Czy przydomowy magazyn energii z Chojnic zrewolucjonizuje nasze myślenie o samowystarczalności energetycznej?

Wraz z systematycznym przechodzeniem na odnawialne źródła zaczynamy myśleć o energii w inny sposób niż dotychczas. Sama rezygnacja z energii pochodzącej z paliw kopalnych i wykorzystanie wiatru czy słońca nie załatwia jednak sprawy. Coraz częściej w dyskusji pojawiają się pojęcia, które stają się kluczowe dla budowy nowych, samowystarczalnych systemów energetycznych: oszczędzanie energii oraz magazynowanie energii. O ile samo oszczędzanie energii nie wymaga większego uzasadnienia, tak magazynowanie jej – zarówno przemysłowo, jak i na poziomie pojedynczych domów czy innych elementów infrastruktury – staje się równie ważne, co jej wytwarzanie. Pojęcie „magazynów energii” nie jest bynajmniej nowe, a na całym świecie trwają eksperymenty i próby mające na celu usprawnienie ich i zoptymalizowanie do przeróżnych potrzeb. Terraen, niewielka firma z Chojnic, również uczestniczy w tych pracach. Nieco inne podejście do tematu może sprawić, że całkowicie samowystarczalne i ekologiczne magazyny zaproponowane przez Terraen pozwolą odzyskiwać energię w przypadku domów jednorodzinnych i nie tylko.

Pomysł prosty i efektywny

– Terraen to taka nasza spółka stowarzyszona – opowiada Krzysztof Kosiorek-Sobolewski, prezes zarządu firmy Zremb Chojnice. Opowiada, że wzięła się z doświadczeń kilku osób, a jej pierwszy projekt został już formalnie zgłoszony do Urzędu Patentowego. Choć proces jeszcze trwa, to Kosiorek-Sobolewski szacuje szanse na uzyskanie patentu na „bliskie 100 procent”. A to dlatego, że jeszcze nikt nie pomyślał o takim rozwiązaniu magazynu energii.

Pomysł, jaki stoi za magazynem energii Terraen jest prosty. Na tyle prosty, że jeden z naukowców specjalizujących się w termodynamice, z którym konsultowany projekt, siarczyście zaklął w uznaniu.

Na całym świecie trwają eksperymenty z magazynami energii, których podstawowa zasada działania polega na podgrzaniu czegoś wtedy, kiedy produkcja energii jest zbyt duża, a następnie odebraniu tego ciepła wtedy, kiedy produkcja jest zbyt mała. Próby idą w różne strony – zarówno jeśli chodzi o podgrzewane substancje, jak i skalę samych magazynów. Zasada działania magazynu energii Terraen jest dokładnie taka sama. Innowacją, na którą nikt wcześniej nie wpadł, jest jednak wykorzystanie energii naddatkowej do ogrzewania jego ścian, co pozwala redukować straty ciepła.

Pojęcie „magazyn energii” jest jednak bardzo pojemne i może oznaczać bardzo różne rozwiązania. Terraen – jak sama nazwa wskazuje – skupia się na ziemi. Magazyn powstaje poprzez wykopanie w ziemi odpowiednio dużej dziury i wkopanie do niej ścianek i podłogi magazynu. Tak powstały i zabezpieczony otwór jest następnie zasypywany tą samą ziemią, która została wykopana. Ta właśnie gleba, oddzielona od otoczenia ściankami i dnem, jest następnie podgrzewana przez pewien okres, kiedy energii z odnawialnego źródła jest wystarczająco dużo. W tym projekcie jest jednak kilka detali, które sprawiają, że jest wyjątkowy.

Prototypy i wnioski

Pierwszy, prototypowy magazyn energii Terraen powstał w okolicach Chojnic, pod lasem. Został skonstruowany na podstawie teoretycznych wyliczeń i spełnił pokładane nadzieje. Kolejne dwa prototypy były już mniej prowizoryczne. Posłużyły one do wyciągnięcia kolejnych wniosków i dokonania następnych korekt.

– Po tych doświadczeniach doszliśmy do kolejnego magazynu, który jest ulokowany w Zrembie – mówi Krzysztof Kosiorek-Sobolewski. – Zaczęliśmy go napełniać na początku tego roku grzewczego, jest obecnie napełniony mniej więcej w około 60%. Postawiliśmy go przed malarnią i to do niej będzie oddawał ciepło. Wciąż się na nim uczymy.

Kolejny magazyn powstaje przy budowanym domu jednorodzinnym. Na tych dwóch ostatnich skupia się teraz uwaga twórców, bo one dadzą najwięcej odpowiedzi. Na ich podstawie Krzysztof Kosiorek-Sobolewski opisuje dokładnie sposób ich działania.

– Nie jest sztuką wykopać dół, zrobić jakąś izolację, położyć przewody z glikolem i nagrzać ziemię. Sztuką jest umiejętne gospodarowanie zgromadzonym ciepłem i zoptymalizowanie strat zmagazynowanego ciepła – zaznacza. To właśnie stało się punktem wyjścia dla Terraen.

Ciepło tkwi w szczegółach

Jak już wiemy, wszystko zaczyna się od wykopania dołu. W nim umieszczone zostają modułowo ściany wewnętrzne magazynu, w których znajdują się przewody z substancją przenoszącą ciepło. Są one ocieplane energią pochodzącą z kolektora słonecznego, w ten sposób podgrzewana jest ziemia znajdująca się w magazynie. Im bardziej jest ciepła, tym więcej energii zostało w nim zmagazynowane. Ale wyzwaniem jest utrzymanie wysokiej temperatury tak skonstruowanej baterii ziemnej. W tym pomagają ściany zewnętrzne magazynu, izolujące od ziemi niepodgrzewanej, które – w odróżnieniu od projektów innych firm z całego świata – również wyposażone są w przewody z substancja przenoszącą ciepło i za ich pośrednictwem są podgrzewane. Sęk jednak w tym, że do podgrzewania ścian zewnętrznych, które siłą rzeczy przez styk z zimną glebą będą wychładzały się szybciej, wykorzystywana jest energia, która w innym wypadku zwyczajnie by się zmarnowała.

– Ogrzewanie tego magazynu zaczyna się mniej więcej w kwietniu. Ziemia, która jest bezpośrednio pod powierzchnią ma wtedy temperaturę 6-7 stopni. Ogrzewana przez kolektor słoneczny ciecz krąży i ogrzewa magazyn. Do sierpnia przy odpowiedniej wielkości kolektora słonecznego ogrzejemy magazyn do 90 stopni – opisuje Krzysztof Kosiorek-Sobolewski.

Wyliczenia pokazują, że w międzyczasie w przypadku domu jednorodzinnego energii wytwarzane jest na tyle dużo, że da się nie tylko zmagazynować ją, ale i ogrzać wodę użytkową.

– Od kwietnia nie musimy się ogrzewać, a nawet gdybyśmy musieli, to trochę energii możemy też skierować bezpośrednio do systemu grzewczego. Warunek jest jeden – w budynku musi funkcjonować ogrzewanie podłogowe lub inny niskotemperaturowy system grzewczy. One są najbardziej efektywne w wykorzystywaniu takiej energii – wyjaśnia prezes Zrembu.

Idźmy zatem dalej na osi czasu. W ciągu wiosny i lata produkcja energii jest na tyle duża, że wystarcza do napełniania magazynu oraz na podstawowe potrzeby domu jednorodzinnego. Kiedy jesienią pojawiają się chłody, magazyn zaczyna zgromadzoną energię oddawać. Przy stosunkowo niewielkim zużyciu wody użytkowej w domu, magazyn Terraen o powierzchni 150 metrów sześciennych powinien według szacunków być w stanie dostarczyć energię na potrzeby energooszczędnego domu o powierzchni 150 metrów kwadratowych na cały okres zimowy.

W tym miejscu z pomocą przychodzi wspomniane wcześniej ogrzewanie ścian zewnętrznych magazynu energią, która w innym przypadku zostałaby zmarnowana. Skąd ona się bierze?

– Jeśli magazyn ma temperaturę np. 60 stopni, a w godzinach popołudniowych słońce nie świeci już tak mocno i mamy w kolektorach słonecznych temperaturę 40-50 stopni, to gdybyśmy puścili ją bezpośrednio na magazyn, to by się schładzał. Dlatego to 40-50 stopni puszczamy w ściany zewnętrzne magazynu – tłumaczy Kosiorek-Sobolewski.

Taka optymalizacja umożliwia lepsze wykorzystanie możliwości kolektora słonecznego i skuteczniejsze utrzymanie temperatury w magazynie, a tym samym efektywniejsze gromadzenie energii.

