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Research unit
SFOE
Project number
SI/502276
Project title
Bubble in the lake storage

Texts for this project

 GermanFrenchItalianEnglish
Short description
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URL-addresses
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Final report
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Inserted texts


CategoryText
Short description
(German)

Die saisonale Speicherung von Wärme mit Hilfe von heissem Wasser ist wahrscheinlich die einfachste Speichertechnologie, die das Stromnetz nicht zusätzlich belastet. Je größer das Speichervolumen, desto geringer sind die thermischen Verluste und desto niedriger sind die Kosten. Grosse Grubenspeicher oder unterirdische thermische Energiespeicher sind in verschiedenen Varianten bekannt. Dabei wird von sehr hohen saisonalen Speicherwirkungsgraden bis über 90% berichtet. Der Platzbedarf ist jedoch beträchtlich, und dieser Platz ist in der Schweiz in der Regel nicht in Stadtnähe verfügbar. Sicherlich eines der Haupthindernisse für sehr grosse Speicher in unseren Regionen.

Ziel dieses Projektes ist es, die Möglichkeit zu untersuchen, grosse Speicher in Seen unterzubringen ("Bubble in the lake storage", BILS).

Die zentralen Ideen dahinter:

- Wasser wird im Wasser gespeichert. Eine Kunststofffolie trennt im Grunde den heißen Bereich (Speicher) von der Umgebung (See) ab.

- Umweltschäden sind praktisch ausgeschlossen, da das Wasser im Wasser gespeichert wird.

- Seen bieten Raum in der Nähe von bewohnten Gebieten, der an Land nicht verfügbar ist.

Das Potenzial von BILS in Fernwärmesystemen wäre beträchtlich: Theoretisch würden nur 2% des Zürichsees ausreichen, um den Wärmebedarf der Stadt Zürich zu decken. Viele kleinere Städte mit einer geschätzten Einwohnerzahl von 1,5 - 2 Mio. liegen an ähnlichen oder viel größeren Schweizer Seen.

Short description
(English)

Seasonal heat storage using hot water is probably the easiest storing technology that is not adding load to the electric grid. The larger the storage volume, the less the thermal losses and the lower the costs. Large-scale pit storages or underground thermal energy storages are known in different variants. Very high seasonal storage efficiencies exceeding 90% have been reported. However, the space required is considerable, and this space is usually not available close to urban locations in Switzerland. For sure one of the main obstacles for very large storages in our regions.

The aim of this project is to investigate the possibility of accommodating large sensible storages in lakes ("Bubble in the lake storage", BILS).

The central ideas behind this:

- Water is stored inside water. A plastic foil is basically separating the hot area (storage) from the environment (lake).

- Environmental damage is virtually impossible as water is stored inside the water

- Lakes provide space close to inhabited areas that Is not available on land.

The potential of BILS in district heating systems would be considerable: In theory only 2% of the Lake Zurich would be sufficient to cover the heat demand of the city of Zurich. Many smaller cities with a roughly estimated number of 1.5 - 2 Mio inhabitants are located ashore of similar or much bigger Swiss lakes. 

Short description
(French)

Le stockage saisonnier de chaleur utilisant de l'eau chaud est probablement la technologie de stockage la plus simple sans ajoutant de charge supplémentaire au réseau électrique. Plus le volume de stockage est important, moins les pertes thermiques et les coûts sont importantes. Les stockages en fosse et les stockages souterrains d'énergie thermique sont connus en différentes variantes. Des rendements de stockage saisonniers qui peuvent atteindre plus de 90%, ont été rapportés. Cependant, l'espace nécessaire est considérable et n'est pas disponible dans les environs urbains de la Suisse. Sans doute un des obstacles importants aux très grands réservoirs dans nos régions.

L'objectif de ce projet est d'étudier la possibilité de placer des grands réservoirs dans des lacs ("Bubble in the lake storage", BILS).

Les idées centrales sont les suivantes:

- L'eau est stockée dans l'eau. Essentiellement c'est une feuille de plastique qui sépare la zone chaude (stockage) de l'environnement (lac).

- Des dommages environnementaux sont pratiquement exclus, puisque c'est de l'eau qui est stockée dans l'eau.

- Les lacs offrent un espace proche des zones habitées qui n'est pas disponible sur terre.

Le potentiel du BILS dans les systèmes des réseaux de chauffage à distance urbain serait considérable: En théorie, seulement deux pourcent du lac de Zurich suffiraient à couvrir les besoins de chauffage de toute la ville de Zurich. Plusieurs villes plus petites, dont la population totale est estimée à 1,5 ou 2 millions d'habitants, sont situées à proximité des lacs suisses, qui sont similaires ou même beaucoup plus grands.

