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Sperra 和 Fraunhofer 将利用 3D 打印扩大水下能源发电的可能性

总部位于加州的可再生能源公司 Sperra 已获得美国和德国政府的资助,以推进其 3D 打印海底抽水蓄能水力发电 (SPSH) 技术。

3D 打印的混凝土球位于海床上,通过抽水驱动涡轮机来发电。由此产生的能量可以存储在城市附近的水下并在需要时释放。该工艺不依赖于供应链限制的关键电池材料,为沿海城市的本地发电提供了可持续的解决方案。

Sperra 获得了美国能源部水电技术办公室 400 万美元的资助,以展示其 SPSH 工艺的能力。该公司将利用这笔资金在南加州海岸设计、制造和测试一个500千瓦/600千瓦时、直径10米的储能装置。

该公司还与 Fraunhofer IEE 和 Pleuger Industries 合作开发泵和涡轮机的并行项目。该倡议最近从德国经济事务和气候行动部 (BMWK) 获得了 370 万美元(340 万欧元)。

斯佩拉表示,这一共同努力将有助于开发低成本海底储能能力,以加速电网脱碳。该公司相信,其 SPSH 技术将使美国能够利用约 75 太瓦时的未开发海上能源潜力。这是替代闭环陆上存储选项的两倍多。

Sperra 首席执行官 Jason Cottrell 评论道:“该项目是充分发挥储能潜力以实现电网脱碳的重要一步。” “使用 3D 打印混凝土的海底抽水蓄能水力发电厂将通过利用当地劳动力和现成材料来加速能源转型。”

艺术渲染图:连接变电站和浮动海上风电场的 sps 存储园区。图片来自斯佩拉。
艺术渲染图:连接变电站和浮动海上风电场的 sps 存储园区。图片来自斯佩拉。

3D打印水下发电机

斯佩拉表示,长期储能正在推动美国可再生能源的更大整合。据报道,通过按需提供本地能源并减少高峰需求期间化石燃料的使用,提高了电网可靠性。 SPSH 提供了在主要沿海社区附近储存可持续发电的机会。

该技术旨在提供传统抽水蓄能水力发电的优势,同时规避与陆上系统相关的许多问题。每个单元都在管道内配备了一个水下电动泵。为了发电,阀门打开,让海水通过管道流入球体。这种流动改变了泵的运行,将其变成涡轮机,驱动电机产生储存的电力。

据报道,SPSH 消除了对锂等关键电池材料的需求,这些材料通常会导致复杂的供应链问题以及环境和社会影响。此外,模块化球体可以使用当地生产的混凝土在需要点附近进行 3D 打印。该过程基于 Horst Schmidt-Böcking 教授、Gerhard Luther 博士和 Fraunhofer IEE 2013 年至 2017 年开发的“海上储能”(StEnSea) 技术。

在能源部支持的一个项目中,Sperra 将使用当地生产的混凝土在其长滩工厂 3D 打印大型混凝土球。据报道,这将减少运输排放并减轻钢铁等材料对环境的影响。

为了扩大其技术规模并将 SPSH 在美国的风能应用商业化,Sperra 正在与研究、工程和能源供应链的成员合作。其中包括 WSP USA、普渡大学、国家可再生能源实验室、Pleuger Industries GmbH、Fraunhofer IEE 和利益相关者咨询小组。

“抽水电池发电厂特别适合储存几小时到几天的电力。然而,它们的全球扩张潜力受到严格限制。”Fraunhofer IEE 高级项目经理 Bernhard Ernst 博士解释道。

恩斯特表示,“将其功能原理转移到海底”可以克服这些问题,因为“那里的自然和环境限制要低得多”。他补充说,这些物体位于海底的位置增加了它们被当地居民接受的可能性。

该项目利用了加州可持续能源企业家发展 (CalSEED) 计划和纽约州能源研究与发展局 (NYSERDA) 的研发资金。

展望未来,Sperra 计划对互联网络进行试点演示。据说这有助于降低 SPSH 技术的风险并吸引公共和私人资金以支持未来更广泛的采用。

在康斯坦茨湖对三米球体的球形储能装置进行现场测试。照片来自 fraunhofer iee。在康斯坦茨湖对三米球体的球形储能装置进行现场测试。照片来自 fraunhofer iee。
在康斯坦茨湖对弗劳恩霍夫 iee 球形储能装置(三米球体)进行现场测试。照片来自 fraunhofer iee。

增材制造扩大了可再生能源的机会

随着人们不断努力扩大化石燃料的可持续和可再生替代品,增材制造在能源领域变得越来越普遍。

今年早些时候,美国能源部橡树岭国家实验室 (ORNL) 宣布正在研究 3D 打印水力发电组件。大型金属导轨旋转并将水的运动转化为电力。该项目名为“Rapid RUNNERS”,将在三年内从能源部获得 1500 万美元的资助。

目前,水力发电涡轮机几乎全部在美国境外制造。橡树岭国家实验室希望其举措能够重振美国制造业,并将清洁能源生产带入美国。

3D 打印旨在缩短关键运行部件的制造时间并加速能源行业的增长。 “这有可能彻底改变大型金属部件的锻造和铸造,”橡树岭国家实验室的研发研究员兼该项目的技术负责人 Adam Stevens 解释道。

在其他地方,总部位于沙特阿拉伯的 3D 打印服务提供商 National Additive Manufacturing & Innovation (NAMI) 已收购 3D Systems 3D 打印机,以实现能源供应链的本地化。 3D 打印机正用于为沙特电力公司 (SEC) 生产零件,使关键能源零件的生产更接近需求点。

3D Systems 表示,这笔交易将使 NAMI 从价值 26 亿美元的能源行业中受益,预计到 2032 年该能源行业将增长至 170 亿美元。

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该图显示了艺术家对连接变电站和浮动海上风电场的 SPS 存储园区的渲染。图片来自斯佩拉。

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