Latem nadwyżka energii z odnawialnych źródeł może być problemem, zimą natomiast zapotrzebowanie na energię do ogrzewania gwałtownie rośnie. Naukowcy z Holandii chcą połączyć te dwa zjawiska. Na terenie Utrecht Science Park planują wykorzystać warstwy wodonośne znajdujące się około 200–250 metrów pod ziemią jako ogromny sezonowy magazyn ciepła.
Projekt wykorzystuje technologię High Temperature Aquifer Thermal Energy Storage (HT-ATES). Jej idea jest stosunkowo prosta: w okresie letnim, gdy dostępna jest duża ilość energii ze źródeł odnawialnych, woda ma być podgrzewana do około 90°C, a następnie magazynowana pod ziemią. Zimą zgromadzone ciepło zostanie wykorzystane do ogrzewania budynków.
W praktyce podziemny zbiornik ma pełnić funkcję wielkiej baterii cieplnej.
Energia ze słońca zamiast gazu
To właśnie sposób ładowania magazynu wyróżnia projekt w Utrechcie.
Energia potrzebna do podgrzania wody ma pochodzić z odnawialnych źródeł. Jednym z potencjalnych źródeł jest powstająca obecnie farma fotowoltaiczna Solar Farm Bunnik.
Latem, gdy produkcja energii słonecznej może być wysoka, jej nadwyżki można wykorzystać do produkcji ciepła. Zamiast ograniczać produkcję instalacji OZE albo przesyłać nadwyżkę przez przeciążoną sieć, energia zostaje zamieniona na ciepło i przechowana przez wiele miesięcy.
Zimą sytuacja się odwraca. Produkcja z fotowoltaiki jest znacznie niższa, a zapotrzebowanie na ogrzewanie rośnie. Wtedy zgromadzone pod ziemią ciepło może zostać wykorzystane do ogrzewania budynków Utrecht Science Park.
To ważna zmiana sposobu myślenia o magazynowaniu energii. Nie każdą nadwyżkę energii trzeba przechowywać w klasycznej baterii elektrochemicznej.
Pod ziemią powstanie ogromna bateria cieplna
HT-ATES wykorzystuje naturalne warstwy wodonośne znajdujące się pod powierzchnią ziemi. W przypadku Utrecht Science Park naukowcy wskazali potencjalnie odpowiednie warstwy na głębokości około 200–250 metrów.
Woda jest podgrzewana, a następnie wtłaczana do odpowiedniej warstwy geologicznej. Dzięki temu energia może zostać przechowana przez cały sezon grzewczy.
Rozwiązanie może być szczególnie interesujące dla istniejących budynków. Jak wskazują badacze z Utrecht University, wiele obecnych systemów ogrzewania zostało zaprojektowanych z myślą o wykorzystaniu gorącej wody. Oznacza to, że przejście na magazynowanie wysokotemperaturowego ciepła nie musi wymagać tak dużych zmian infrastruktury jak w przypadku systemów niskotemperaturowych.
To potencjalnie jedna z największych zalet tej technologii.
Magazyn ciepła może odciążyć sieć energetyczną
HT-ATES ma pełnić jeszcze jedną funkcję: pomagać w zarządzaniu coraz bardziej obciążoną siecią elektroenergetyczną.
W okresach, gdy energii elektrycznej jest dużo, system może ją pobierać i zamieniać na ciepło. Kiedy zapotrzebowanie na prąd rośnie, magazyn nie musi pobierać dużych ilości energii z sieci, ponieważ może korzystać z ciepła zgromadzonego wcześniej.
W ten sposób podziemny magazyn może działać podobnie do baterii, ale zamiast przechowywać energię elektryczną bezpośrednio, przechowuje ją w postaci ciepła.
To szczególnie interesujące w krajach, w których szybko rośnie udział fotowoltaiki i energetyki wiatrowej. Produkcja energii z OZE nie zawsze pokrywa się bowiem z momentem, w którym energia jest najbardziej potrzebna.
