Magazyn ciepła i chłodu pod ziemią – jak działa BTES?
Redakcja GLOBEnergia
BTES to technologia, która pozwala magazynować w ziemi zarówno ciepło, jak i chłód. Dzięki odwiertom pionowym grunt staje się naturalnym akumulatorem energii, gotowym do wykorzystania wtedy, gdy jest najbardziej potrzebna. To rozwiązanie coraz częściej stosuje się w dużych instalacjach, gdzie liczy się efektywność i synergia między obiektami.
- BTES magazynuje energię w gruncie. Odwierty pionowe pełnią rolę naturalnego akumulatora, w którym można gromadzić zarówno ciepło, jak i chłód do późniejszego wykorzystania.
- System działa dwukierunkowo. Umożliwia zrzucanie nadmiarowego ciepła lub chłodu do gruntu, a następnie ich odzyskanie w okresach zwiększonego zapotrzebowania instalacji.
- Technologia sprawdza się w dużych instalacjach. Największe uzasadnienie ekonomiczne ma przy realizacjach wymagających kilometrów odwiertów oraz tam, gdzie można wykorzystać efekt synergii między różnymi obiektami.
Magazynowanie ciepła i chłodu w jednym systemie?
Magazynowanie ciepła w górotworze, realizowane poprzez sondy wiercone na potrzeby gruntowych pomp ciepła, to proces, w którym naturalnym akumulatorem staje się grunt oraz wody gruntowe. Odwierty pionowe, wykonywane na działce inwestora, pełnią funkcję swoistego magazynu energii cieplnej, którą można wykorzystać w zależności od potrzeb instalacji. Jak podkreślił w trakcie Forum Branżowego Marcin Franke z firmy Prawtech, rozwiązanie to znajduje coraz szersze zastosowanie w nowoczesnych systemach grzewczych i chłodniczych. Jednym z wielu możliwych wariantów wykonania takiego magazynu jest BTES (Borehole Thermal Energy Storage).
“Są to sezonowe magazyny ciepła w odwiertach, które przyjmują najczęściej promienisty kształt, a to z tego względu, iż ładujemy ciepło nadmiarowe, ciepło odpadowe [...] do otworów zlokalizowanych w samym centrum tego pola odwiertu. Następnie przekazujemy je do kolejnych otworów wykonywanych w kierunku zewnętrznym” – tłumaczy Marcin Franke z firmy Prawtech.
Ekspert zwrócił uwagę, że technologia magazynowania w gruncie może znaleźć zastosowanie nie tylko w akumulacji ciepła, ale również chłodu.
“Podobna idea może zostać wykorzystana do zmagazynowania chłodu. Wówczas zrzucamy do gruntu parametr o niskim temperaturze, wychładzamy czy też wymrażamy grunt zlokalizowany i styczny bezpośrednio do wykonanych w takiej geometrii otworów w tym celu, by w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na chłód, wykorzystać ten zakumulowany w ziemi” – wyjaśnia Marcin Franke.
Odległość między odwiertami ma znaczenie?
Ekspert podkreśla, że rozstaw otworów powinien być projektowany z uwzględnieniem minimalnych odległości, które orientacyjnie przyjmuje się na poziomie około 6 metrów. Jest to jednak wartość domyślna, wymagająca każdorazowego dostosowania do warunków lokalnych na podstawie analiz geologicznych, symulacji numerycznych oraz wiedzy hydrogeologicznej. W praktyce dopuszcza się – i często stosuje – mniejsze odległości, zależnie od specyfiki inwestycji. Zdarzają się również realizacje z bardzo głębokimi otworami, które zyskują coraz większą popularność w Polsce, gdzie rozstaw otworów jest odpowiednio zwiększany.
Podstawą do określenia geometrii pola otworów pozostaje litologia gruntu oraz bilans ciepła i chłodu. To one stanowią punkt wyjścia do właściwego doboru mocy, wielkości i optymalnego rozmieszczenia obiektów dla planowanej inwestycji.
Dla kogo instalacje BTES?
Marcin Franke tłumaczy, że inwestycja w magazyn ciepła i chłodu typu BTES jest przeznaczona dla instalacji średnich i dużych mocy, a więc takich, w których wykorzystuje się kilometry, a niekiedy nawet dziesiątki kilometrów odwiertów. W takich przypadkach poniesione nakłady inwestycyjne, przy określonej sprawności sezonowego magazynu ciepła, mają największe uzasadnienie ekonomiczne. Gdzie takie instalacje mogą powstawać i spełniać swoje zadanie?
“Przykładem może być hala produkcyjna zlokalizowana w niedalekim sąsiedztwie wspólnoty mieszkaniowej. Hala produkcyjna wytwarzająca dużo ciepła odpadowego może je zakumulować [...] w gruncie – i tym samym umożliwić sąsiadującej wspólnocie mieszkaniowej zasilenie poprzez czy modernizację, czy zaprojektowanie nowego układu taniego ciepła ziemi, zasilającego pompy gruntowe” – dodaje Marcin Franke z firmy Prawtech.
BTES – rozwiązanie, które branża dobrze zna
Ekspert podczas Forum Branżowego podkreślił, że dla osób z branży przedstawione rozwiązanie nie jest niczym nowym. Magazyn ciepła rozumiany jako BTES bazuje na standardowej realizacji dolnego źródła dla pompy gruntowej. Oznacza to prace wykonane przez firmę wiertniczą w postaci otworów w ziemi, a następnie dobór odpowiedniej automatyki, której zadaniem jest optymalizacja i utrzymanie efektywności pracy technologii pompy ciepła.
Sercem całego systemu pozostaje gruntowa pompa ciepła, stanowiąca podstawę rozwiązań grzewczych i chłodniczych zaprojektowanych dla danego obiektu. Uzupełnieniem mogą być elementy pomocnicze, takie jak zbiornik buforowy, a także instalacje wspierające, np. system solarny, instalacja fotowoltaiczna, kogeneracja czy inne znane w branży technologie grzewcze.
Opracowanie na podstawie Forum Branżowego redakcji GLOBENERGIA
