Ten system ogrzewania byłby całkowitą rewolucją. W Danii i Niemczech już go stosują
Rosnące znaczenie zdobywają technologie pozwalające na efektywniejsze korzystanie z energii odnawialnej. Jednym z takich rozwiązań jest sezonowe pasywne magazynowanie ciepła (STES), które umożliwia akumulację nadmiaru energii cieplnej latem, a jej wykorzystanie zimą. Dzięki użyciu termoizolowanych pojemników możliwe jest efektywne przechowywanie energii, co prowadzi do oszczędności finansowych i zmniejszenia emisji CO₂.
- Sezonowe magazynowanie energii cieplnej
- Energia słoneczna: magazynowanie i wykorzystanie
- Rozwiązania magazynowania energii cieplnej
- Korzyści z zastosowania systemów STES
- Wyzwania i bariery technologii STES
- Skandynawskie i niemieckie doświadczenia STES
Sezonowe magazynowanie energii cieplnej
Pasywne przechowywanie ciepła sezonowego (STES – Seasonal Thermal Energy Storage) to technika gromadzenia energii cieplnej na dłuższy czas, z zamiarem jej użycia w zimniejszych porach roku. W praktyce oznacza to, że nadmiar energii z systemów solarnych lub innych źródeł odnawialnych jest magazynowany w specjalnych zasobnikach, które dzięki zastosowanej izolacji mogą utrzymać temperaturę przez długi okres.
Warto podkreślić, że istnieje różnica między pasywnym a aktywnym przechowywaniem energii cieplnej. W systemach pasywnych energia jest magazynowana w sposób naturalny, przy minimalnym wykorzystaniu dodatkowych urządzeń wspierających. Z kolei aktywne systemy zazwyczaj potrzebują pomp lub dodatkowych źródeł energii, aby utrzymać proces gromadzenia i uwalniania ciepła.
Istotnym elementem pasywnego magazynowania są zbiorniki z termoizolacją. To one są odpowiedzialne za redukcję strat energii i pozwalają na długotrwałe utrzymanie zgromadzonego ciepła. Ich budowa i rodzaj użytych materiałów izolacyjnych wpływają na efektywność całego systemu.
Energia słoneczna: magazynowanie i wykorzystanie
W okresie letnim, kiedy nasłonecznienie osiąga szczyt, energia cieplna z paneli słonecznych lub pomp ciepła jest przekazywana do specjalnie przystosowanych zbiorników. Te zbiorniki mogą być wypełnione wodą, glikolem lub materiałami zmieniającymi stan skupienia, które efektywnie magazynują i zatrzymują ciepło. Nadmiar energii, który normalnie by się zmarnował, zyskuje nowe zastosowanie.
Izolacja termiczna jest kluczowa w zachowaniu temperatury przez długi czas. Dzięki użyciu materiałów o wyjątkowo niskiej przewodności cieplnej straty ciepła są minimalizowane. Im lepsza izolacja, tym dłużej energia jest przechowywana w zbiorniku, co zwiększa opłacalność całego układu.
W sezonie zimowym, gdy wzrasta potrzeba na energię grzewczą, zmagazynowane ciepło może być stopniowo uwalniane. Proces ten odbywa się bez konieczności uruchamiania dodatkowych źródeł energii, co sprawia, że system jest bardzo ekonomiczny i korzystny dla środowiska.
Rozwiązania magazynowania energii cieplnej
Najczęściej wybieranym rozwiązaniem są akweny wodne, które z uwagi na wysoką pojemność cieplną wody i stosunkowo niewielkie koszty konstrukcji są popularne zarówno w zastosowaniach indywidualnych, jak i publicznych. Mogą być zbudowane jako konstrukcje naziemne lub podziemne, posiadające nowoczesną izolację.
Innym rodzajem są zbiorniki gruntowe oraz podziemne systemy przechowywania ciepła, takie jak BTES (Borehole Thermal Energy Storage – przechowywanie w odwiertach) czy ATES (Aquifer Thermal Energy Storage – przechowywanie w warstwach wodonośnych). W tych sytuacjach energia jest gromadzona w naturalnych formacjach geologicznych, co pozwala na jej magazynowanie na dużą skalę.
Rosnące zainteresowanie budzą również materiały zmiennofazowe (PCM – Phase Change Materials), które umożliwiają jeszcze skuteczniejsze przechowywanie energii. Dzięki zdolności do akumulowania ciepła podczas przemiany fazowej (np. topnienia) mogą gromadzić więcej energii na mniejszej przestrzeni, co otwiera nowe możliwości rozwoju STES.
Korzyści z zastosowania systemów STES
Jednym z głównych atutów systemów STES jest zmniejszenie wydatków na ogrzewanie i klimatyzację budynków. Użycie zgromadzonego latem ciepła pozwala na obniżenie zimowych rachunków za energię oraz redukcję obciążenia sieci energetycznych w momentach szczytowego zapotrzebowania.
Innym plusem jest ograniczenie uzależnienia od paliw kopalnych. Poprzez magazynowanie energii z OZE można znacząco zmniejszyć zużycie węgla, gazu czy oleju opałowego. To nie tylko wspiera ochronę środowiska, ale również wzmacnia bezpieczeństwo energetyczne.
Systemy STES również przyczyniają się do stabilizacji całych systemów energetycznych. Dzięki magazynowaniu nadwyżek energii odnawialnej możliwe jest bardziej efektywne zarządzanie jej produkcją i zużyciem, co podnosi ogólną efektywność energetyczną.
Wyzwania i bariery technologii STES
Największym wyzwaniem dla popularyzacji STES są koszty początkowe. Wznoszenie dużych, dobrze izolowanych magazynów lub tworzenie infrastruktury podziemnej wymaga znacznych inwestycji. Dla wielu inwestorów to nadal bariera trudna do przełamania.
Innym problemem są straty energii cieplnej, które mimo użycia nowoczesnej izolacji wciąż się pojawiają. Im dłuższy czas przechowywania, tym trudniej zachować wysoką wydajność systemu. Prace badawcze nad nowymi materiałami izolacyjnymi i PCM mają na celu zredukowanie tych strat.
Istotne są także kwestie techniczne i regulacyjne. Lokalizacja magazynów, dostęp do odpowiednich struktur geologicznych czy spełnienie norm środowiskowych to czynniki, które mogą ograniczać możliwość zastosowania tej technologii w określonych lokalizacjach.
Skandynawskie i niemieckie doświadczenia STES
Największe doświadczenia w dziedzinie STES posiadają kraje skandynawskie, zwłaszcza Dania. Utworzono tam ogromne zbiorniki wodne połączone z sieciami ciepłowniczymi, które zbierają ciepło z kolektorów słonecznych i dostarczają je zimą mieszkańcom całych osiedli.
W Niemczech rozwijane są systemy BTES i ATES, które wykorzystują podziemne formacje geologiczne do gromadzenia energii. Dzięki nim możliwe jest przechowywanie ciepła na skalę przemysłową i jego późniejsze zastosowanie w budynkach mieszkalnych czy zakładach przemysłowych.
W Polsce kwestia STES dopiero nabiera znaczenia. Mimo że istnieje kilka projektów badawczych i pilotażowych, technologia ta nie jest jeszcze powszechnie stosowana. Rosnące ceny energii oraz unijne przepisy dotyczące ograniczenia emisji mogą jednak znacznie przyspieszyć jej rozwój.