Holendrzy najpierw zbadają ziemię
Projekt nie przechodzi jeszcze do budowy pełnego magazynu. Utrecht University zdecydował o wykonaniu kolejnego, bardzo ważnego kroku: odwiertu badawczo-monitoringowego.
Ma on dostarczyć dokładniejszych informacji o warstwach geologicznych znajdujących się pod Utrecht Science Park oraz pozwolić na ich długoterminową obserwację.
Badania prowadzą Utrecht University, TNO Geological Survey of the Netherlands oraz firma IF Technology.
Naukowcy wykorzystali już m.in. dane z badań sejsmicznych. Kontrolowane drgania wprowadzane do gruntu były rejestrowane przez geofony, a następnie przetwarzane w celu stworzenia szczegółowego obrazu podziemnych struktur.
Badacze zastosowali również nowe metody przetwarzania danych, modele numeryczne oraz uczenie maszynowe. Dzięki temu udało się znacznie dokładniej określić właściwości geologiczne obszaru i wskazać warstwy, które mogą nadawać się do sezonowego magazynowania ciepła.
Decyzja inwestycyjna w 2027 roku
Odwiert i testy mają dostarczyć danych potrzebnych do podjęcia ostatecznej decyzji inwestycyjnej. Według obecnego harmonogramu wystarczająca ilość informacji ma być dostępna do połowy 2027 roku.
Jeśli decyzja będzie pozytywna, projekt przejdzie do kolejnego etapu projektowania i rozwoju. Docelowy system magazynowania ciepła miałby zostać uruchomiony około 2029 roku.
Na fazę badawczą Utrecht University otrzymał ponad 2 mln euro dofinansowania w ramach holenderskiego programu DEI+, wspierającego demonstracyjne projekty związane z innowacjami energetycznymi i klimatycznymi.
Ponad 50 proc. mniej emisji?
Potencjał projektu jest znaczący. Według szacunków przedstawianych przez naukowców system HT-ATES może potencjalnie ograniczyć emisje CO₂ Utrecht Science Park o ponad 50 proc.
Jednocześnie technologia ma być konkurencyjna kosztowo wobec ogrzewania opartego na gazie.
To właśnie ten element może zdecydować o jej przyszłości. Transformacja energetyczna nie będzie polegała wyłącznie na budowie kolejnych źródeł odnawialnych. Równie ważne będzie znalezienie sposobów na przechowywanie energii wtedy, gdy jest jej dużo, i wykorzystanie jej wtedy, gdy jest potrzebna.
Technologia, która może wyjść poza Utrecht
Holenderski projekt ma znaczenie nie tylko dla jednego kampusu. Naukowcy chcą sprawdzić, czy sezonowe magazynowanie ciepła może znaleźć zastosowanie również w innych systemach ciepłowniczych.
To może być szczególnie istotne w związku z rozwojem sieci ciepłowniczych w kolejnych dekadach. Magazynowanie energii przez kilka godzin lub dni to jedno z wyzwań transformacji energetycznej. Magazynowanie jej przez całe lato aż do zimy to problem zupełnie innej skali.
Jeśli demonstracja w Utrechcie zakończy się sukcesem, podziemne magazyny wysokotemperaturowe mogą stać się jednym z elementów przyszłych systemów ciepłowniczych.
Co ciekawe, projekt ma również wartość naukową. Podziemie Utrecht Science Park kryje bowiem stare uskoki geologiczne oraz pozostałości dawnego systemu deltowego. Budowa magazynu będzie więc jednocześnie okazją do długoterminowego monitorowania procesów zachodzących pod powierzchnią ziemi.
Holendrzy chcą więc stworzyć coś więcej niż magazyn ciepła. Chcą potraktować ziemię jak wielką sezonową baterię dla energetyki odnawialnej. Jeśli rozwiązanie okaże się opłacalne i bezpieczne, podobne systemy mogą w przyszłości pomóc rozwiązać jeden z największych problemów OZE: jak przechować letnią nadwyżkę energii na zimę.
Foto: Utrecht University.