Weryfikacja przed nami

Krzysztof Kosiorek-Sobolewski zdaje sobie sprawę, że obliczenia to jedno, a rzeczywistość to drugie. Dlatego powstało już kilka prototypów magazynów, ale lada moment stanie też pierwszy dom z magazynem energii, który będzie dostarczał wartościowych danych.

– W tym roku powstanie wzorcowy dom, gdzie będzie mieszkał ktoś, kto będzie czerpał energię z magazynu do ogrzewania wody użytkowej i samego budynku – tłumaczy prezes Zrembu. Dodaje, że docelowo wszystkie podstawowe dane z tego eksperymentu na żywym organizmie będą dostępne w czasie rzeczywistym na stronie internetowej Terraen.

Rzeczywistość może okazać się jednak inna od obliczeń, ale bardziej prawdopodobne jest to, że wyjdzie to na plus. Terraen ma już także takie doświadczenia.

– We wstępnych założeniach zakładaliśmy, że od listopada do końca lutego w ogóle nie dostaniemy żadnego gigadżula energii ze słońca. Ale zeszły rok nas zaskoczył i to bardzo pozytywnie. Pokazał, że kolektory łapią trochę energii nawet w pochmurne dni. Tym naddatkowym ciepłem chronimy magazyn poprzez podgrzewanie ścian i powierzchni bezpośredniego styku, żeby zmniejszyć różnicę temperatur między ziemią i magazynem – opowiada nasz rozmówca.

Dla domów, szklarni i Arabów

Rozwiązanie Terraen było projektowane z myślą o potrzebach domów jednorodzinnych czy szklarni. Krzysztof Kosiorek-Sobolewski mówi, że na komercjalizację przyjdzie jeszcze czas, bo twórcy chcą jeszcze trochę poeksperymentować i dopracować rozwiązanie. Czynnikiem, który obecnie wpływa na funkcjonowanie magazynów energii jest na przykład gleba, w jakiej jest umieszczony. Najlepiej sprawdza się glina. Rzadsze ziemie mają znacznie gorsze właściwości. Ale i tutaj twórcy magazynu mają pole do popisu.

– Trzeba jeszcze trochę poeksperymentować z różnymi rodzajami gleby. Chcemy ją zagęścić i wlać nieco wody. Woda jest świetnym materiałem do tego typu eksperymentów, chcielibyśmy pobudować jeszcze kilka różnych próbnych magazynów, żeby finalnie dojść do optymalnego projektu. Zajmie nam to pewnie z rok, dwa. Wtedy możemy myśleć o komercjalizacji – mówi Kosiorek-Sobolewski.

A zainteresowani rozwiązaniem już się odzywają. Mają jednak swoje, inne potrzeby. Potencjalni klienci ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich powiedzieli, że system im się bardzo podoba, ale ze względu na inne uwarunkowania klimatyczne potrzebują, żeby działał w innych interwałach – gromadził energię w dzień, a oddawał w nocy. Jeden z reprezentantów Terraen pojedzie też do Iraku, by tam toczyć rozmowy na temat tego, jak magazyn energii mógłby się sprawdzić. Możliwe, że projekt znajdzie także zastosowanie w przemyśle.

– Odezwała się firma, która zajmuje się produkcją i ma nadwyżki energii, którą chce akumulować, żeby ponownie ją potem wykorzystać. W procesie produkcyjnym musi rozgrzać materiał do około 130 stopni, by później znów go schłodzić. Ta energia idzie w powietrze, a można pomyśleć o jej zmagazynowaniu i ponownym wykorzystaniu. Spróbujemy im zaproponować jakieś rozwiązanie – mówi prezes.

Czy rozwiązanie Terraen odnajdzie się na rynku i pomoże w efektywnym wykorzystaniu energii? Krzysztof Kosiorek-Sobolewski nie chce się rzucać z motyką na słońce. Mówi o konieczności dopracowania produktu, wykonania jeszcze kilku prototypów i sprawdzeniu różnych możliwości, ale jednocześnie widzi potencjał dla zastosowania magazynów zarówno na użytek prywatny, jak i przemysłowy. Czas pokaże, w którą stronę rozwinie się ten pomysł i jaką formę ostatecznie obierze. Pewne jest jednak jedno – odchodząc od energii produkowanej z paliw kopalnych musimy zwracać baczną uwagę na jej magazynowanie i optymalne zarządzanie jej użyciem. Terraen może być ważnym krokiem, by dać taką możliwość właścicielom domów.