Podzemna voda može biti zeleno rešenje za grejanje i hlađenje

Oko 12% ukupne globalne potražnje za energijom dolazi iz zagrevanja i hlađenja domova i poslovnih prostora. Novo istraživanje sugeriše da bi korišćenje podzemne vode za održavanje prijatne temperature moglo smanjiti potrošnju prirodnog gasa i električne energije za 40% u ovoj industriji u Sjedinjenim Američkim Državama.
podzemna voda

Preuzeto sa sajta Berkeley Lab

Pristup koji se naziva skladištenje termalne energije u akviferu (ATES) takođe bi mogao pomoći u sprečavanju nestanka struje koja se događa kada se desi visoka potražnja tokom ekstremnih vremenskih uslova.

„Potrebno nam je skladištenje koje će apsorbovati promenljivu energiju dobijenu iz solarnih elektrana i vetroelektrana, a većina ljudi zainteresovana je za baterije i druge vrste skladištenja električne energije. Međutim, pitali smo se da li postoji mogućnost korišćenja skladištenja geotermalne energije, jer su zagrevanje i hlađenje ono što je dominantan deo potražnje za energijom u zgradama”, izjavio je autor A.T.D. Perera, postdoktorski istraživač u Nacionalnoj laboratoriji Berkli Univerziteta, koji je sada u Centru za energetiku i životnu sredinu na Prinston Univerzitetu.

„Otkrili smo da se pomoću ATES-a može skladištiti ogromna količina energije, i to na dug vremenski period”, rekao je Perera. „Kao rezultat toga, potražnja za energijom za zagrevanje i hlađenje tokom ekstremno toplih ili hladnih perioda može biti zadovoljena bez dodatnog opterećenja mreže, čime urbana energetska infrastruktura postaje otpornija.”

Funkcionisanje termodinamike

ATES je jednostavan koncept koji koristi vodu i prirodne geološke karakteristike planete da apsorbuje toplotu. Jednostavno, pumpanjem vode iz postojećih podzemnih rezervoara, zagreva se površina, koja tokom leta koristi toplotu, ili višak energije koji se u bilo koje doba godine može stvoriti od vetra. Zatim se voda vraća nazad ispod zemlje.

„Zapravo, voda ostaje prilično vruća jer je zemlja prilično dobar izolator”, objasnio je koautor Peter Niko, zamenik direktora Odeljenja za energetske geonauke u Berkli laboratoriji i vođa Otporne energetike, vode i infrastrukture. „Kada je izvučete tokom zime, mesecima kasnije ta voda je mnogo toplija od vazduha i može da se koristi za zagrevanje zgrada. Ili obrnuto, možete izvući vodu, pustiti je da se ohladi, a zatim je vratiti nazad i skladištiti je dok vam ne zatreba hlađenje tokom vrelih letnjih meseci. To je način da se energija skladišti ispod zemlje, u obliku temperature.”

ATES se još uvek ne koristi masovno u Sjedinjenim Američkim Državama, iako stiče priznanje širom sveta, posebno u Holandiji. Jedna od glavnih prednosti ATES-a je što se, pomoću njegovog sistema dobija „besplatna” termalnu energija iz sezonskih promena temperature, koja se može dodatno pojačati pomoću veštačkog grejanja i hlađenja koje generiše električna energija. Zbog toga se ovaj sistem veoma dobro pokazao u područjima sa velikim sezonskim promenama temperature, ali ima potencijal da funkcioniše bilo gde, sve dok postoji njegova mogućnost povezivanja sa vetrom ili solarnom energijom. Što se tiče drugih uticaja, ATES sistemi su dizajnirani tako da ne utiču na vitalne izvore pijaće vode – često se koristi voda iz dubljih akvifera koji se ne koriste za snabdevanje pijaćom vodom – i time se ne uvode nikakve hemikalije u vodu.

Kako funkcioniše?

Da bi dobili konkretne brojke koje procenjuju koliko energije bi ATES mogao uštedeti na američkoj elektroenergetskoj mreži i koliko bi koštalo njegovo implementiranje, tim je osmislio studiju slučaja korišćenjem računarskog modela jednog naselja u Čikagu.

Ovo virtuelno naselje sastojalo se od 58 stambenih zgrada sa dve etaže koje imaju tipično grejanje i hlađenje, a bila su povezana sa simulacijom energetske mreže sa više mogućih izvora energije i opcija skladištenja, uključujući ATES. Buduće projekcije klime korišćene su kako bi se razumelo koliki deo ukupnog energetskog budžeta naselja trenutno zauzima potražnja za grejanjem i hlađenjem, i kako bi se videlo kako bi se to moglo promeniti u budućnosti.

Na kraju, dizajnirana je simulacija mikromreže za naselje koja je uključivala tehnologije obnovljive energije i ATES kako bi se procenila tehnoekonomska izvodljivost i klimatska otpornost. Spajanje svih ovih faktora u jedan model ne bi bilo moguće bez raznolikog znanja tima iz oblasti energetskih geonauka, nauka o klimi i nauka o građevinarstvu.

Rezultati su pokazali da dodavanje ATES-a u elektroenergetsku mrežu može smanjiti potrošnju naftnih derivata do 40%, iako bi koštalo 15 do 20% više u odnosu na postojeće tehnologije skladištenja energije.

„Sa druge strane, tehnologije skladištenja energije sve više smanjuju troškove i nakon samo nekoliko godina razvoja ATES-a, lako bismo mogli dostići tačku povraćaja uloženih sredstava. Zbog toga je vrlo važno da počnemo da investiramo u ovo istraživanje i izgradimo prototipne sisteme u realnom svetu”, rekao je Perera.

„ATES ne zahteva prostor u poređenju sa sistemima skladištenja vode ili leda iznad zemlje koji se zasnivaju na vodenim tenkovima. ATES je takođe efikasniji i može se koristiti za veliko zajedničko hlađenje ili zagrevanje, u poređenju sa tradicionalnim geotermalnim toplotnim pumpama koje se oslanjaju na prenos toplote sa zemljom ispod površine”, dodao je Tianzhen Hong, koautor i naučnik Odeljenja za tehnologiju građevinskih objekata i urbanih sistema.

Još jedna velika prednost ATES-a je da će postati efikasniji sa sve ekstremnijim klimatskim promenama u narednim godinama. Vruća leta i surove zime koje predviđaju vodeći klimatski modeli imaće mnoge negativnog uticaja, ali jedna pozitivna strana je ta što bi mogle pojačati količinu besplatne termalne energije koja se može skladištiti putem ATES-a. To je kao pravljenje limunade od dobijenih limuna, zar ne? Ako ćete imati ove ekstremne toplotne događaje, onda biste mogli skladištiti nešto od te toplote za vreme ekstremno hladnih temperatura”, rekao je Niko.

ATES će takođe učiniti buduću elektroenergetsku mrežu otpornijom na prekide snabdevanja izazvane visokom potražnjom za električnom energijom tokom talasa vrućine, koji se često javljaju u mnogim gusto naseljenim područjima Sjedinjenih Američkih Država, uključujući Čikago. Zbog toga što hlađenje koje se koristi putem ATES-a zahteva mnogo manje električne energije od klima uređaja, potrebna je samo snaga dovoljna za pumpanje vode.

„To je vrlo realna stvar koju možemo učiniti, a ovaj rad je zaista bio usmeren na prikazivanje njene vrednosti i toga kako se troškovi mogu nadoknaditi”, rekao je Niko. „Ova tehnologija je spremna za primenu, može se reći. Samo treba to da uradimo.”

PODELITE
Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin

Share

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin