Czy stawy mogą włączyć się do współczesnej, bezemisyjnej energetyki, na przykład wspierać dogrzewanie i schładzanie budynków? Najnowsze studia dowodzą, że w odniesieniu do niektórych polskich jezior odpowiedź brzmi: tak. Aczkolwiek, z zastrzeżeniami.
W rozmowach o energii najczęściej wspomina się o dużych wytwórcach, takich jak elektrownie, farmy wiatrowe, instalacje fotowoltaiczne czy źródła geotermalne. Rzadziej poświęca się uwagę zasobom, które są dostępne lokalnie i od dawna tworzą fragment powszedniego krajobrazu. Do takich dóbr należą jeziora. Nie chodzi tutaj o gorącą wodę geotermalną, lecz o możliwość użycia relatywnie niezmiennej temperatury wody, szczególnie w głębszych warstwach, do wspierania systemów grzewczych i chłodzących w budynkach.
Tę opcję opisują autorzy publikacji zamieszczonej w periodyku Resources (doi: 10.3390/resources15020027), której twórcami 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 obszarze klimatologii, hydrologii, geografii i praktycznego podejścia do energetyki.
Wykorzystanie energii jeziora realizuje się zwykle przy użyciu pompy ciepła, współdziałającej z wymiennikiem umieszczonym w wodzie lub z układem czerpiącym wodę z jeziora. Pompa ciepła działa analogicznie do lodówki, lecz w przeciwnym kierunku: nie odprowadza ciepła z wnętrza urządzenia, ale pobiera je z otoczenia i przekazuje do instalacji grzewczej budynku. Przepływający w obiegu chłodny czynnik roboczy nagrzewa się w zetknięciu z zimną wodą z jeziora, a następnie podlega sprężeniu, co powoduje wzrost jego temperatury. Dzięki temu jest w stanie oddać ciepło wodzie krążącej w systemie ogrzewania. Następnie jest ponownie rozprężany i w ten sposób ochładzany, aby pobrać następną porcję ciepła z wody w jeziorze. Latem ten sam system może być odwrócony i służyć do chłodzenia, odprowadzając nadmiar ciepła z budynku do jeziora. Trzeba podkreślić, że woda z jeziora nie jest tutaj paliwem, lecz zasobem ciepła zimą i potencjalnym odbiornikiem ciepła latem.
Badacze przeanalizowali dziewięć jezior północnej Polski, wykorzystując dane pomiarowe z lat 2007–2024. Były to jeziora zróżnicowane pod względem rozmiaru, głębokości i lokalizacji, co pozwoliło na porównanie ich możliwości. W każdym z nich najważniejsze było odnalezienie rejonów, które wykazują przez cały rok najbardziej stabilną temperaturę. Największy potencjał wykazują akweny warstwowe, czyli takie, w których latem tworzą się wyraźne strefy o odmiennej temperaturze. Przy powierzchni woda jest cieplejsza i silniej reaguje na warunki pogodowe. Głębiej znajduje się strefa przejściowa, a jeszcze niżej warstwa zimna, znacznie bardziej stabilna termicznie. To właśnie ona odgrywa największą rolę, jeśli rozważa się wykorzystanie jeziora jako źródła energii dla pomp ciepła albo jako naturalnego zasobu chłodu.
Najbardziej termicznie stabilnym obszarem jest na ogół warstwa ulokowana od około 15 metrów głębokości do dna. Właśnie tam temperatura zmienia się najmniej. Przeciętnie wynosi ona 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.
Badacze od początku dążyli do umieszczenia swoich kalkulacji w realiach środowiskowych. Obliczyli, ile energii cieplnej dałoby się teoretycznie pozyskać z tej głębokiej warstwy wody, zakładając ostrożnie, że nie należy jej schładzać poniżej 4 st. C. To ważna granica, bo właśnie przy tej temperaturze woda osiąga największą gęstość. Schodzenie niżej mogłoby oznaczać większą ingerencję w naturalne warunki funkcjonowania jeziora. Trzeba pamiętać, że jezioro nie jest zbiornikiem technicznym, lecz złożonym ekosystemem. Każde wykorzystanie jego zasobów musi uwzględniać nie tylko profity energetyczne, ale również wpływ na naturę.
Przy obniżeniu temperatury głębokiej warstwy jedynie o 1 st. C szacunkowy zasób energii wynosiłby od 254 MWh do ponad 33 tys. MWh, w zależności od jeziora. Przy zmianie o 1,5 st. C było to od 381 MWh do ponad 50 tys. MWh. W wariancie maksymalnym, ale wciąż bez przekraczania granicy 4 st. C, wartości rosły od około 635 MWh do ponad 101 tys. MWh. Największy potencjał pod tym względem ujawniło Jezioro Powidzkie, które charakteryzuje się największą objętością chłodnej, głębokiej warstwy wody.
Naukowcy wyraźnie wskazują, że piszą o zasobach teoretycznych. Pomiędzy oszacowaniem a faktycznym wdrożeniem stoi jeszcze wiele kwestii dotyczących technologii, kosztów, oddalenia od odbiorców energii, regulacji oraz ochrony środowiska. Nie każde jezioro powinno i nie każde może być wykorzystywane w ten sposób – podkreślają. Potrzebne są oddzielne analizy lokalne, obejmujące zarówno aspekty techniczne, jak i przyrodnicze. Pomimo tego znaczenie badań jest istotne. Po pierwsze, porządkują one dyskusję i prezentują konkretne wartości energii. Po drugie, odnoszą się bezpośrednio do polskich realiów. Po trzecie, wskazują, że jeziora mogą być postrzegane jako jeden z elementów lokalnej transformacji energetycznej, szczególnie tam, gdzie znajdują się w pobliżu zabudowy mieszkalnej, budynków publicznych lub infrastruktury turystycznej.
Wraz ze wzrostem temperatur i powtarzającymi się falami upałów wzrasta rola nie tylko ogrzewania, ale również schładzania budynków. To już nie tylko kwestia wygody, ale coraz częściej również zdrowia i bezpieczeństwa. Jeziora mogą więc być rozważane również jako źródło chłodu w okresie letnim. Taki sposób myślenia dobrze odpowiada współczesnym potrzebom: system energetyczny ma dzisiaj nie tylko dostarczać ciepło zimą, ale także ograniczać skutki przegrzewania się miast latem. (PAP)
kmp/ zan/