在加利福尼亚海岸附近的海床上测试球形存储系统

抖音热门 2025年07月14日 09:52 6 admin

水下球存放：在博登湖使用 3 米长的球进行现场测试。图片来源：© Fraunhofer IEE

海底储能将抽水蓄能原理转移到海底

弗劳恩霍夫能源经济与能源系统技术研究所 IEE 开发了一种水下储能系统，该系统将抽水蓄能发电厂的原理转移到海底。在博登湖使用较小模型成功进行现场测试后，研究人员现在正在与合作伙伴一起准备在加利福尼亚海岸进行试运行：在“StEnSea”项目中，他们将在 500 至 600 米的深度锚定一个直径为 9 米的 400 吨重的空心混凝土球体。储罐由空泵充电。如果水流入，就会产生电力 - 它被排放出来。该原型的输出功率为 0.5 兆瓦，容量为 0.4 兆瓦时。

“抽水蓄能发电厂特别适合储存数小时至数天的电力。然而，它们的扩张潜力在全球范围内受到严重限制。因此，我们将它们的功能原理转移到海底——那里的自然和生态限制要低得多。此外，公众接受度可能会明显更高，“弗劳恩霍夫独立工程师学会高级项目经理 Bernhard Ernst 博士解释道。

在这个项目中，Fraunhofer IEE 与美国初创公司 Sperra 合作，该公司专门从事可再生能源领域应用的 3D 混凝土打印。第二个合作伙伴是 Pleuger Industries。这家总部位于迈阿密的德国公司是世界领先的潜水电动泵制造商之一，潜水电动泵是 StEnSea 储球系统的关键部件。

合作伙伴选择了洛杉矶附近长滩附近的沿海地区作为存储设施的所在地。他们希望最迟在 2026 年底之前将其投入运营。德国联邦经济事务和气候行动部为该项目提供了近 340 万欧元的资金，美国能源部为该项目提供了约 400 万美元的资金。

StEnSea 应用程序示例。图片来源： © Hochtief

充电：在电动泵涡轮机的帮助下，水被泵出球体 |卸载：水流回空球体，导致泵涡轮机作为涡轮机向后运行，并通过发电机发电。图片来源： © Fraunhofer IEE

在博登湖成功进行现场测试

Sperra 将使用 3D 打印工艺在长滩生产混凝土球体，可能会与传统的混凝土结构相结合。它的顶部有一个开口，潜水电动泵（也称为泵涡轮机）嵌入管道中。

当阀门打开时，水通过管道流入球体。集成泵向后运行并用作涡轮机。水驱动发动机，从而产生电力。这将存储系统放电。该技术基于 Horst Schmidt-Böcking 教授和 Gerhard Luther 博士于 2011 年发表的一篇论文。水下电缆与陆地电网或海上风电场的浮动变电站建立连接。如果要储存能量，电动泵会抵挡周围水的压力将水从球体中抽出。然后，该循环可以重新开始。

在博登湖的 3 米球体现场试验中，Fraunhofer IEE 及其合作伙伴的研究人员已经证明这一概念效果很好。

水深为 600 至 800 米是理想的

球存储系统的容量和性能主要取决于两个因素：球的体积和压在球上的水柱。Fraunhofer IEE 的专家计算出，从经济角度来看，600 至 800 米的水深是理想的位置。这是因为压力、必要的球重和所需的壁厚等参数彼此之间是最佳比例的。此外，传统的潜水电动泵仍然可以在这个深度使用。这里也没有必要使用高强度特种混凝土。

正如对沿海海域的 GIS 分析所显示的那样，在这个水深处有足够多的 StEnSea 球存储系统可能的位置。在此过程中，Fraunhofer IEE 的专家考虑了地面坡度、水流、沉积物位移或到陆地的距离等参数。例如，在挪威、葡萄牙、美国西海岸和东海岸、巴西或日本附近，可以大量安装球存储系统。该技术也适用于深层天然湖或人工湖，例如被淹没的露天矿。

巨大的全球潜力

根据 Fraunhofer 研究人员的计算，该技术的全球存储潜力总计为 817,000 吉瓦时。在欧洲排名前十的地区，这一数字仍然是 166,000 吉瓦时。相比之下，德国现有的陆地抽水蓄能发电厂的容量略低于 40 吉瓦时。

Fraunhofer IEE 的研究人员估计，储能成本约为每千瓦时 4.6 美分，投资成本为每千瓦输出 1,354 欧元，每千瓦时容量为 158 欧元。混凝土球的使用寿命为 50 至 60 年。20 年后，必须更换泵涡轮机和发电机。75% 到 80% 的存储周期效率略低于传统的抽水蓄能发电厂。该计算基于一个具有六个球体的存储园区，总容量为 30 兆瓦，容量为 120 兆瓦时，以及每年 520 次存储循环。

StEnSea 球形储能系统特别适用于两种商业模式：一方面用于套利业务，即以低交易价格购买电力并以高交易价格出售电力，另一方面用于提供平衡储备，电网运营商通过平衡储备来稳定电网。