Net buiten twee mijl voor de kust van Toronto, rijst een reeks van zes massieve, cilindrische ballonnen op vanaf de bodem van het meer, bijna net zo lang als een huis met twee verdiepingen. Hun muren bevatten perslucht met het potentieel om elektriciteit te worden.
Deze ballonnen maken deel uit van een innovatief, emissievrij programma om duurzame energie van het bedrijf Hydrostor op te slaan.
U ziet, windenergie is geweldig en zonnepanelen zijn fantastisch, en deze technologieën worden elk jaar efficiënter. Toch is een van de grootste uitdagingen voor hernieuwbare energie het aandrijven van huizen tijdens de daluren, zodra de wind sterft of nadat de zon ondergaat, wanneer gemeenschappen zich vaak richten op het verbranden van diesel.
"Opslag is echt het belangrijkste onderdeel om ons elektriciteitsnet hernieuwbaar te maken", zegt CEO van Hydrostor Curtis VanWalleghem.
Hydrostor is een van de vele bedrijven en onderzoeksgroepen die onderzoek doen naar onderwater gecomprimeerde lucht energieopslag (UW-CAES), wat een goedkoop en milieuvriendelijk antwoord op dit probleem zou kunnen zijn.
In het Hydrostor-systeem laadt overtollige energie uit zon of wind een luchtcompressor op. De perslucht wordt afgekoeld voordat deze door een buis naar de enorme ballonnen schiet. Net als het opblazen van een ballon op het land, vult de lucht de ballonnen in de oceaan op, maar vanwege de vele voeten water die naar beneden duwen, wordt de lucht binnenin samengedrukt. Hoe dieper de ballonnen, hoe meer lucht ze kunnen vasthouden. Om de energie vrij te maken, kunnen operators een onshore-klep openen en het bovenliggende water dwingt de lucht naar buiten, waardoor een turbine draait om stroom te genereren.
"Uiteindelijk zijn we een erg coole onderwaterluchtbatterij", zegt Cameron Lewis, oprichter en president van Hydrostor, in een video die over het project is uitgebracht.
De Hydrostor-faciliteiten aan de wal bevatten een systeem van luchtcompressoren en turbines om energie om te zetten in perslucht en terug. (Hydrostor) CAES is niet bepaald nieuw. De technologie bestaat al sinds het einde van de 19e eeuw, maar het was pas in de late jaren 1970 dat de eerste energieopslaginstallatie in Bremen, Duitsland, werd geopend, met perslucht ondergronds opgesloten in oude zoutcavernes. Sindsdien zijn er verschillende CAES-projecten over de hele wereld geweest, maar het probleem komt altijd neer op waar je de lucht in legt, zegt VanWalleghem. Stalen tanks zijn extreem duur en de huidige goedkope alternatieven - ondergrondse grotten - zijn nooit waar je ze nodig hebt, zegt hij. De onderwaterballonnen van Hydrostor zouden de methode voor energieopslag op zijn minst mogelijk kunnen maken in gemeenschappen in de buurt van de oceaan of diepe meren.
Zittend onder ruwweg 180 voet water, meten de zes testballonnen van Hydrostor 29, 5 voet lang en 16, 4 voet breed. Ze zijn gemaakt van een met urethaan gecoate nylon, hetzelfde materiaal dat wordt gebruikt om scheepswrakken van meer- en zeebodems te slepen - een stof die tegen veel lucht bestand is diep onder water.
Hydrostor is niet het enige bedrijf dat UW-CAES onderzoekt. Thin Red Line Aerospace heeft onafhankelijk een soortgelijk systeem ontwikkeld en in 2011 en 2012 hebben ze gedurende drie maanden verschillende 'Energy Bags' voor de kust van de Orkney-eilanden in Schotland ingezet. Deze eerste piloottest gaf bemoedigende resultaten, die ze publiceerden in een onderzoek in samenwerking met een team van de Universiteit van Nottingham.
"De uitdaging is een stap naar schaalverdeling", zegt oprichter en president Max de Jong van Thin Red Line. Of liever, uitzoeken hoe voldoende lucht kan worden opgeslagen om een aanzienlijke hoeveelheid energie te produceren.
De ballonnen van Hydrostor bevatten een vrij kleine hoeveelheid energie. Het bedrijf zal de totale capaciteit van het systeem niet onthullen, maar de generatoren hebben een maximum van ongeveer één megawatt. Hoewel Hydrostor van plan is het systeem op te schalen, hebben ze nog een flink aantal ballonnen nodig om een gemeenschap op te laden.
