Βιωσιμότητα
Η αποθήκευση θερμότητας στο έδαφος θα μπορούσε να λύσει το πρόβλημα αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Απαιτείται Αποθήκευση Ενέργειας Μεγάλων Διαστάσεων
Αυξάνεται η ανάγκη για συστήματα μπαταριών που μπορούν να αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας για αρκετές ώρες ή ημέρες. Αυτό συμβαίνει επειδή η ηλιακή και η αιολική ενέργεια είναι διαλείπουσες και μεταβάλλονται τόσο μέσα στην ημέρα όσο και από ημέρα σε ημέρα.
Στα ψυχρά κλίματα η κατάσταση επιδεινώνεται, επειδή η κατανάλωση ενέργειας για τη θέρμανση των κτιρίων αυξάνεται ακριβώς όταν οι θερμοκρασίες είναι ιδιαίτερα χαμηλές. Έτσι, όταν ο ουρανός είναι συννεφιασμένος ή τα φωτοβολταϊκά καλύπτονται από χιόνι, η ζήτηση ενέργειας βρίσκεται στο υψηλότερο επίπεδο.
Η χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου, όπως εκείνων των ηλεκτρικών οχημάτων, δύσκολα μπορεί να αποτελέσει λύση μεγάλης κλίμακας. Είναι υπερβολικά ακριβές, δεν έχουν αρκετά μεγάλη διάρκεια ζωής και απαιτούν πάρα πολλές πρώτες ύλες.
Γι’ αυτό έχουν εξεταστεί πολλές εναλλακτικές χημικές συνθέσεις μπαταριών για αποθήκευση ενέργειας σε κλίμακα δικτύου. Παρουσιάζουμε τις περισσότερες από αυτές στο άρθρο μας «Το μέλλον της αποθήκευσης ενέργειας – Τεχνολογία μπαταριών κοινής ωφέλειας», όπως οι μπαταρίες φωσφορικού σιδήρου λιθίου, ιόντων νατρίου, οξειδοαναγωγικής ροής, σιδήρου-αέρα, τηγμένου μετάλλου, νικελίου-υδρογόνου και νατρίου-θείου.
Όλες αυτές οι μπαταρίες αποθηκεύουν ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρισμού, συνήθως μέσω της οξείδωσης και αναγωγής ενός μετάλλου.
Το πρόβλημα είναι ότι ακόμη και πολύ κοινά μέταλλα, όπως ο σίδηρος ή το αλουμίνιο, απαιτούν εκτεταμένη εξόρυξη. Τι θα γινόταν λοιπόν αν αποθηκεύαμε την ενέργεια σε άλλη μορφή;
Αποθήκευση Θερμότητας
Υπάρχει ένας εντυπωσιακά μεγάλος αριθμός επιλογών για την αποθήκευση ενέργειας χωρίς τη χρήση ηλεκτρισμού ως μέσου αποθήκευσης. Τις εξετάσαμε αναλυτικότερα στο άρθρο «Μη χημικές εναλλακτικές στις μπαταρίες για την ενεργειακή μετάβαση». Σε αυτές περιλαμβάνονται:
- Συμπιεσμένος αέρας.
- Μπαταρίες βαρύτητας (πέτρες, αντλούμενο υδροηλεκτρικό).
- Μπαταρίες θερμότητας.
- Περιστροφικά συστήματα (flywheels).
- Θερμική ηλιακή ενέργεια.
Καθεμία από αυτές τις επιλογές, είτε πρόκειται για μπαταρίες είτε όχι, έχει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η ιδανική λύση αποθήκευσης ενέργειας θα έπρεπε να διαθέτει ορισμένα χαρακτηριστικά:
- Χωρίς ανάγκη για μέταλλα και σπάνια υλικά.
- Αποθήκευση ενέργειας μεγάλης διάρκειας, ιδανικά σε επίπεδο πολλών εβδομάδων ή μηνών.
- Χαμηλό κόστος.
- Εύκολη κλιμάκωση χωρίς περιορισμούς από διαθέσιμες τοποθεσίες ή πόρους.
- Μπορεί να μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρισμό με ελάχιστες απώλειες.
