Μία ερευνήτρια έχει υπολογίσει τη μέγιστη ποσότητα γεωθερμικής ενέργειας που θα μπορούσε θεωρητικά να εξαχθεί χρησιμοποιώντας αντλίες θερμότητας εδάφους στα καντόνια του Βω και της Γενεύης. Σε μια μελέτη που συνδυάζει δεδομένα σχετικά με την διαθέσιμη περιοχή για τέτοια συστήματα με τεχνικές μοντελοποίησης υπολογιστών, βρήκε έντονες διαφορές μεταξύ του δυναμικού της γεωθερμικής ενέργειας σε αστικές και αγροτικές περιοχές.
Η Ελβετία είναι μια από τις χώρες της Ευρώπης που βασίζεται περισσότερο στη γεωθερμική ενέργεια για θέρμανση των κατοικιών της. Μια μελέτη που διεξήχθη από το Ομοσπονδιακό Γραφείο Ενέργειας της Ελβετίας το 2019 διαπίστωσε ότι η χώρα διαθέτει 101.600 αντλίες θερμότητας εδάφους (GSHPs), την «υψηλότερη συγκέντρωση ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο στον κόσμο». Πολλές από αυτές τις αντλίες είναι εγκατεστημένες σε βάθη έως 400 μέτρα και χρησιμοποιούν ένα σύστημα κάθετου κλειστού βρόχου (Κοινώς σωλήνας) για την αποστολή της θερμότητας στην επιφάνεια.
Το πλεονέκτημα των GSHPs είναι ότι έχουν μικρή αρνητική επίδραση στο περιβάλλον. Μπορούν να θερμάνουν σπίτια και κτίρια όλο το χρόνο, καθώς η γεωθερμική ενέργεια είναι μια σταθερή πηγή θερμότητας. Και προσφέρουν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση για τον άνθρακα στον τομέα της θέρμανσης. Στην Ελβετία, τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης κτιρίων αντιπροσωπεύουν το ένα τρίτο της συνολικής ζήτησης ενέργειας, ενώ το 75% της ενέργειας της χώρας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα, όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο.
Μια πεπερασμένη πηγή ενέργειας
Το 2017, ο Doris Leuthard, τότε πρόεδρος της Ελβετικής Συνομοσπονδίας, χαρακτήρισε τη γεωθερμική ενέργεια «απίστευτη πηγή ενέργειας», αλλά προειδοποίησε ότι δεν είναι άπειρη. Πρέπει να εξαχθεί σύμφωνα με συγκεκριμένους κανόνες. Για παράδειγμα, οι εναλλάκτες θερμότητας γεωτρήσεων (borehole heat exchangers) που χρησιμοποιούνται στα GSHPs πρέπει να εγκατασταθούν σε μια συγκεκριμένη απόσταση για να αποφευχθούν οι θερμικές παρεμβολές (είναι κάτι σαν βραχυκύκλωμα στον τομέα των ηλεκτρονικών) ώστε να αποφευχθεί η ψύξη της γης. «Το υγρό μεταφοράς θερμότητας απορροφά τη θερμότητα που υπάρχει στο έδαφος», λέει η Alina Walch, Ph.D. στο Εργαστήριο Ηλιακής Ενέργειας και Φυσικής Κτιρίων του EPFL. «Εάν πάρα πολλοί από αυτούς τους εναλλάκτες τοποθετηθούν σε ένα μικρό χώρο, τότε το έδαφος θα κρυώσει, κάτι που πρέπει να αποφευχθεί».
Οι θερμικές παρεμβολές είναι ένας από τους παράγοντες που μια ομάδα επιστημόνων, συμπεριλαμβανομένης της Alina Walch, έλαβε υπόψη σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Renewable Energy στις 18 Νοεμβρίου. Υπολόγισαν το τεχνικό δυναμικό των GSHP στα καντόνια του Βω και της Γενεύης. «Το τεχνικό δυναμικό είναι η μέγιστη ποσότητα γεωθερμικής ενέργειας που μπορεί να εξαχθεί από τις αντλίες θερμότητας χρησιμοποιώντας όλη τη διαθέσιμη περιοχή στα δύο καντόνια, υποθέτοντας ότι λειτουργούν τουλάχιστον το 80% της ονομαστικής τους ισχύος», υπογράμμισε η επιστημονική ομάδα.
