Sperra引領能源革命，3D打印海底能源發(fā)電新技術獲400萬美元資助

2024年11月6日，南極熊獲悉，加州可再生能源公司Sperra獲得了美國和德國政府的項目資助，以推進3D 打印海底抽水蓄能水電 (SPSH) 技術。

SPSH技術利用3D打印的混凝土球體在海底儲存能量，通過抽水驅動渦輪機發(fā)電。所產生的能量可以儲存在城市附近的水下，并在需要時釋放。這一過程不依賴于受供應鏈限制的關鍵電池材料，為沿海城市的本地發(fā)電提供了一種可持續(xù)的解決方案。

項目獲得了美國能源部水力發(fā)電技術辦公室的400 萬美元資助，將用于在南加州海岸設計、制造和測試一個 500 kW/600 kWh、直徑 10 米的儲能裝置。Sperra還與FraunhoferIEE和Pleuger Industries合作開展一個平行的泵和渦輪機開發(fā)項目，這一項目最近從德國經濟和氣候行動部(BMWK) 獲得了 370 萬美元的資助。

Sperra 表示，這些合作將支持開發(fā)低成本海底能源存儲能力，以增強電網脫碳。SPSH 技術將使美國能夠利用約 75 太瓦時的未使用海上能源潛力，這是陸上閉環(huán)存儲替代方案的兩倍多。

Sperra 首席執(zhí)行官 JasonCotrell 評論道：“該項目是實現儲能全部潛力以實現電網脫碳的重要一步。采用 3D 打印混凝土的海底抽水蓄能水電將加速能源轉型，雇用當地勞動力并使用現成的材料�！�

△SPSH 儲存站的藝術效果圖，與變電站和浮動海上風電場相連。圖片來自 Sperra。

3D打印海底能源發(fā)電機

Sperra 表示，長時儲能支持美國可再生能源的更廣泛整合。據報道，它通過按需在當地提供能源，在高峰需求期間減少化石燃料的使用，提高了電網的可靠性。SPSH 能夠在大型沿海人口中心附近儲存可持續(xù)發(fā)電的電力。

這項技術旨在發(fā)揮傳統(tǒng)抽水蓄能水力發(fā)電的優(yōu)勢，同時避免與陸基系統(tǒng)相關的許多挑戰(zhàn)。每個單元都配有一個安裝在管道內的水下電動泵。為了產生能量，閥門打開，讓海水流過管道進入球體。這種流動使泵的運行反向，將其變成渦輪機，驅動電動機產生可儲存的電能。

據報道，SPSH 消除了對鋰等關鍵電池材料的需求，而鋰通常伴隨著復雜的供應鏈問題以及環(huán)境和社會影響。此外，模塊化球體可以在需要的地方用當地采購的混凝土進行 3D 打印。SPSH工藝以 HorstSchmidt-Böcking 教授、Gerhard Luther 博士和 Fraunhofer IEE 于 2013 年至 2017 年開發(fā)的“海洋儲能”（StEnSea）技術為基礎。  

在美國能源部支持的項目中，Sperra 將在長灘工廠使用當地采購的混凝土 3D 打印大型混凝土球。據報道，這將減少運輸排放并減輕鋼鐵等材料對環(huán)境的影響。

為了擴大技術規(guī)模并將 SPSH 商業(yè)化用于美國風能應用，Sperra 正在與研究、工程和能源供應鏈成員合作。這些成員包括WSP USA、普渡大學、國家可再生能源實驗室、Pleuger Industries GmbH、Fraunhofer IEE 和一個咨詢利益相關者小組。

弗勞恩霍夫 IEE 高級項目經理Bernhard Ernst 博士解釋道：“抽水蓄能電站特別適合將電力儲存數小時至數天，但在全球范圍內的擴展?jié)摿κ艿絿乐叵拗��！?/div>

據恩斯特稱，將抽水蓄能電站的功能原理轉移到海底能夠克服這些挑戰(zhàn)，因為那里的自然和生態(tài)限制要低得多。他補充表示，將這些裝置安置在海底使它們更容易被當地居民接受。   

該項目以加州可持續(xù)能源企業(yè)家發(fā)展（CalSEED）計劃和紐約州能源研究與發(fā)展局（NYSERDA）的研發(fā)資金為基礎。

展望未來，Sperra 將計劃進行電網連接試點演示。據報道，這將有助于降低 SPSH 技術的風險，并產生公共和私人資金，以支持未來更廣泛的部署。      

△在康斯坦茨湖使用三米球體進行球形儲能現場測試。照片來自 Fraunhofer IEE

增材制造增強可再生能源

隨著人們不斷努力擴大可持續(xù)和可再生化石燃料替代品的使用，增材制造在能源領域的應用也日益廣泛。

今年早些時候，美國能源部(DOE)橡樹嶺國家實驗室(ORNL)宣布正在3D 打印水電大壩組件———大型金屬流道旋轉并將水流轉化為電能。項目名為 Rapid RUNNERS，將在三年內從美國能源部獲得 1500 萬美元資助。

△ORNL的3D 打印水力發(fā)電站轉輪。照片來自 JimTobin/ORNL，美國能源部。

目前，水力渦輪機幾乎全部在美國境外制造。ORNL 希望舉措能夠振興美國制造業(yè)，并將清潔能源生產重新帶回美國。

3D 打印有望縮短關鍵流道部件的交付周期，并加速能源制造業(yè)的增長。ORNL 研發(fā)人員兼項目技術負責人 Adam Stevens 解釋道：“這有可能改變大型金屬部件的鍛造和鑄造。”  

此外，沙特阿拉伯的 3D 打印服務提供商National Additive Manufacturing & Innovation (NAMI) 收購了3D Systems 的 3D 打印機，以實現能源供應鏈的本地化。3D 打印機正用于為沙特電力公司(SEC) 生產零部件，使關鍵能源零部件的生產更接近需求點。

據 3D Systems 稱，這筆交易將使 NAMI 利用價值 26 億美元的能源行業(yè)，預計到 2032 年行業(yè)價值將增長到 170 億美元。