Η αποθήκευση θερμότητας ικανοποιεί τα πρώτα τέσσερα από τα πέντε κριτήρια. Εξετάσαμε ορισμένες πιθανές τεχνολογίες «θερμικών μπαταριών» στο ειδικό άρθρο μας «Οι θερμικές μπαταρίες ωριμάζουν γρήγορα χωρίς να απαιτούν εξόρυξη μετάλλων».
Ωστόσο, ακόμη και αυτές οι λύσεις απαιτούν την κατασκευή υποδομών αποθήκευσης, είτε πρόκειται για γιγαντιαία μονωμένα σιλό γεμάτα άμμο είτε για μπλοκ καθαρού άνθρακα που θερμαίνονται στους 1.500°C.
Ερευνητές του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Κάουνας στη Λιθουανία εξετάζουν τώρα μια άλλη δυνατότητα: την αποθήκευση ενέργειας απευθείας στο έδαφος κάτω από τα κτίρια, χωρίς να απαιτείται πρόσθετη κατασκευή.
Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους σε ειδικό τεύχος του περιοδικού Sustainability1 με τίτλο «Διερεύνηση της αύξησης της ενεργειακής απόδοσης κτιρίων με χρήση του υπεδάφους για θερμική αποθήκευση».
Θερμική Ικανότητα του Εδάφους
Επειδή το έδαφος περιέχει μείγμα ορυκτών και νερού, συνήθως διαθέτει μεγάλη θερμική μάζα, δηλαδή μπορεί να συγκρατεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας ως θερμότητα ανά μονάδα όγκου ή μάζας. Οι θερμικές μεταβολές του εδάφους καθορίζονται από χαρακτηριστικά όπως η φυσική δομή, η περιεκτικότητα σε οργανική ύλη, η υφή και η ορυκτολογική σύνθεσή του.
Γι’ αυτό, κάτω από ένα ορισμένο βάθος —συνήθως 2-3 μέτρα— το έδαφος διατηρεί πιο σταθερή θερμοκρασία, η οποία αντανακλά την ετήσια μέση θερμοκρασία της περιοχής.
Πηγή: MDPI
Αυτή την αρχή αξιοποιούν οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, οι οποίες χρησιμοποιούν τον θερινό θερμό αποθηκευμένο στο έδαφος για να θερμαίνουν κατοικίες τον χειμώνα, αντί να αντλούν θερμότητα από τον πολύ ψυχρότερο επιφανειακό αέρα. Το σύστημα μπορεί να λειτουργήσει και αντίστροφα σε θερμά κλίματα, όπου το έδαφος παραμένει ψυχρότερο από τον αέρα κατά τη διάρκεια της ημέρας και του καλοκαιριού. Οι ίδιες αρχές εφαρμόζονται και στα γεωθερμικά θερμοκήπια.
Μέτρηση Θερμικής Διάχυσης
Πειραματική Διάταξη
Έχουν πραγματοποιηθεί λίγες δοκιμές που να αναλύουν τη θερμική διάχυση σε πολλαπλά στρώματα εδάφους και να τη μετρούν σε όλη τη διάρκεια του έτους, ώστε να αξιολογηθεί σωστά η πρακτική χρήση του εδάφους ως θερμικής μπαταρίας.
Οι ερευνητές δημιούργησαν μια πειραματική διάταξη με πολλαπλές μετρήσεις σε διαφορετικά βάθη. Πρόσθεσαν μια ηλεκτρική αντίσταση και στη συνέχεια μέτρησαν τη διάχυση της θερμότητας. Το πείραμα για τη διάχυση θερμότητας στο έδαφος άρχισε τον Δεκέμβριο και ολοκληρώθηκε τον Ιούλιο.
Πηγή: MDPI
Οι πειραματικές μετρήσεις συγκρίθηκαν με ψηφιακή προσομοίωση της διάχυσης θερμότητας στο έδαφος. Τα αποτελέσματα ήταν παρόμοια, επιβεβαιώνοντας την εγκυρότητα της προσομοίωσης.