Short description
(Italian)

L'accumulo di calore stagionale con acqua calda è probabilmente la tecnologia di accumulo più semplice che non aggiunge carico alla rete elettrica. Maggiore è il volume di accumulo, minori sono le perdite termiche ed i costi. Gli accumuli a pozzo di grandi dimensioni o accumuli sotterranei di energia termica sono già noti in diverse varianti. Sono state segnalate efficienze di stoccaggio stagionali superiori al 90%. Tuttavia, lo spazio richiesto è considerevole e di solito questo spazio non è disponibile vicino alle località urbane in Svizzera, il che rappresenta uno dei principali ostacoli agli accumulatori stagionali nelle nostre regioni.

Lo scopo di questo progetto è studiare la possibilità di ospitare grandi accumulatori di calore sensibile nei laghi ("Bubble in the lake storage", BILS).

Le idee centrali sono le seguenti:

- L'acqua viene immagazzinata nell'acqua. Sostanzialmente un foglio di plastica separa l'area calda (accumulo) dall'ambiente (lago).

- I danni ambientali sono praticamente impossibili poiché l'acqua viene immagazzinata all'interno dell'acqua

- I laghi forniscono spazio in prossimità delle aree abitate che diversamente non sarebbe disponibile sulla terraferma.

Il potenziale del BILS negli impianti di teleriscaldamento sarebbe notevole: teoricamente solo il 2% del Lago di Zurigo sarebbe sufficiente a coprire il fabbisogno termico della città di Zurigo. Molte città più piccole con una popolazione stimata di circa 1,5 - 2 milioni di abitanti si trovano sulle rive di laghi svizzeri simili o molto più grandi.

URL-addresses
(English)
Final report
(German)
Die Speicherung von Wärme in Form von Warmwasser in grossen Behältern ist die einfachste Technologie zur saisonalen Speicherung und zur Stabilisierung von Fernwärmenetzen. Grosse thermische Speicher sind in verschiedenen Varianten bekannt, und es wurden schon saisonale Wirkungsgrade von über 90% nachgewiesen. Der benötigte Platz ist jedoch in der Schweiz in der Nähe von Städten nicht verfügbar. Ziel dieses Projekts ist es, die praktische Machbarkeit von grossen Wärmespeichern zu untersuchen, die aus flexiblen Hüllen in Seen bestehen ("Bubble In the Lake Storage", BILS). Die wichtigsten konzeptionellen Ideen für diesen Ansatz sind die folgenden:

− Heisses Wasser wird innerhalb einer Folie gespeichert, die den heissen Bereich vom See trennt.

− Umweltschäden sind kein kritisches Thema, da nur das Wasser im See gespeichert wird.

− Seen bieten Platz in der Nähe von bewohnten Gebieten, ohne dass Land genutzt werden muss.

In diesem Projekt wird die allgemeine technische Machbarkeit des Konzepts untersucht, um eine Grundlage für die Entscheidung zu schaffen, ob dieser Ansatz umsetzbar ist und weiter bearbeitet werden soll oder nicht. Die Arbeit besteht vor allem aus Literaturstudien, physikalischen Überlegungen zur Wärmedämmung und zum statischen Verhalten, Experimenten zur Bestätigung und Erprobung von Ideen für die Realisierung solcher Speicher sowie aus Experteninterviews.
Das wichtigste Ergebnis ist, dass die Verwirklichung von BILS möglich ist. Die Wärmedämmung ist aber ein zentrales Thema, für das eine innovative Lösung gefunden wurde, die auch mit den Anforderungen zur Kontrolle des Auftriebs vereinbar ist. Bevor jedoch eine Pilotanlage gebaut werden kann, müssen noch eine Reihe von Fragen weiterentwickelt werden, von denen einige bereits für ein Folgeprojekt vorgesehen sind.
Final report
(English)
Storing heat as hot water in large storage reservoirs is the most straightforward technology for seasonal storage and for stabilizing district heating networks. Large thermal storage systems are known in different variants, and seasonal storage efficiencies of more than 90% have been reported. However, the required space is usually not available close to cities in Switzerland. The goal of this project is to investigate the practical feasibility of placing large thermal storages made of flexible envelopes in lakes ("Bubble In the Lake Storage", BILS). The main conceptual ideas for this approach are the following:

− Hot water is stored using a foil that is separating the hot area (storage) from the lake.

