Τα αποτελέσματα μοντελοποίησης που προκύπτουν από την έρευνα που έκανε το Eθνικό εργαστήριο του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ - Τρόποι αξιοποίησης απορριπτόμενης θερμότητας
Νέα έρευνα αποθήκευσης ενέργειας από το NREL (Eθνικό εργαστήριο του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ), έχει δείξει έναν τρόπο αποθήκευσης και επαναχρησιμοποίησης θερμότητας υπόγεια για την κάλυψη των απαιτήσεων θέρμανσης ψυχρών περιοχών όπως η Αλάσκα.
Δημοσιεύτηκε στις 17 Ιουνίου στο περιοδικό Energy & Buildings, η μελέτη σκοπιμότητας που εξέτασε μια περίοδο 20 ετών κατά την οποία η BTES (αποθήκευση θερμικής ενέργειας γεωτρήσεων, που είναι σύστημα που συγκεντρώνει ενέργεια θέρμανσης ή ψύξης υπόγεια), θα μπορούσε να παρέχει αξιόπιστα θέρμανση σε 2 κτίρια του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ στο Fairbanks της Αλάσκας.
Μέσω της χρήσης ενέργειας των κτιρίων και της μοντελοποίησης της απόδοσης του συστήματος, οι ερευνητές δείχνουν πώς η απορριπτόμενη θερμότητα από ένα κοντινό εργοστάσιο άνθρακα θα μπορούσε να συλλεχθεί κατά τους καλοκαιρινούς μήνες, να αποθηκευτεί υπόγεια και στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί τον χειμώνα για τη θέρμανση των κτιρίων μέσω γεωθερμικών αντλιών θερμότητας (GHP).
Η μελέτη με τίτλο «Τεχνοοικονομική Σκοπιμότητα Συστήματος Αποθήκευσης Θερμικής Ενέργειας Γεωτρήσεων συνδεδεμένης με Γεωθερμικές Αντλίες Θερμότητας για Εποχιακό Φορτίο Θέρμανσης Δύο Κτιρίων στο Fairbanks της Αλάσκας» χρηματοδοτήθηκε από το Γραφείο Γεωθερμικών Τεχνολογιών του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ και το Πρόγραμμα Πιστοποίησης Τεχνολογίας Περιβαλλοντικής Ασφάλειας του Υπουργείου Άμυνας των ΗΠΑ.
Μετέχοντες στην έρευνα
Η ανάλυση διεξήχθη από τον Hyunjun Oh (μηχανικός γεωθερμικής έρευνας στην ερευνητική ομάδα επιστήμης και τεχνολογιών θερμικής ενέργειας του NREL), σε συνεργασία με τους ερευνητές Conor Dennehy, Saqib Javed και Robbin Garber-Slaght στην πανεπιστημιούπολη του NREL στην Αλάσκα.
Το πρόγραμμα Εφαρμοσμένης Έρευνας για Κοινότητες σε Ακραία Περιβάλλοντα του NREL είναι μια μη κερδοσκοπική, βιομηχανική πρωτοβουλία αφιερωμένη στην προώθηση της ακραίας ενεργειακής απόδοσης, της επιστήμης των κτιρίων και της κοινωνικοοικονομικής έρευνας για τις κοινότητες στην Αλάσκα και τον ευρύτερο Περιφερειακό Βορρά.
Το έργο πραγματοποιήθηκε επίσης σε συνεργασία με το Εργαστήριο Έρευνας και Μηχανικής Ψυχρών Περιοχών του Σώματος Μηχανικών του Στρατού των ΗΠΑ.
Δυνατότητα αξιοποίησης απορριπτόμενης θερμότητας
Η BTES βασίζεται σε ένα δίκτυο γεωτρήσεων οι οποίες λειτουργούν ως επαναφορτιζόμενη μπαταρία για θερμότητα.
