Magazyn ciepła kilkaset metrów pod ziemią. Naukowcy testują nową technologię

Technologia magazynowania ciepła lub chłodu w warstwach wodonośnych, czyli ATES, (ang. Aquifer Thermal Energy Storage) pozwala ogrzewać i chłodzić budynki, jednocześnie zapobiegając awariom spowodowanym wysokim zapotrzebowaniem na energię podczas ekstremalnych warunków pogodowych.

Rozwiązanie ma przed sobą przyszłość, ale na razie badania z nim związane prowadzą głównie naukowcy.

Magazyn ciepła w Utrechcie

Badania naukowe związane z tą technologią prowadzone są m.in. w holenderskim Utrechcie. Pod tamtejszym kampusem naukowym może powstać magazyn ciepła, w którym woda ogrzana latem energią słoneczną do ok. 90 st. C byłaby przechowywana w warstwach wodonośnych kilkaset metrów pod ziemią, a zimą służyła do ogrzewania budynków – podał w czwartek Uniwersytet w Utrechcie.

Eksplorację podłoża przeprowadzili naukowcy z Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Utrechcie, Holenderskiej Organizacji Badań Stosowanych TNO i firmy IF Technology. Analiza wykazała, że pod Utrecht Science Park prawdopodobnie znajduje się kilka warstw geologicznych odpowiednich do magazynowania energii w wysokiej temperaturze.

Jak to działa w praktyce?

Metoda ATES polega na przechowywaniu gorącej wody w warstwach wodonośnych, czyli porowatych i przepuszczalnych skałach wypełnionych wodą. Latem nadwyżki prądu z instalacji fotowoltaicznych służyłyby do ogrzewania wody do około 90 st. C. Następnie trafiałaby ona kilkaset metrów pod ziemię. Zimą gorąca woda byłaby pompowana na powierzchnię, a zgromadzone ciepło wykorzystywane do ogrzewania budynków.

Systemy ATES są jednocześnie projektowane tak, aby uniknąć wpływu na zasoby wód podziemnych przeznaczonych do picia i nie wprowadzają do środowiska wodnego żadnych substancji zanieczyszczających.

To nie geotermia

ATES nie jest klasyczną geotermią. Energia nie pochodzi bowiem z wnętrza Ziemi, lecz jest wytwarzana na powierzchni i sezonowo magazynowana pod ziemią.

Aby zbadać podłoże, holenderscy naukowcy wysłali w głąb ziemi fale dźwiękowe. Ich odbicia rejestrowały geofony, co pozwoliło stworzyć szczegółowy obraz kolejnych warstw skalnych.

Władze uczelni zgodziły się już na wykonanie otworu monitoringowo-rozpoznawczego. Wiercenie i testy zaplanowano na nadchodzący rok akademicki. Ich wyniki zdecydują o budowie instalacji.

Magazyn współpracuje z OZE

Przedsięwzięcie realizowane w Utrechcie jest częścią projektu ACCEL-UTES. Według jego uczestników magazyn mógłby zmniejszyć emisję CO₂ związaną z funkcjonowaniem kampusu o ponad połowę, ograniczyć zależność od gazu oraz odciążyć sieć elektroenergetyczną.

Pobierałby także prąd w okresach dużej produkcji energii odnawialnej, a zimą zmniejszał zapotrzebowanie budynków na energię.

Kierujący badaniami ze strony TNO prof. Jan-Diederik van Wees ocenił, że technologia szczególnie nadaje się do istniejących budynków, których instalacje zaprojektowano do ogrzewania gorącą wodą. Dzięki temu nie wymagałaby rozległych modernizacji.

ATES może wspierać dekarbonizację

Do podobnych wniosków doszli trzy lata temu amerykańscy naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory i Princeton University’s Andlinger Center for Energy and Environment.

Przeprowadzone przez nich badanie pokazało, że ATES może wpasować się w szerszy cel dekarbonizacji systemów energetycznych w USA poprzez magazynowanie energii odnawialnej. Byłaby ona wykorzystywana w przypadku braku wystarczającej ilości energii pochodzącej z nasłonecznienia lub wiatru.

Badacze stwierdzili, że ATES, wraz z innymi technologiami, takimi jak akumulatory, mógłby pomóc w wyeliminowaniu zależności od paliw kopalnych i umożliwić pełne przejście na energię odnawialną.

40 proc. mniej paliw kopalnych

W badaniu opublikowanym w „Applied Energy” naukowcy stworzyli model sieci energetycznej dla dzielnicy Chicago, wykorzystując różne opcje magazynowania energii, w tym w wodach podziemnych.

Okazało się, że zastosowanie ATES mogłoby zmniejszyć zużycie paliw kopalnych o 40 proc., chociaż koszty jego wdrożenia byłyby o 15–20 proc. wyższe niż w przypadku tradycyjnych technologii. Naukowcy są jednak zdania, że po kilku latach stosowania systemów ATES koszty amortyzacji się zwrócą i rozwiązanie będzie bardziej opłacalne.

Inną zaletą ATES jest również wzrost wydajności powiązany z przewidywanymi zmianami klimatu. Gorętsze lata i surowsze zimy mogą zwiększyć ilość darmowej energii cieplnej przechowywanej pod ziemią.

W praktyce technologia ATES może być formą magazynowania energii grzewczo-chłodniczej, która może pomóc uniezależnić się od paliw kopalnych i umożliwić utworzenie w pełni zielonej sieci energetycznej.

Geotermia rośnie w siłę

Magazynowanie ciepła w podziemnych warstwach wodonośnych to niejedyny sposób, w jaki geologia może być wykorzystywana w ciepłownictwie. Coraz większe zainteresowanie budzą też technologie geotermalne, które zamiast magazynować energię wytworzoną na powierzchni, wykorzystują naturalne ciepło znajdujące się we wnętrzu Ziemi.

Postęp technologiczny sprawia, że energia geotermalna może być wykorzystywana nie tylko do ogrzewania, ale także do produkcji stabilnej energii elektrycznej.

Jak pisała red. Katarzyna Łukasiewicz, geotermia może odegrać istotną rolę w transformacji energetycznej Europy. Z raportu ośrodka analitycznego Ember wynika, że dzięki rozwojowi nowych technologii w całej Unii Europejskiej możliwe byłoby uzyskanie około 43 GW mocy geotermalnej, co odpowiadałoby nawet 42 proc. obecnej produkcji energii elektrycznej z węgla i gazu.