Czy stawy i jeziora mogą stanowić fragment nowoczesnej, niskoemisyjnej energetyki, np. wspomagać dogrzewanie i schładzanie budynków? Najnowsze studia dowodzą, że w przypadku pewnych polskich jezior odpowiedź brzmi: owszem. Aczkolwiek pod pewnymi zastrzeżeniami.
W dyskusji na temat energii zazwyczaj mówi się o potężnych podmiotach ją wytwarzających, takich jak elektrownie, farmy wiatrowe, systemy fotowoltaiczne czy źródła geotermalne. Rzadziej poświęca się uwagę zasobom, które są w pobliżu i od dawna współtworzą codzienne otoczenie. Do takich zasobów zaliczają się jeziora. Nie chodzi tu o gorącą wodę geotermalną, lecz o możliwość spożytkowania relatywnie stałej temperatury wody, szczególnie w głębszych warstwach, do wspierania ogrzewania i klimatyzacji budynków.
Taką możliwość opisują twórcy artykułu opublikowanego w periodyku Resources (doi: 10.3390/resources15020027), którego autorami są naukowcy z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – PIB, Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy oraz Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Autorami pracy są eksperci w obszarze klimatologii, hydrologii, geografii oraz praktycznego podejścia do energetyki.
Użycie energii z jeziora zazwyczaj zachodzi za sprawą pompy ciepła, współpracującej z wymiennikiem zagłębionym w wodzie albo z systemem pobierającym wodę ze zbiornika. Pompa ciepła działa analogicznie jak chłodziarka, tylko w odwrotnym kierunku: nie eliminuje ciepła z wnętrza urządzenia, lecz pobiera je z otoczenia i przekazuje do instalacji cieplnej budynku. Krążący w systemie chłodny czynnik roboczy ociepla się w kontakcie z zimną wodą z jeziora, następnie jest sprężany, co skutkuje wzrostem jego temperatury. Dzięki temu może oddać ciepło cieczy krążącej w systemie grzewczym. Następnie jest ponownie rozprężany i w ten sposób schładzany, by pobrać następną porcję ciepła z wody jeziornej. Latem ten sam mechanizm można odwrócić i użyć do chłodzenia, oddając nadmiar ciepła z budynku do jeziora. Należy podkreślić, że ciecz z jeziora nie jest tu paliwem, lecz źródłem ciepła w zimie i potencjalnym odbiornikiem ciepła w lecie.
Badacze zanalizowali dziewięć jezior z północnej Polski, używając danych pomiarowych z lat 2007–2024. Były to jeziora odmienne pod względem rozmiaru, głębokości i położenia, co umożliwiło porównanie ich potencjału. W każdym z nich kluczowe było zlokalizowanie obszarów, które zachowują w ciągu roku najstabilniejszą temperaturę. Największy potencjał posiadają zbiorniki warstwowe, czyli takie, w których w okresie letnim tworzą się wyraźne warstwy o zróżnicowanej temperaturze. Przy powierzchni woda jest cieplejsza i silniej reaguje na warunki atmosferyczne. Głębiej znajduje się strefa przejściowa, a jeszcze niżej warstwa chłodna, znacznie bardziej stabilna termicznie. To właśnie ona ma największe znaczenie, jeśli rozważa się wykorzystanie jeziora jako źródła energii dla pomp ciepła albo jako naturalnego zapasu chłodu.
Najbardziej stabilnym pod względem termicznym obszarem jest zazwyczaj warstwa usytuowana od około 15 metrów głębokości do dna. Właśnie tam temperatura zmienia się najmniej. Przeciętnie wynosi około 6,7 st. C, a różnice między badanymi jeziorami nie są w tym zakresie szczególnie duże. Taka temperatura jest idealna dla nowoczesnych systemów energetycznych.
Badacze od początku starali się umieścić swoje wyliczenia w realiach środowiskowych. Obliczyli, ile energii termicznej dałoby się hipotetycznie uzyskać z tej głębokiej warstwy cieczy, przyjmując ostrożnie, że nie należy jej ochładzać poniżej 4 st. C. To istotna bariera, ponieważ właśnie przy tej temperaturze woda uzyskuje największą gęstość. Obniżanie jej bardziej mogłoby oznaczać większą ingerencję w naturalne uwarunkowania funkcjonowania jeziora. Należy pamiętać, że akwen nie jest zbiornikiem technicznym, lecz skomplikowanym ekosystemem. Każde wykorzystanie jego zasobów musi uwzględniać nie tylko korzyści energetyczne, lecz również wpływ na środowisko.
Przy obniżeniu temperatury głębokiej warstwy zaledwie 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, jednak nadal bez przekraczania granicy 4 st. C, wartości rosły od około 635 MWh do ponad 101 tys. MWh. Największy potencjał w tym aspekcie zademonstrowało Jezioro Powidzkie, które dysponuje największą objętością chłodnej, głębokiej warstwy wody.
Naukowcy stanowczo zaznaczają, że piszą o zasobach teoretycznych. Pomiędzy oszacowaniem a realnym wprowadzeniem stoi jeszcze sporo pytań odnośnie technologii, kosztów, oddalenia od odbiorców energii, regulacji oraz ochrony natury. Nie każde jezioro powinno i nie każde może być wykorzystywane w ten sposób – podkreślają. Niezbędne są odrębne analizy lokalne, ogarniające zarówno zagadnienia techniczne, jak i przyrodnicze. Mimo to waga badań jest spora. Po pierwsze, porządkują one dyskusję i prezentują 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, w szczególności tam, gdzie znajdują się w pobliżu zabudowy mieszkaniowej, obiektów użyteczności publicznej albo infrastruktury turystycznej.
Wraz ze zwyżką temperatur i częstszymi falami gorąca rośnie waga nie tylko ogrzewania, ale też chłodzenia budynków. To już nie tylko kwestia wygody, lecz coraz częściej również zdrowia i bezpieczeństwa. Jeziora mogą więc być rozważane również jako źródło chłodu w sezonie letnim. Taki tok rozumowania dobrze odpowiada współczesnym potrzebom: system energetyczny ma dzisiaj nie tylko dostarczać ciepło zimą, ale również redukować skutki przegrzewania się miast latem. (PAP)
kmp/ zan/