Magazyny ciepła przyszłością odnawialnej energetyki

Wzrost znaczenia odnawialnych źródeł energii, a potem pojawienie się elektrycznych samochodów oraz domowych akumulatorów, zmieniło nasz sposób myślenia o obiegu prądu. Produkuje się go w wielu miejscach i coraz więcej magazynuje w bateriach oraz inteligentnie zarządza zużyciem. W świecie odnawialnych źródeł energii tak działać może jednak nie tylko system obiegu prądu, ale także ciepła.

Zmiana jest zasadnicza. Dotychczas był to układ jednowymiarowy: elektrownia produkowała energię, ta siecią trafiała do mieszkańców, a w domach była zużywana. Kiedy jednak zaczęły kręcić się wiatraki, a na dachach nagrzewać panele solarne, dostosowanie produkcji do popytu nie jest już tak proste. Pogoda jest w tym względzie siłą wyższą. Kiedy źródła energii rozproszyły się i zrobiły mniej stabilne, kwestią kluczową stało się magazynowanie prądu. I takim jednym wielkim magazynem powoli staje się cała sieć, która posiada wiele wypustek zakończonych m.in. różnej skali bateriami: od profesjonalnych, stawianych przez duże firmy energetyczne, po akumulatory w domach i te w elektrycznych autach.

Jak przekonują eksperci fińskiego Fortum, przejście na czyste źródła energii spowoduje, że takie zmiany dotkną nie tylko sieć energetyczną, ale także cieplną i powiązaną z nią, dopiero rozbudowywaną sieć chłodzącą. Także w tym przypadku system przestaje być jednokierunkowy – budynki mogą nie tylko pobierać, ale i oddawać ciepło do sieci, które w razie potrzeb – tak jak prąd – będzie akumulowane. Co więcej, oba systemy – cieplny i elektroenergetyczny – zaczną się przenikać, a nieuniknione nadwyżki prądu z OZE coraz częściej będą magazynowane w formie ciepła. Wynika to z faktu, że chociaż rozwój technologii magazynowania energii elektrycznej, zwłaszcza litowo-jonowej, jest bardzo szybki, to z ekonomicznego punktu widzenia technologie te nadal nie są dobrze dostosowane do magazynowania dużej ilości energii. Największą i wciąż wyjątkowo trudną do przeskoczenia jest bariera ograniczonej dostępności surowców potrzebnych do rozwoju tych technologii.

„Przechowywanie energii elektrycznej jako ciepła jest w rzeczywistości 50 do 100 razy bardziej wydajne niż magazynowanie jej w bateriach. Zasadniczo tutaj operujemy wodą, która jest podgrzewana i przechowywana w zasobniku ciepłej wody na dzień, tydzień, a nawet cały sezon. Dlatego w przyszłości sieci ciepłownicze i specjalnie skonstruowane magazyny ciepła mogą pomóc systemowi elektrycznemu, magazynując nadmiar energii elektrycznej i wykorzystując zgromadzone ciepło do zaspokojenia potrzeb grzewczych odbiorców”, wyjaśnia Tatu Kulla, pełniący funkcje Head System Optimisation and Fuel Management Heating and Cooling w fińskim Fortum. Technologii jest tu kilka, a jedna z najbardziej powszechnych to akumulatory gruntowe BETS (Borehole Thermal Energy Storage). W tym przypadku zamiast budować duże zbiorniki, np. na wodę, która jest najprostszym i najtańszym czynnikiem akumulującym ciepło właściwe, idzie się w naturę. Tutaj ciepło jest magazynowane bezpośrednio w gruncie. Odpowiednim podłożem mogą być skały lub wilgotne gleby. Ładowanie i rozładowanie następuje za pomocą systemu pionowych wymienników ciepła sięgających 30-200 metrów w głąb. Przywodzi to więc na myśl coś w rodzaju udoskonalonej instalacji geotermalnej z pompą ciepła. Podstawowa różnica to dwukierunkowość działania. Tutaj „złoże ciepła” można nie tylko rozładowywać, ale także ładować ciepłą wodą podgrzaną, gdy mamy nadwyżki prądu. A gdy przyjdą zimne dni, magazyn z ciepłem będzie pełny.