Tunele jako konstrukcje będące w bezpośrednim kontakcie ze skałami stanowią dobre źródło energii cieplnej i przedstawiają duży potencjał geotermalny.

W artykule przedstawione zostały sposoby wykorzystania tego potencjału na przykładzie działających już projektów geotermii tunelowej. Pojęcie to oznacza zastosowanie technologii pozyskiwania ciepła z wód tunelowych (przykłady tuneli w Szwajcarii) oraz młodej technologii odbioru energii cieplnej z górotworu, w którym znajduje się tunel, opracowanej i realizowanej we Wiedniu.

 

zobacz także:

Geotermia szansą rozwoju turystyki – Uniejów

Elektrociepłownia geotermalna w Unterhaching (Niemcy)

Wykorzystanie wód tunelowych w Szwajcarii

Najprostszym i najtańszym sposobem wykorzystania potencjału energii cieplnej konstrukcji tunelowych jest odbiór ciepła z wód podziemnych, znajdujących się w górotworze, w którym wydrążono tunel. W języku niemieckim funkcjonuje precyzyjne określenie tych wód jako wody tunelowe (Tunnelwasser). Wody te w sposób naturalny wypływają z warstw skalnych, w których zbudowany jest tunel. Szczególnie w przypadku głębokich tuneli konstrukcje te drenują duże ilości wód. Ich temperatura odpowiada najczęściej temperaturze skał górotworu, następnie na skutek transportu tych wód do wylotu tunelu ulega ona nieznacznemu obniżeniu.

 

Cały artykuł – GLOBEnergia 3/2010

Pierwszy projekt wykorzystania energii cieplnej z konstrukcji tunelowych zrealizowano już w 1979 roku w Szwajcarii przy portalu południowym tunelu drogowego Świętego Gotarda (Gotthard-Strassentunnel). Do pozyskiwania energii cieplnej wykorzystano wody tunelowe, które ze względów ochrony środowiska musiałyby być magazynowane w basenach, gdzie ochładzałyby się przed wyprowadzeniem ich jako ścieki. Wody z tego tunelu służą do zaopatrywania w ciepło oraz do chłodzenia pomieszczeń zakładu naprawczego przy autostradzie, w miejscowości Airolo.

Geotermia tunelowa (Tunnelthermie®) – projekty we Wiedniu

Austriaccy naukowcy z Uniwersytetu Technicznego we Wiedniu (z Instytutu Geotechniki Wydziału Budowy Gruntu, Mechaniki Gleby i Skał / Institut für Geotechnik; Forschungsbereich Grundbau, Boden- und Felsmechanik; Technische Universität Wien oraz z Instytutu Kolejnictwa, Gospodarki Transportu i Kolei Linowych / Institut für Eisenbahnwesen, Verkehrswirtschaft und Seilbahnen TU Wien) opracowali niedawno technologię pozyskiwania i wykorzystania energii cieplnej ze skał otaczających tunel za pomocą medium transportowego. Woda jako nośnik energii krąży wewnątrz specjalnych kolektorów wbudowanych w konstrukcję tunelu. Metoda ta została nazwana Tunnelthermie®, co w wolnym tłumaczeniu oznacza geotermię tunelową. Jest to nazwa chroniona znakiem towarowym, funkcjonująca od 2000 roku i rozpowszechniona głównie w krajach niemieckojęzycznych (Austrii, Szwajcarii, Niemczech).

Geotermia tunelowa opiera się na wykorzystaniu dużych powierzchni konstrukcji tunelowej, będących w kontakcie z górotworem, do odbioru niskotemperaturowej energii cieplnej. Technologia ta zapewnia znaczący potencjał użytkowy, szczególnie w konstrukcjach tunelowych w mieście. Ze względu na to, że elementy konstrukcyjne tuneli zbudowane są z betonu, mogą funkcjonować one jako wymienniki ciepła. Do wewnątrz tych elementów wbudowuje się system absorbujący ciepło, przez który przepływa woda jako nośnik energii. Do takiego systemu można wykorzystać pale wiertnicze ścian tunelu (pale energetyczne – Energiepfähle) jako elementy służące do odbioru ciepła z głębokości już od ok. 5 m, gdzie panuje stała temperatura 11oC.

W kolejnym etapie energia cieplna przekazywana jest do pompy ciepła, za pomocą której podwyższona zostaje temperatura do ok. 45oC. W ten sposób można pozyskiwać energię cieplną z warstw skalnych otaczających tunel i wykorzystywać ją do różnych celów, np. ciepłownictwa, chłodnictwa, przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Istnieje możliwość wykorzystania ciepłych wód tunelowych z zastosowaniem technologii pomp ciepła, zarówno w przypadku głębokich tuneli kolejowych, jak i dla wewnątrzmiejskich tuneli, np. szybkiej kolei miejskiej, metra czy drogowych. Pozyskana energia cieplna może znaleźć zastosowanie w różnych celach, m.in. do: przyjaznych środowisku systemów ogrzewania i klimatyzacji stacji kolejowych, pomieszczeń gospodarczych i biurowych należących np. do przedsiębiorstw kolejowych

We Wiedniu zrealizowane zostały już dwa projekty geotermii tunelowej, które są wspólnym przedsięwzięciem Wiedeńskiego Uniwersytetu Technicznego (Technische Universität Wien) oraz firm: HL-AG (Eisenbahn-Hochleistungsstrecken AG), Ingeneurbüro iC-Consulenten, Energiecomfort Energie- und Gebäudemanagement GmbH oraz SCHIG mbH (Schieneninfrastrukturfinanzierungs-Gesellschaft m.b.H.).

