Niektóre jeziora mogą pomóc w ogrzewaniu i chłodzeniu budynków
Czy jeziora mogą stać się częścią nowoczesnej, niskoemisyjnej energetyki, np. pomóc w ogrzewaniu i chłodzeniu budynków? Najnowsze badania pokazują, że w przypadku części polskich jezior odpowiedź brzmi: tak. Choć pod pewnymi warunkami.
W debacie o energii zwykle mówi się o dużych jej producentach, takich jak elektrownie, farmy wiatrowe, fotowoltaika czy źródła geotermalne. Rzadziej zwraca się uwagę na zasoby, które są blisko i od dawna stanowią część codziennego krajobrazu. Do takich zasobów należą jeziora. Nie chodzi przy tym o gorącą wodę geotermalną, lecz o możliwość wykorzystania względnie stałej temperatury wody, zwłaszcza w głębszych warstwach, do wspomagania ogrzewania i chłodzenia budynków.
Taką możliwość opisują autorzy artykułu opublikowanego w czasopiśmie Resources (doi: 10.3390/resources15020027), którego autorami są badacze z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – PIB, Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy oraz Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Autorzy pracy to eksperci w dziedzinie klimatologii, hydrologii, geografii i praktycznego myślenia o energetyce.
W jaki sposób wykorzystuje się jezioro do wytwarzania energii?
Wykorzystanie energii jeziora odbywa się zwykle za pomocą pompy ciepła, współpracującej z wymiennikiem zanurzonym w wodzie albo z układem pobierającym wodę z jeziora. Pompa ciepła działa podobnie jak lodówka, tylko w odwrotnym kierunku: nie usuwa ciepła z wnętrza urządzenia, lecz pobiera je z otoczenia i przekazuje do instalacji grzewczej budynku. Krążący w układzie zimny czynnik roboczy ogrzewa się w kontakcie z chłodną wodą z jeziora, następnie jest sprężany w wyniku czego jego temperatura rośnie. Dzięki temu może oddać ciepło wodzie krążącej w systemie ogrzewania. Następnie jest z powrotem rozprężany i w ten sposób schładzany, aby pobrać kolejną porcję ciepła z wody w jeziorze. Latem ten sam układ może zostać odwrócony i służyć do chłodzenia, przekazując nadmiar ciepła z budynku do jeziora. Należy podkreślić, że woda z jeziora nie jest tu więc paliwem, lecz źródłem ciepła zimą i możliwym odbiornikiem ciepła latem.
W poszukiwaniu optymalnej temperatury
Badacze przeanalizowali dziewięć jezior północnej Polski, korzystając z danych pomiarowych z lat 2007–2024. Były to jeziora różniące się wielkością, głębokością i położeniem, co pozwoliło porównać ich możliwości. W każdym z nich najważniejsze było znalezienie obszarów, które zachowują w ciągu roku najbardziej stabilną temperaturę. Największy potencjał mają zbiorniki uwarstwione, czyli takie, w których latem tworzą się wyraźne warstwy o różnej temperaturze. Przy powierzchni woda jest cieplejsza i silniej reaguje na pogodę. Głębiej znajduje się strefa przejściowa, a jeszcze niżej warstwa chłodna, znacznie bardziej stabilna termicznie. To właśnie ona ma największe znaczenie, jeśli myśli się o wykorzystaniu jeziora jako źródła energii dla pomp ciepła albo jako naturalnego zasobu chłodu.
Najbardziej stabilnym termicznie obszarem jest zwykle warstwa położona od około 15 metrów głębokości do dna. Właśnie tam temperatura zmienia się najmniej. Średnio wynosi około 6,7 st. C, a różnice między badanymi jeziorami nie są w tym zakresie bardzo duże. Taka temperatura jest optymalna dla nowoczesnych systemów energetycznych.
Ile energii można byłoby pozyskać?
Badacze od początku starali się osadzić swoje obliczenia w realiach środowiskowych. Policzyli, ile energii cieplnej można byłoby teoretycznie pozyskać z tej głębokiej warstwy wody, zakładając ostrożnie, że nie należy schładzać jej poniżej 4 st. C. To istotna granica, bo właśnie przy tej temperaturze woda osiąga największą gęstość. Schodzenie niżej mogłoby oznaczać większą ingerencję w naturalne warunki funkcjonowania jeziora. Należy pamiętać, że jezioro nie jest zbiornikiem technicznym, lecz złożonym ekosystemem. Każde wykorzystanie jego zasobów musi uwzględniać nie tylko korzyści energetyczne, ale także wpływ na przyrodę.
Przy obniżeniu temperatury głębokiej warstwy tylko o 1 st. C oszacowany zasób energii wynosiłby od 254 MWh do ponad 33 tys. MWh, zależnie od jeziora. Przy zmianie o 1,5 st. C było to od 381 MWh do ponad 50 tys. MWh. W wariancie maksymalnym, ale nadal bez przekraczania granicy 4 st. C, wartości rosły od około 635 MWh do ponad 101 tys. MWh. Największy potencjał pod tym kątem wykazało Jezioro Powidzkie, które posiada największą objętość chłodnej, głębokiej warstwy wody.
Naukowcy wyraźnie zaznaczają, że piszą o zasobach teoretycznych. Między oszacowaniem a realnym wdrożeniem stoi jeszcze wiele pytań dotyczących technologii, kosztów, odległości od odbiorców energii, przepisów oraz ochrony środowiska. Nie każde jezioro powinno i nie każde może być wykorzystywane w taki sposób - podkreślają. Potrzebne są osobne analizy lokalne, obejmujące zarówno kwestie techniczne, jak i przyrodnicze. Mimo to znaczenie badań jest duże. Po pierwsze, porządkują one dyskusję i pokazują konkretne wartości energii. Po drugie, odnoszą się bezpośrednio do polskich warunków. Po trzecie, wskazują, że jeziora mogą być traktowane jako jeden z elementów lokalnej transformacji energetycznej, zwłaszcza tam, gdzie znajdują się blisko zabudowy mieszkaniowej, obiektów publicznych albo infrastruktury turystycznej.
Wraz ze wzrostem temperatur i częstszymi falami upałów rośnie znaczenie nie tylko ogrzewania, ale i chłodzenia budynków. To już nie jest tylko kwestia komfortu, ale coraz częściej także zdrowia i bezpieczeństwa. Jeziora mogą więc być rozpatrywane również jako źródło chłodu w okresie letnim. Taki kierunek myślenia dobrze odpowiada współczesnym potrzebom: system energetyczny ma dziś nie tylko dostarczać ciepło zimą, ale też ograniczać skutki przegrzewania się miast latem. (PAP)
kmp/ zan/ kp/
