Opisane przeze mnie sferyczne podwodne magazyny energii (Stensea) nie są jedynymi rozwiązaniami dostępnymi w tej technologii. Idea wykorzystania naturalnego ciśnienia słupa wody pozwala tutaj na szereg projektów. Ich ograniczeniem jest co najwyżej koszt wykonania i eksploatacji. Jednymi z głównych barier są:
- odporność korozyjna na wodę, w tym słoną
- kształt zapewniający optymalny rozkład sił ciśnienia i jednocześnie maksymalną pojemność
- łatwość wykonywania konserwacji ruchomych elementów jak turbina i zawór
Przy założeniu podwodnych zbiorników o stałych ścianach optymalnym materiałem wdaje się beton. Jest on łatwo dostępny, pozwala na naturalne balastowanie, a montaż wszystkich zbiorników może się odbywać w suchym doku. Jedną z propozycji podwodnego magazynu energii dla zamykanej kopalni odkrywkowej węgla w Niemczech, na terenie której ma powstać zbiornik o głębokości ponad 400m, opracowano w Instytucie Konstrukcji Innowacyjnych Wyższej Szkoły Zawodowej w Moguncji pod nadzorem A. Garga. Magazyn ma postać pionowych rur o sześciokątnym kształcie przykrytych od góry sferycznym stropem. Wykonane w całości z betonu rury mają wysokość 120m, oraz średnicę 15-20m. Sześciokątny, zewnętrzny kształt ułatwia ich montaż obok siebie na dnie jeziora, tworząc heksagonalną strukturę o dużej pojemności netto, wynoszącej blisko milion m3. (pojemność dla 37 rur).
Rys.1 Szkic segmentu. Po lewej: widok z zewnątrz, pośrodku: widok w przekroju. Rury zewnętrzne mają grubsze ścianki, aby wytrzymać wysokie ciśnienie wody; rury wewnętrzne tworzą jedną objętość magazynową i dlatego zawsze mają takie samo niskie ciśnienie. Na dole jednej rury (tutaj tej po prawej) zamontowana jest turbina. Ta rura zapewnia dopływ i odpływ wody. Ścianka tej rury jest grubsza i przygotowana do wytrzymywania wysokiego ciśnienia wody wewnątrz. Po prawej: Widok z góry segmentu.
Magazyn wyposażony jest w turbinę o mocy 100MW umieszczoną w stalowej rurze z otworem serwisowym, co pozwalać będzie na wymianę całego zespołu pompowego. Zespół zbiorników jest zabezpieczony przed unoszeniem się na wodzie za pomocą fundamentu z odciągiem i może zostać zbudowany bez konieczności wykonywania dużych prac ziemnych. Przeprowadzone w Wyższej Szkole Zawodowej w Moguncji studium inżynierii lądowej i wodnej powyższego zbiornika dla kopalni odkrywkowej Hambach w Niemczech, pozwoliło na dodatkowe obniżenie kosztów poprzez zastosowanie trzech magazynów zgrupowanych obok siebie na wzór koniczyny (rys.2). Każdy zbiornik ma tutaj pojemność netto zbliżoną do miliona m3, co łącznie daje 3mln m3 wody. Pompa turbinowa znajduje się w centralnej części magazynu i ma moc 300MW.
Rys.2
Zbiornik Ringmauera (Ringmauer storage system)
To jedno z bardziej kontrowersyjnych rozwiązań – zbiornik zaporowy wewnątrz zbiornika wodnego (rys.3). Ideą powyższego projektu jest utworzenie betonowego, cylindrycznego zbiornika na środku jeziora, o wysokości sięgającej powyżej najwyższego poziomu wody w jeziorze. Turbina znalazłaby się w kanale derywacyjnym zbiornika. W porównaniu do klasycznej elektrowni szczytowo-pompowej zbiornik taki byłby zbiornikiem dolnym, a otaczające go jezioro zbiornikiem górnym.
Rys. 3 Projekt zbiornika Ringmauera.
Projekt jest możliwy do realizacji tylko dla zamykanych odkrywkowych kopalni, gdzie brak wody w pierwszej fazie umożliwia wszystkie prace ziemne. Zapora łukowa może tutaj rozwiązać wiele istotnych problemów, jak: brak zadaszenia, równomierny rozkład sił na obwodzie, znaną z innych projektów technologię. Dodatkowym atutem może być tutaj możliwość zwiększania pojemności zbiornika poprzez pogłębianie jego dna.
Systemy balonowe
To technologia która magazynuje energię w postaci sprężonego powietrza, utrzymywanego pod ciśnieniem w zakotwionych na dnie balonach. Wyprodukowana na morzu energia elektryczna napędza tutaj sprężarkę. Ta, poprzez przewody pompuje je do zamocowanych przy dnie balonów, pokonując opór ciśnienia otaczającej wody. Przy poborze energii przepływ powietrza zostaje odwrócony. Ciśnienie wody wypycha je z balonów na powierzchnię napędzając przy tym generator, tym samym energia ciśnienia ponownie zostaje zamieniona na energię elektryczną. Taka metoda magazynowania energii jest bezpieczna dla środowiska, a jej skala zależy tylko od pojemności balonów i głębokości samego magazynu, i może być rozbudowywana w przyszłości poprzez dołączanie kolejnych jednostek.
Pierwszy obiekt powstał nad jeziorem Ontario w pobliżu Toronto, gdzie seria balonów została umieszczona 55 metrów pod powierzchnią wody i podłączona do sieci energetycznej za pomocą rurociągu.
Rys. Podwodny magazyn energii w sprężonym powietrzu. U góry podczas magazynowania energii, u dołu przy rozładowywaniu. (źr. Toronto Hydro)
Systemy balonowe oprócz niewątpliwych zalet maja jedną zasadnicza wadę – wytrzymałość powłoki zbiorników. Użyte w testach materiały potrafiły ulec przedziurawieniu już na etapie montażu. Obecnie technologia ta powyższa eksperymentuje z różnymi materiałami i kształtami balonów, ich odpornością na ciśnienie i sposobem kotwienia na dnie morza.