Om een beetje perspectief te geven, produceert de London Array, een offshore windmolenpark met 175 turbines, volgens De Jong ongeveer 4, 2 procent van het elektrische vermogen van Groot-Londen. Om voldoende vermogen te produceren om een output van één dag te compenseren, heb je ongeveer 27.500 van de kleinere ballonnen nodig voor de eerste tests van het systeem van Thin Red Line Aerospace, legt hij uit. Dit komt overeen met iets meer dan 7.700 Hydrostor's tassen.
“Kun je je het sanitair, de leidingen… en dan de impact op het milieu voorstellen?” Verwondert de Jong. "Dat is krankzinnigheid."
Volgens VanWalleghem zijn de onderdelen voor UW-CAES van Hydrostor alle standaardonderdelen die door industriële leveranciers worden vervoerd, inclusief General Electric. "Er is geen technologie of wetenschap achter ons die grotere systemen bouwt", zegt hij. "Wij kopen alleen een grotere motor of compressor."
De Jong stelt echter dat het bouwen van grotere onderwatersystemen niet zo eenvoudig is. “We weten dat de gasturbines beschikbaar zijn. We weten dat de leidingen beschikbaar zijn, "zegt hij." Het onbekende deel is de onderzeese insluiting en hoe diep je [moet] dumpen om zinvolle energieopslag te krijgen. "
Thin Red Line Aerospace Chief Engineer en CEO Maxim de Jong inspecteert een UW-CAES "Energy Bag" tijdens de initiële testinflatie (Keith Thomson / Thin Red Line Aerospace) Om de hoeveelheid energie die een onderwatersysteem kan opslaan en in het net kan pompen te maximaliseren, moeten ingenieurs zien hoe groot ze de ballonnen en onderzeese ballasten kunnen maken, en hoe diep ze kunnen worden geïnstalleerd.
"Er is geen reden waarom het niet zou moeten werken, maar er zijn veel redenen waarom het niet zuinig zou zijn", zegt Imre Gyuk, programmamanager energieopslag bij het Amerikaanse ministerie van Energie. "De kwestie van efficiëntie is er altijd."
Naarmate de waterdiepte toeneemt, duwt er zoveel meer water op de ballonnen, waardoor er veel meer compressie van lucht mogelijk is.
"Je hebt iets immens sterk nodig. Het is bijna ondoorgrondelijk hoe sterk dat ding moet zijn", zegt de Jong. Gebaseerd op het materiaal dat wordt gebruikt voor ruimtehabitats, ontwikkelde en patenteerde Thin Red Line een "schaalbare opblaasbare stofarchitectuur" die mogelijk maar liefst 211.888 kubieke voet perslucht onder water kan houden - bijna 60 keer meer dan de ongeveer 3.700 kubieke voet in elk van Hydrostor ballonnen.
Het andere deel van deze efficiënte oplossing gaat dieper, legt de Jong uit. Zijn bedrijf heeft het idee onderzocht om UW-CAES te koppelen met drijvende windmolens in de diepe oceaan. Deze oplossing biedt de enorme kracht van zowel enorm opslagpotentieel als gevolg van de grote waterdiepten en de voordelen van windturbines die buiten het pad van veel zeevogels en de zichtlijn van mensen aan land liggen. De diepe opslag houdt de ballonnen ook ver weg van gevoelige nabije kustomgevingen.
Er moet nog veel worden getest om grootschalige UW-CAES te realiseren. Ten eerste zijn de milieueffecten nog grotendeels onbekend. "Lawaai kan een enorm ding zijn", zegt Eric Schultz, een marien bioloog aan de Universiteit van Connecticut. "Stel je voor dat je een hoop gas dwingt door wat ik me kan voorstellen als een vrij smalle pijp." Het gesis van enorme hoeveelheden lucht die door de pijpen stromen, met name de hogere frequenties, kan het gedrag van oceaanbewoners verstoren. Toch is de daadwerkelijke impact van deze ballonnen op vispopulaties nog niet geverifieerd.
VanWalleghem beweert dat het onderwaterballonsysteem de mariene biota zou kunnen bevorderen, misschien als een kunstmatig rif. De ankers van de ballonnen zijn gedeeltelijk bedekt met stenen van het formaat en type die de lokale visuitzetting kunnen ondersteunen.
Dat gezegd hebbende, zoals bij alle zeeschepen, kan nieuwsgierige biota ook een probleem zijn. "Er is altijd de cookie cutter haai", zegt Gyuk. Deze katachtige haai hecht zich aan oppervlakken en snijdt gladde ovale gaten uit.
Met het nieuwe pilootprogramma wacht Hydrostor gretig op gegevens om hen te helpen het systeem te beoordelen. Het bedrijf heeft al plannen om een groter systeem op Aruba te bouwen. Voor nu zijn deze kleine eilandgemeenschappen, met relatief lage energiebehoeften en diep water nabij de kust, waarschijnlijk de beste doelen voor de technologie.
