Podzemní voda by mohla být řešením pro ekologické vytápění a chlazení

Asi 12 % celkové celosvětové poptávky po energii pochází z vytápění a chlazení domácností a podniků. Nová studie naznačuje, že používání podzemní vody k udržení příjemných teplot by mohlo snížit spotřebu zemního plynu a elektřiny v tomto sektoru (např. v USA o 40 %). Tento přístup, nazývaný Aquifer Thermal Energy Storage (ATES), by také mohl pomoci zabránit výpadkům způsobeným poptávkou po vysokém výkonu.

V současné době potřebujeme úložiště, abychom absorbovali kolísající energii ze slunce a větru – většina lidí se zajímá o baterie a další možná úložiště pro skladování elektřiny. Potenciál využití geotermální energie však bývá zpravidla opomíjen. Prostřednictvím ATES přitom lze uložit značné množství energie a to po poměrně dlouhou dobu. Výsledkem poté je, že poptávku po energii na vytápění a chlazení během extrémně horkých nebo chladných období lze uspokojit bez dalšího zatížení sítě.

Pracující termodynamika

ATES je poměrně jednoduchý koncept, který využívá vlastnosti vody pohlcující teplo a přirozené geologické rysy planety. Jednoduše tak při provozu dochází k čerpání vody ze stávajících podzemních nádrží a jejímu ohřátí na povrchu v létě okolním teplem nebo přebytečnou energií ze slunce (nebo kdykoli během roku větrem).

Voda je pak opětovně uložena dolů, kde zůstává překvapivě poměrně horká, protože Země je docela dobrý izolant. Pokud takto předpřipravenou vodu vytáhneme v zimě, o měsíce později, voda je stále mnohem teplejší než okolní vzduch a lze ji použít k vytápění budov. Obdobně lze vodu nabrat, nechat vychladit, uložit… a použít v horkých letních měsících k chlazení objektu. Jedná se tak o způsob, jak ukládat energii jako teplotu pod zemí.

ATES zatím není široce používán a otestován, i když si již získává uznání na mezinárodní úrovni, zejména v Nizozemsku. Jednou z hlavních výhod je, že tyto systémy získávají „bezplatnou“ tepelnou energii ze sezónních teplotních změn, které lze posílit přidáním umělého vytápění a chlazení generovaného elektřinou.

Jako takové fungují velmi dobře v oblastech s velkými sezónními výkyvy – mají ale potenciál fungovat kdekoliv, kde je k dispozici vítr nebo sluneční záření. Pokud jde o další vlivy, systémy ATES jsou navrženy tak, aby nedocházelo k zasahování do kritických zdrojů pitné vody – často se používá voda z hlubších vrstev, než kde jsou zdroje pitné vody.

Jak to funguje a jak mluví čísla?

Na výzkumu potenciálu ATES pracoval například tým z Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, – ten také navrhl případovou studii využívající výpočtový model čtvrti v Chicagu. Tato virtuální čtvrť se skládala z 58 dvoupatrových rodinných domů s typickým obytným vytápěním a chlazením, které byly napojeny na simulaci energetické sítě s více možnými zdroji energie a možnostmi skladování, a to včetně ATES.

Následné, provedené klimatické projekce byly použity k pochopení toho, kolik z celkového energetického rozpočtu sousedství v současnosti zabírají požadavky na vytápění a chlazení a jak se to může v budoucnu změnit. Nakonec byla pro okolí navržena simulace mikrosítě, která zahrnovala technologie obnovitelných zdrojů energie a ATES, aby bylo možné vyhodnotit technologickou proveditelnost a odolnost vůči klimatu.

Výsledky ukázaly, že přidání ATES do sítě by mohlo snížit spotřebu ropných produktů až o 40 %, i když by to stálo o 15 až 20 % více než stávající technologie skladování energie. Na druhou stranu technologie skladování energie zaznamenávají výrazné pokroky spojené se snížením vstupních nákladů – po pouhých několika letech vývoje by tak ATES měl být plně konkurenceschopný.

Počasí: řešení pro budoucnost?

Velkou výhodou ATES je, že bude stále účinnější, protože počasí bude v nadcházejících letech extrémnější kvůli změně klimatu. Teplejší léta a krutější zimy – přesně to předpovídají přední světové klimatické modely. Počasí bude mít mnoho stinných stránek, ale jedním z pozitiv bude, že by právě tyto extrémy by mohly „nabít“ enormní množství volné geotermální energie, kterou lze následně uložit pomocí ATES.

Tím ATES také učiní budoucí energetickou síť odolnější vůči výpadkům způsobeným vysokými nároky na energii během vln veder – ke kterým dochází již nyní –, protože chlazení řízené ATES potřebuje mnohem méně elektřiny než klimatizace samotné. Systém vyžaduje jen energii k pumpování vody systémem.