Κατά τους θερμότερους μήνες, η απορριπτόμενη θερμότητα μπορεί να αντληθεί στις γεωτρήσεις, όπου μονώνεται από το περιβάλλον έδαφος και βράχο μέχρι να χρειαστεί.
Το χειμώνα, οι κυκλοφορητικές αντλίες μετακινούν ένα διάλυμα νερού-αντιψυκτικού μέσω των γεωτρήσεων για να συλλέξουν την αποθηκευμένη θερμότητα και να την παραδώσουν στην γεωθερμική αντλία θερμότητας του κτιρίου.
Αντί να εξάγει θερμότητα από τον κρύο εξωτερικό αέρα, η αντλία θερμότητας χρησιμοποιεί αυτό το θερμότερο ρευστό για να μεταφέρει αποτελεσματικά θερμότητα στο σύστημα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού του κτιρίου.
Μέθοδος ερευνητών του NREL
Οι ερευνητές του NREL μοντελοποίησαν τις απαιτήσεις θέρμανσης και ψύξης των κτιρίων ψυχρού κλίματος χρησιμοποιώντας το λογισμικό EnergyPlus και διαπίστωσαν ότι η ετήσια ζήτηση θέρμανσης ήταν υψηλότερη από τη ζήτηση ψύξης (μια ανισορροπία τυπική για κλίματα όπως της Αλάσκας, όπου οι χειμώνες είναι μεγάλης διάρκειας και κρύοι, ενώ τα καλοκαίρια είναι σύντομα και ήπια).
Για να καλύψει αυτό το θερμαντικό φορτίο, η ομάδα σχεδίασε εκ των προτέρων ένα σύστημα 40 γεωτρήσεων σε βάθος 91 μέτρων που βρίσκονται περίπου 100 μέτρα μακριά από τα κτίρια, σύμφωνα με τις κανονιστικές οδηγίες και τη διαθεσιμότητα γης σε κοντινή απόσταση.
Στη συνέχεια, μοντελοποίησαν την 20ετή απόδοση του συστήματος BTES, εκτελώντας προσομοιώσεις για 2 σενάρια: ένα στο οποίο το υπέδαφος προθερμάνθηκε για 5 χρόνια χρησιμοποιώντας έγχυση ζεστού νερού πριν από την παροχή θερμότητας στα κτίρια και ένα χωρίς προθέρμανση.
Σε αυτά τα σενάρια, τα πηγάδια στο κέντρο του γεωτρητικού πεδίου παρήγαγαν περίπου το 1/3 περισσότερη θερμική ενέργεια από αυτά στα εξωτερικά άκρα, πιθανώς επειδή τα εξωτερικά πηγάδια έχασαν θερμότητα στο περιβάλλον έδαφος.
Επιπλέον, τα συστήματα που υποβλήθηκαν σε προθέρμανση πριν από την τακτική χρήση έδειξαν ακόμη καλύτερη απόδοση, με υψηλότερες θερμοκρασίες υπόγειου εδάφους και μεγαλύτερη παραγωγή θερμικής ενέργειας κατά τα πρώτα 8 χρόνια λειτουργίας σε σύγκριση με συστήματα χωρίς προθέρμανση.
Συνολικά, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η BTES είναι αξιόπιστη λύση θέρμανσης σε ψυχρά κλίματα, βοηθώντας τις κοινότητες να συλλαμβάνουν την απορριπτόμενη θερμότητα και να χρησιμοποιούν την ενέργεια πιο αποτελεσματικά.
Ο Oh θεωρεί ότι, ενώ έχουν υπάρξει εκτεταμένες μελέτες περιπτώσεων που επικυρώνουν την απόδοση των GHP σε ψυχρές περιοχές της Ευρώπης, αυτή είναι μια από τις πρώτες που δείχνουν τις δυνατότητες των GHP που συνδέονται με BTES στις Ηνωμένες Πολιτείες.
www.worldenergynews.gr