Tunel kolejowy Lainzer (Lainzer-Eisenbahntunnel)

Ciepło z tunelu kolejowego Lainzer we Wiedniu odbierane jest poprzez zastosowanie 59 energetycznych pali wiertniczych wyposażonych w system absorpcji ciepła. Moc cieplna wynosi ok. 200 MWh/rok, co pozwala na przekazywanie tej energii dla odbiorcy trzeciego. Od lutego 2004 r. dzięki energii cieplnej pochodzącej z tunelu Lainzer ogrzewany jest budynek szkoły sportowej w Hadersdorf-Weidlingau w 14. okręgu miejskim. Ten pilotażowy projekt potwierdził opłacalność zastosowania metody geotermii tunelowej. Ważny jest również aspekt ochrony środowiska. W przypadku szkoły w Hadersdorf ogrzewanie z wykorzystaniem ciepła tunelowego odpowiada redukcji zastosowania gazu ziemnego w ilości ok. 25 000 m3, tj. zmniejszenia rocznej emisji CO2 o około 30 ton.

Technologia Tunnelthermie® uznawana jest powszechnie za przedstawiającą interesujące perspektywy, funkcjonujące projekty służą zaś jako dobre przykłady zastosowania tej metody w przypadku innych konstrukcji tunelowych. (…)

Źródła:

  • Adam D., Markiewicz R., Oberhauser A., 2006, Aktuelle Entwicklungen der Geothermienutzung im Eisenbahnwesen, in: ETR Austria 5/06
  • Adam D., Unterberger W., Erdwärmenutzung im Verkehrstunnelbau
  • Adam D., Markiewicz R., Erdwärme aus Eisenbahntunnels, U-Bahnen und Verkehrsinfrastrukturbauwerken, TU Wien, Institut für Grundbau und Bodenmechanik, www.eiba.tuwien.ac.at/fileadmin/mediapool-eisenbahn/Diverse/Events/WEK4/03_Adam.pdf
  • Adam D., 2007, Intelligente Systeme der Erdwärmenutzung – Regenerative Energie aus dem Untergrund www.zement.at/Service/literatur/detail.asp?wid=487
  • Oberhauser A., Wirtschaftlichkeitsaspekte der Tunnelthermie®, TU Wien, Institut für Eisenbahnwesen, Verkehrswirtschaft und Seilbahnen www.eiba.tuwien.ac.at/fileadmin/mediapool-eisenbahn/Diverse/Events/WEK4/02_Oberhauser.pdf
  • Rybach L., Tunnelwärmenutzung: Grundlagen und Beispiele aus der Schweiz, GEOWATT AG www.eiba.tuwien.ac.at/fileadmin/mediapool-eisenbahn/Diverse/Events/WEK4/01_Rybach.pdf

Źródła internetowe:

  • www.de.wikipedia.org/wiki/Geothermie#Geothermie_aus_Tunneln
  • www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/technologien/geothermie-aus-tunneln.html
  • www.de.wikipedia.org/wiki/TunnelThermie
  • www.de.wikipedia.org/wiki/Tunnelwasser
  • www.nzz.ch/2006/09/16/il/articleEGYXW.html
  • www.de.wikipedia.org/wiki/L%C3%B6tschberg-Basistunnel
  • www.tropenhaus-frutigen.ch
  • www.geothermie.de/wissenswelt/geothermie/technologien/geothermie-aus-tunneln.html
  • www.jenbach.at/gemeindeamt/download/220621968_1.pdf
  • www.sciencev1.orf.at/science/news/154441
  • www.ic-group.org/index.php?lang=de&id=144
  • www.ic-group.org/index.php?lang=de&id=142
  • www.schig.com/index.php?id=24
  • www.wien.gv.at/wirtschaft/eu-strategie/energie/energiepolitik/tunnelthermie.html
  • www.wien.gv.at/umwelt/klimaschutz/klip/umsetzung/tunnelthermie.htm
  • www.wien.gv.at/wirtschaft/eu-strategie/energie/pdf/tunnelthermie.pdf
  • www.oekonews.at/index.php?mdoc_id=1002854
  • www.encyklopedia.pwn.pl

Karolina Smętkiewicz, Redakcja GLOBEnergia

Cały artykuł – GLOBEnergia 3/2010