Poiché le aziende eoliche galleggianti e le reti di energia ondulata si muovono in acque più profonde, la natura intermittente di queste fonti richiede sistemi di stoccaggio rinnovabili che possono operare in modo affidabile in spray salato, alta pressione e condizioni corrosive. Senza un efficace stoccaggio offshore, il riequilibrio di energia pulita durante i periodi di bassa domanda o di alta generazione aumenta bruscamente, minando l'economia di soluzioni di stoccaggio a batteria offshore.

Avanzamenti in Tecnologie della Batteria per Ambienti Offshore

Lo storage a batteria è la tecnologia più matura per applicazioni offshore, ma i sistemi terrestri standard non riescono rapidamente nelle impostazioni marine.

Sistemi di ioni di litio adattati per uso marino

L’ionere del litio rimane la chimica dominante, con i produttori che ora producono cellule con involucri resistenti alla corrosione, connettori sigillati e alloggiamenti compensati dalla pressione che permettono il funzionamento a profondità di diversicento metri. Questi sistemi possono fornire la potenza di picco per l’avvio della turbina, la capacità di avviamento nero e la regolazione della frequenza.

Batterie solide per una maggiore sicurezza

Le batterie allo stato solido sostituiscono l'elettrolita liquido con una solida ceramica o un polimero, eliminando virtualmente il rischio di incendio che riguarda gli operatori offshore. Aziende come Blue Solutions e QuantumScape hanno dimostrato prototipi che sopportano pressioni equivalenti a 500 metri di profondità dell'acqua.

Batterie di sodio-ionica

La chimica del sodio sta guadagnando attenzione perché il sodio è abbondante e a buon mercato, e le cellule possono essere prodotte in fabbriche di litio esistenti con ritooling minore. Anche se i pacchetti di ioni di sodio hanno una densità di energia inferiore - circa 150 Wh / kg - offrono una capacità di tasso eccellente e possono tollerare lo scarico profondo senza danni. Per piattaforme offshore dove il peso è meno critico rispetto al costo e alla longevità, il sodio-ione potrebbe diventare un'opzione di scarico di profondità di scarico del 30%.

Innovazioni di stoccaggio dell'idrogeno

L'idrogeno verde prodotto dal vento offshore è un mezzo di stoccaggio versatile che può essere mantenuto per settimane o mesi, rendendolo ideale per il bilanciamento stagionale. Le principali ostacoli sono l'efficienza dell'elettrolisi in un ambiente di piattaforma mobile e lo stoccaggio sicuro e compatto di gas idrogeno o liquido.

Elettrolisi Offshore

L'elettrolizzatore di scambio di protoni (PEM) è stato miniaturizzato per uso offshore, con unità che ora operano su piattaforme completamente galleggianti. Il progetto Hydrogen Offshore Production (HOP) nel Mare del Nord ha dimostrato un elettrolizzatore 10-MW montato su una struttura semi-sommergibile, producendo idrogeno a 30 bar con un'efficienza del 72%.

Stoccaggio dell'idrogeno subacqueo

La conservazione dell’idrogeno in serbatoi ad alta pressione su una piattaforma è ad alta intensità di spazio; una migliore opzione è quella di comprimere il gas e immagazzinarlo in accumulatori subacquei. Vari concetti utilizzano la pressione idrostatica dell’oceano per assistere la compressione. Ad esempio, le vesciche elasticizzate ancorate al fondo marino sono riempite di idrogeno a una pressione leggermente superiore alla pressione dell’acqua ambiente, quindi l’acqua circostante fa il lavoro di compressione.

E-Fuels come storage secondario

L'idrogeno può essere combinato con l'anidride carbonica catturata su una piattaforma offshore per produrre metano o metanolo sintetico, noto come e-fuels. Mentre questo riduce l'efficienza di andata e ritorno (di circa 30–40%), il combustibile può essere immagazzinato in serbatoi ordinari e utilizzato in turbine a gas esistenti o spediti a riva. Il progetto Carbon Recycling International in Islanda ha dimostrato che la maggior parte dei serbatoi offshore sintesi di metanool è possibile con un reattore relativamente compatto.