Οι ερευνητές, στην παρούσα μελέτη υπολόγισαν την διαθέσιμη γεωθερμική ενέργεια στην περιοχή χρησιμοποιώντας τα υπάρχοντα τοπογραφικά δεδομένα στην Ελβετία, εξαιρουμένων των δομημένων περιβαλλόντων και των φυσικών οικοτόπων, όπως τα δάση από τη μελέτη τους. Στη συνέχεια προσομοίωσαν GSHP που εγκαταστάθηκαν σε ολόκληρη την περιοχή με βάση κάποιους συγκεκριμένους παράγοντες, όπως η θερμοκρασία του εδάφους, η θερμική αγωγιμότητα και η θερμική διάχυση. «Ενσωματώσαμε τους διάφορους τεχνικούς περιορισμούς και εκτιμήσαμε τη βέλτιστη απόσταση γεωτρήσεων που και οι δύο θα συμμορφώνονταν με τα πρότυπα εγκατάστασης και θα μεγιστοποιήσουν την εκχυλίσιμη θερμότητας», λέει η Walch.
Πρόβλημα με τις εγκαταστάσεις σε αστικές περιοχές
Αυτή ήταν η πρώτη μελέτη σε τόσο μεγάλη κλίμακα στην Ελβετία που δεν εξετάζει μόνο τη γεωθερμική ικανότητα του εδάφους, αλλά και τους τεχνικούς περιορισμούς των GSHP. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το ετήσιο τεχνικό δυναμικό της περιοχής που μελέτησαν είναι 4,6 TWh, το οποίο αντιστοιχεί στο ένα τρίτο περίπου της συνολικής ζήτησης θέρμανσης στη χώρα. Υπολόγισαν επίσης τη μέγιστη ενεργειακή πυκνότητα που είναι 15,5 kWh/m 2. «Η γεωθερμική ενέργεια έχει περιορισμένες δυνατότητες, για να χρησιμεύσει ως η μοναδική πηγή σε μία μεγάλη γεωγραφική περιοχή. Θα μπορούσε να καλύψει τη ζήτηση σε πολλές προαστιακές και αγροτικές περιοχές, αλλά παρουσιάζει μειωμένη ικανότητα σε αστικά κέντρα με δεκάδες χιλιάδες σπίτια ή και περισσότερο», λέει η Walch. Οι πολεοδόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες στις τεχνικές και οικονομικές μελέτες σκοπιμότητας για την ανάπτυξη του συστήματος GSHP.
Η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι το αθροιστικό εγκατεστημένο βάθος γεωτρήσεων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 2 km ανά εκτάριο προκειμένου να αποφευχθεί η υπερβολική εκμετάλλευση της θερμικής ικανότητας του εδάφους.
Η Walch τονίζει ότι τα ευρήματα τους είναι μόνο θεωρητικά προς το παρόν. Η μελέτη δεν έλαβε υπόψη διάφορα τοπικά φαινόμενα, όπως ποτάμια και υπόγειες ροές υδάτων, τα οποία μπορούν να επηρεάσουν το χρόνο που απαιτείται για να κρυώσει το έδαφος. Επομένως, οι ερευνητές εξηγούν ότι είναι απαραίτητο να τρυπήσετε πρώτα τις οπές για να γίνουν οι αναγκαίες δοκιμές πριν εγκαταστήσετε τους εναλλάκτες θερμότητας γεώτρησης.
Η ομάδα ελπίζει ότι ποσοτικοποιώντας την ικανότητα παραγωγής θερμότητας της ρηχής γεωθερμικής ενέργειας, και επισημαίνοντας τις περιοχές όπου θα απαιτηθούν πρόσθετες πηγές ενέργειας, θα έχει ως θετικό πρόσημο, η εργασία τους να επικαιροποιήσει τις κυβερνητικές στρατηγικές για μείωση χρήσης των ορυκτών καυσίμων στον τομέα της θέρμανσης στην Ελβετία. «Ο απώτερος στόχος μας είναι να διεξάγουμε μελέτες σε εθνικό επίπεδο και να συνδυάζουμε αυτά τα ευρήματα με παρόμοιες έρευνες για άλλους τύπους ανανεώσιμων πηγών ενέργειας», λέει η Walch, η οποία εργάστηκε επίσης σε μια μελέτη για την αξιολόγηση της δυνητικής ηλιακής ενέργειας στην Ελβετία. «Είναι σημαντικό να εκτιμηθεί το τεχνικό δυναμικό ανεξάρτητα από τη ζήτηση θερμότητας. Θα θέλαμε να αξιολογήσουμε την ικανότητα των υβριδικών συστημάτων που συνδυάζουν γεωθερμική και ηλιακή ενέργεια, χρησιμοποιώντας δεδομένα και για τις δύο αυτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας».
