversiteten. Tidligere forsøg fandt sted i Bodensøen, hvor den hurtige vækst af liv på de nye konstruktioner overraskede forskerne.
De igangværende målinger i Californien skal verificere, om processen forløber tilsvarende i det åbne ocean. Videnskaberne overvåger ikke blot energieffektiviteten, men også hvor hurtigt og i hvilken form livet samler sig omkring beton-“batteri-revet”.
Beton som nyt hjem for havets liv
Beton forbindes normalt med død, grå masse. Den amerikanske projektpartner Sperra forsøger at bryde med dette billede ved hjælp af 3D-print i stor skala. I stedet for at støbe glatte, monolitiske overflader printer ingeniørerne konstruktionerne lag for lag og efterlader kontrolleret ruhed og porer.
Overfladestrukturen er her afgørende. Den ru tekstur med talrige fordybninger muliggør hurtigere kolonisering af mikroorganismer, der danner grundlaget for fødekæden – alger og andre havplanter, krebsdyr og andre hvirvelløse dyr samt fisk, der søger ly og føde.
I stedet for et fremmedlegeme kastet ind i et økosystem skal hver kugle virke som et omhyggeligt designet rev. Forskerne følger koloniseringen af betonoverflader med plankton, alger, bløddyr og småfisk. Foreløbige resultater fra Bodensøen viste, at den biologiske mangfoldighed øges hurtigere på sådanne strukturer end på naturlige klipper.
Hvor stor kan et sådant undersøisk kraftværk blive
Den nuværende prototype med en diameter på 9 meter er blot begyndelsen. Teamet fra Fraunhofer IEE planlægger allerede konstruktioner i langt større målestok – op til en diameter på 30 meter. Med størrelsen vokser det indvendige volumen og dermed den energimængde, der kan “låses inde” i trykforskellen.
I praksis åbner det mulighed for at skabe hele undersøiske energilagerfarms. Adskillige dusin kugler arrangeret i grupper kunne samarbejde med en havvindmøllepark eller en stor solcelleinstallation på landjorden. Når produktionen overstiger behovet, “oplades” kuglerne – og når en vindstille nat sætter ind, leverer de energi på netoperatørens anmodning.
Denne type lager egner sig særlig godt til systemer, der allerede investerer massivt i vedvarende energi. Typiske anvendelser omfatter stabilisering af offshore vindmølleparkers drift, netunderstøttelse i regioner, hvor det er vanskeligt at bygge nye højspændingsledninger, lagring af energi fra solcelleanlæg i kystområder samt reservekapacitet for store byområder beliggende tæt på kysten.
Takket være kuglernes lange levetid kan selv relativt høje startomkostninger fordeles over flere årtier. Det er en anden økonomisk model end klassiske batterier, der efter ti til femten år kræver udskiftning af hele moduler.
Hvad kan gå galt – og hvad betyder det for Europa
Enhver teknologi af denne art rejser spørgsmål. For undersøiske betonssfærer træder spørgsmål om sikkerhed og påvirkning af havets økosystemer frem i forgrunden. Ingeniørerne må forudse konsekvenserne af fejl, for eksempel beskadigede ventiler eller utætheder. Hertil kommer udfordringen ved service i store dybder, hvor enhver indgriben kræver specialudstyr og uddannede teams.
Der skal også tages hensyn til samspillet med fiskeri og skibsfart. Omfattende felter af kuglelagre må ikke kollidere med vandveje eller områder, der bruges intensivt af fiskerflåder. Oven i dette lægger sig internationale regler vedrørende udnyttelse af havbunden.
Kystområder i Norge og Portugal nævnes som særligt oplagte lokaliteter for fremtidige installationer – begge lande har de nødvendige dybder tæt på kysten og en stærk tradition for havbaseret energi. Virksomheder fra andre europæiske lande kan potentielt indgå i leverandørkæder for beton, pumper, styresystemer eller dataanalyse, selv om de ikke selv har adgang til egnet kystlinje.
Energilagring på havbunden peger mod fremtidens energisystem
Lagring af energi på havbunden illustrerer en bredere tendens tydeligt: i den grønne omstilling handler det ikke længere kun om at bygge nye solpaneler og vindmøller. Fleksibilitet i hele systemet – evnen til at gemme overskud til senere – spiller en stadig større rolle.
Betonkugler, der udnytter naturligt vandtryk, er en af de mere håndgribelige og samtidig intuitivt forståelige løsninger, der kan bidrage til dette puslespil. For den almindelige forbruger vil disse strukturer forblive usynlige, et par hundrede meter under vandoverfladen. Effekten kan dog mærkes tydeligt: mere stabile elregninger, færre nedbrud og bedre udnyttelse af vind- og solenergi. Hvis testen i Californien lykkes, vil diskussionen om havbundens rolle i fremtidens energisystem kun accelerere.