− Environmental damage is not a critical issue, as only water is stored inside the lake water.

− Lakes provide sufficient space close to inhabited areas while avoiding use of land.

In this project the general technical feasibility of the concept is investigated to provide a basis for the decision whether this approach is technically viable and shall be further worked on or not. The main work consists in literature studies, physical considerations on thermal insulation and static behaviour, experiments to confirm and test ideas for the realisation of such storages, and expert interviews.
The most important result is that the realisation of BILS is possible. Thermal insulation is a key issue for which an innovative solution has been found that is also compatible with the requirement for buoyancy management. However, before a pilot system can be started, a number of issues still need to be developed further, some of which are already planned in a follow-up project.
Related documents
Final report
(French)
Stocker de la chaleur sous la forme d'eau chaude contenue dans de grands réservoirs est la technologie la plus simple pour le stockage saisonnier et pour la stabilisation des réseaux de chauffage à distance. Différentes variantes de grands systèmes de stockage de chaleur sont connues, et des rendements de stockage saisonnier de plus de 90 % sont rapportés. Cependant, l'espace nécessaire à proximité des villes n'est généralement pas disponible en Suisse. Le but de ce projet est d'étudier la faisabilité technique de placer de grands réservoirs thermiques, constitués d'enveloppes flexibles, dans des lacs ("Bubble In the Lake Storage", BILS). Les principales idées conceptuelles sont les suivantes :

− L'eau chaude est stockée à l'aide d'une fine feuille qui sépare la zone chaude (stockage) du lac.

− Les dommages environnementaux ne sont pas un problème critique, car ce n'est que de l'eau qui est stockée à l'intérieur de l'eau du lac.

− Les lacs offrent, à proximité des zones habitées, un espace suffisant qui n'est pas disponible sur la terre ferme.

Dans ce projet, la faisabilité technique générale du concept est étudiée afin de fournir une base pour la décision de savoir si cette solution est viable du point de vue technique et si elle doit être poursuivie ou non. Le travail principal consiste en des études de littérature, des considérations physiques concernant principalement l'isolation thermique et le comportement statique, des expériences pour confirmer et tester les idées pour la réalisation de tels stockages, et des interviews avec des experts.
Le résultat le plus important est que la réalisation de BILS est possible. L'isolation thermique est une question centrale pour laquelle une solution innovante a été trouvée, qui est également compatible avec l'exigence de gestion de la poussée hydrostatique. Cependant, avant de procéder à la mise en place d'un système pilot, il reste encore un certain nombre de points à approfondir, dont certains sont déjà prévus dans le cadre d'un projet subséquent.
Final report
(Italian)
L'accumulo di calore in grandi serbatoi è la tecnologia più semplice per lo stoccaggio stagionale e la stabilizzazione delle reti di teleriscaldamento. Sono già note diverse tipologie di grandi accumulatori termici per i quali si sono registrati rendimenti stagionali superiori al 90%. In Svizzera, tuttavia, le aree necessarie in prossimità dei centri abitati non sono generalmente disponibili. L'obiettivo di questo progetto è studiare la possibilità di collocare nei laghi grandi serbatoi di accumulo di calore costituiti da involucri flessibili ("Bubble In the Lake Storage", BILS). L’approccio si basa sulle seguenti idee concettuali:

− L’acqua calda è accumulata utilizzando una sottile pellicola che separa la zona calda dal lago.

− L’impatto ambientale è sostanzialmente nullo, poiché nel lago viene immagazzinata solo acqua.

− I laghi forniscono spazio sufficiente vicino alle zone abitate, che altrimenti non sarebbe disponibile.

In questo progetto si analizza la fattibilità tecnica generale del concetto, al fine di fornire una base per decidere se questo approccio sia tecnicamente fattibile e possa essere perseguito. Il lavoro principale consiste in studi di letteratura, considerazioni fisiche soprattutto sull'isolamento termico e sul comportamento statico, esperimenti per confermare e testare le idee per la realizzazione di questi serbatoi di accumulo e interviste con esperti.
Il risultato più importante è che la realizzazione di BILS è possibile. L'isolamento termico è un aspetto cruciale per il quale è stata trovata una soluzione innovativa, compatibile anche con i requisiti di gestione della spinta di galleggiamento. Tuttavia, prima di poter avviare un impianto pilota è necessario analizzare e sviluppare ulteriormente diversi altri aspetti, alcuni dei quali sono già previsti in un progetto successivo.