Πηγή: MDPI
“Οι ετήσιες μετρήσεις αποκάλυψαν φυσικά εποχικά μοτίβα στη θερμοκρασία του εδάφους και μας επέτρεψαν να εντοπίσουμε αρκετές τάσεις. Διαπιστώσαμε ότι ακόμη και η παθητική χρήση ενός απομονωμένου όγκου εδάφους κάτω από ένα κτίριο μπορεί να μειώσει τις απώλειες θερμότητας και να αυξήσει την ενεργειακή του αποδοτικότητα.”
Αποθήκευση Ενέργειας με Νερό
Οι ερευνητές γνώριζαν ήδη ότι η περιεκτικότητα του εδάφους σε νερό και οι θύλακες αέρα επηρεάζουν σημαντικά την ταχύτητα θερμικής διάχυσης και τη θερμική του μάζα. Όσο αυξάνεται το βάθος, αυξάνεται και ο χρόνος συσσώρευσης, επιτρέποντας στο έδαφος να αποθηκεύει θερμότητα πιο αργά και για μεγαλύτερο διάστημα.
Η κίνηση του νερού αποδείχθηκε επίσης βασικός παράγοντας για τη διάχυση της θερμότητας, καθώς το νερό μπορεί να μεταφέρει θερμότητα τόσο μεταξύ των στρωμάτων του εδάφους όσο και οριζόντια.
Σε μία δοκιμή, το έδαφος θερμάνθηκε μέχρι να αρχίσει να εξατμίζεται η υγρασία, προκαλώντας αλλαγή φάσης κατά την οποία το υγρό νερό μετατρέπεται σε ατμό. Αυτή η αλλαγή φάσης απορροφά σημαντική ποσότητα θερμότητας, αυξάνοντας τη συνολική ικανότητα του εδάφους να συγκρατεί θερμότητα και μεταβάλλοντας παράλληλα τον τρόπο κατανομής της.
“Η αλλαγή φάσης μπορεί να είναι ένας αποδοτικός τρόπος αποθήκευσης θερμότητας. Σημαντικά υψηλότερες ποσότητες ενέργειας μπορούν να φορτωθούν στο έδαφος.
Καθώς ο ατμός διασχίζει το έδαφος, διανέμει τη θερμότητα σε ευρύτερη περιοχή. «Παρατηρήσαμε μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας όπου έφτανε η ροή ατμού. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια κινείται και μπορεί να ελεγχθεί.»
Πρακτικές Εφαρμογές
Μετατροπή Κάθε Οικοπέδου σε Μπαταρία
Καθώς κάθε κτίριο καταλαμβάνει σημαντική επιφάνεια, η αξιοποίηση του εδάφους τόσο για δομική στήριξη όσο και για αποθήκευση θερμότητας δεν θα απαιτούσε μεγάλη πρόσθετη προσπάθεια, ιδίως στα νέα κτίρια, όπου ο εναλλάκτης θερμότητας μπορεί να εγκατασταθεί κατά την κατασκευή των θεμελίων.
Το ίδιο ισχύει για μεγάλες κατασκευασμένες επιφάνειες από σκυρόδεμα ή άσφαλτο.
“Ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξισορρόπηση των δικτύων οικιστικής θέρμανσης ή να μειώσει το άγχος κατά τις υπερφορτώσεις του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι επίσης δυνατόν να εγκατασταθούν θερμικοί συσσωρευτές για ατομική χρήση – κάτω από κατοικίες, δρόμους ή χώρους στάθμευσης.”
Η ιδέα είναι να χρησιμοποιείται η πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια τις ηλιόλουστες ώρες και ημέρες ή τις ημέρες με ισχυρό άνεμο για να θερμαίνεται το έδαφος σαν μια γιγαντιαία θερμική μπαταρία. Η μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας απαιτείται στην αρχή, για τη θέρμανση του γύρω εδάφους.
Στην πειραματική διάταξη χρειάστηκε περίπου μία εβδομάδα συνεχούς ροής θερμότητας για να επιτευχθεί σταθερή ισορροπία, πέρα από την οποία η πρόσθετη θερμότητα θα διαχεόταν έξω από το έδαφος.