Serbatoio idroelettrico pompato e stoccaggio dell'energia compressa

Queste tecnologie di storage di massa si basano sull'acqua o sull'aria come il fluido di lavoro, e gli adattamenti offshore sfruttano l'oceano profondo per sostituire i serbatoi onshore costosi o le caverne.

Stoccaggio idroelettrico sotto acqua pompato

L'acqua corrente continua a funzionare con un sistema di trasporto di energia elettrica, che può essere utilizzata per la produzione di energia elettrica, e che, in seguito alla sua esplosione, è stata utilizzata una quantità di energia elettrica.

Stoccaggio dell'energia dell'aria compressa (CAES) Offshore

I sistemi CAES Offshore sfruttano l’oceano profondo per mantenere una pressione costante dell’aria. In un tipico disegno, l’aria è compressa da compressori azionati elettricamente e immagazzinata in contenitori rigidi d’acciaio o in camere gonfiabili sottomarine. Il carico idrostatico dell’acqua marina circostante fornisce il contenimento naturale, quindi i vasi non hanno bisogno di un pesante rinforzo strutturale.

Tecnologie emergenti e Outlook futuro

Oltre alle soluzioni di accumulazione, idrogeno e meccanica, diversi concetti nuovi si muovono dalla scala di laboratorio alla sperimentazione di prototipi in ambienti offshore.

Batterie di flusso

Le batterie di flusso di WRFB (VRFB) sono separate da un'alimentazione elettrica, utilizzando elettroliti liquidi in serbatoi esterni. Per applicazioni offshore, i serbatoi possono essere posizionati sul fondo marino o su una barra separata, riducendo il peso sulla piattaforma della turbina. I VRFB sono intrinsecamente sicuri perché l'elettrolita è non infiammabile, e possono raggiungere 20.000 cicli con una minima degradazione.

Deposito basato sulla gravità

Lo stoccaggio di gravità solleva una massa pesante utilizzando l’eccedenza di energia e permette di rigenerare l’energia. In mare, la “caduta” può essere verticale nell’oceano, utilizzando la profondità come l’altezza di caduta. La società Gravitricity ha proposto un progetto in cui un peso di 500 tonnellate è sospeso da una piattaforma galleggiante e abbassato su una serie di argani.

Conservazione dell'energia termica

L'idrogeno è un'azienda che utilizza un sistema di stoccaggio termico a basso costo (per esempio, cemento, sale fuso o materiali a cambio di fase) per produrre energia elettrica. L'Università di Edimburgo ha progettato un blocco modulare di cemento contenente elementi di riscaldamento incorporati e scambiatori di calore; il blocco può essere impilato in array di calore.

Sistemi di stoccaggio ibridi e integrazione

La soluzione ottimale di stoccaggio offshore per una specifica azienda eolica probabilmente combina due o più tecnologie: batterie per una risposta rapida (secondi a minuti), idrogeno o CAES per il bilanciamento giornaliero (ore a giorni), e-fuels o storage a gravità per lo stoccaggio stagionale. Il progetto di simulazione di tecnologia di simulazione dell'energia ibrida Offshore (OHES) sta sviluppando un sistema di controllo che spedisce tra un pacchetto di batterie di visualizzazione del litio, una piccola scala mobile

Conclusioni

Le tecnologie emergenti nel settore dell'energia offshore si stanno rapidamente sviluppando, guidate dalla crescita esponenziale dell'energia solare e delle energie rinnovabili marine. Le batterie al litio e allo stato solido offrono capacità compatte e veloci per brevi periodi; lo stoccaggio dell'idrogeno e l'idrogeno pompato sottomarina forniscono soluzioni di lungo periodo; e le batterie di flusso, lo stoccaggio della gravità e i sistemi termici riempiono il divario centrale con vantaggi unici.