Αποκεντρωμένα δίκτυα και θερμότητα
Ένα βασικό πλεονέκτημα της τεχνολογίας είναι ότι μπορεί να αξιοποιήσει εύκολα τον αποκεντρωμένο χαρακτήρα της ηλιακής παραγωγής, τόσο σε αγροτικές όσο και σε αστικές περιοχές.
Αυτό μπορεί να προκαλέσει προβλήματα, καθώς το δίκτυο δεν σχεδιάστηκε για να μεταφέρει έντονα μεταβαλλόμενα φορτία μέσα στην ημέρα σε σημεία που παλαιότερα ήταν σχετικά σταθερά ως προς την κατανάλωση. Τα πάρκα μπαταριών δεν λύνουν πλήρως το πρόβλημα, επειδή το ηλεκτρικό δίκτυο εξακολουθεί να χρειάζεται αναβάθμιση για την τροφοδοσία τους.
Αντίθετα, η πλεονάζουσα ηλιακή παραγωγή ενός κτιρίου θα μπορούσε να μετατρέπεται τοπικά σε θερμότητα, να αποθηκεύεται στο έδαφος και να επαναχρησιμοποιείται τη νύχτα ή έπειτα από αρκετές ημέρες για θέρμανση. Έτσι, το τοπικό δίκτυο δεν υπερφορτώνεται τις ώρες με τη μεγαλύτερη ηλιοφάνεια.
Η ίδια προσέγγιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κάποιο βαθμό και για ψύξη, καθώς το έδαφος μπορεί να αποθηκεύει τόσο ψύχος όσο και θερμότητα.
Περαιτέρω Έρευνα
Απαιτείται βαθύτερη οικονομική αξιολόγηση του συστήματος, η οποία να συνυπολογίζει το κόστος εξοπλισμού και κατασκευής, την εξοικονόμηση από τις αναβαθμίσεις του δικτύου και το χρονικό διάστημα για το οποίο το έδαφος μπορεί να διατηρεί οικονομικά τη θερμότητα.
Μέχρι στιγμής φαίνεται ότι το σύστημα είναι καταλληλότερο για την εξισορρόπηση της ζήτησης στον ημερήσιο κύκλο ή σε διάστημα λίγων ημερών παρά για αποθήκευση πολλών μηνών ή εποχική εξισορρόπηση.
Πριν από την πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας πρέπει επίσης να διερευνηθεί πώς μπορεί να αξιοποιήσει έτοιμες λύσεις που χρησιμοποιούνται ήδη από τη γεωθερμική βιομηχανία.
“Ο άμεσος στόχος μας είναι να ενσωματώσουμε υπάρχουσες λύσεις, όπως γεώτρηση, πιλότοι και άλλες τεχνολογίες υπόγειας ανταλλαγής θερμότητας, σε ένα σύστημα που μπορεί να ωφελήσει τόσο τη βιομηχανία όσο και τον οικιακό τομέα.”
Επένδυση στην Γεωθερμική Ενέργεια
Ο κλάδος παραμένει σχετικά μικρός σε σύγκριση με άλλες ανανεώσιμες πηγές, αλλά εξελίσσεται γρήγορα τεχνολογικά. Τον αναλύσαμε λεπτομερέστερα στο άρθρο «Γεωθερμική ενέργεια: Μια πράσινη πηγή που αναπτύσσεται ραγδαία».
Αυτό σημαίνει ότι πολλές από τις πιο προηγμένες νεοφυείς επιχειρήσεις του κλάδου παραμένουν ιδιωτικές. Παραδείγματα είναι η Eavor στη γεωθερμία κλειστού βρόχου, η Quaise στην υπερκρίσιμη γεωθερμία και επενδυτικά σχήματα προσβάσιμα μόνο σε διαπιστευμένους επενδυτές, όπως η Baseload Capital.
Σημαίνει επίσης ότι ορισμένες προηγμένες γεωθερμικές εταιρείες, όπως η Iceland Drilling, μπορεί να αποτελούν μικρό τμήμα μιας πολύ μεγαλύτερης εταιρείας γεωτρήσεων πετρελαίου και φυσικού αερίου — στην προκειμένη περίπτωση της Archer Wells (ARCH.OL).
Ωστόσο, ορισμένες εταιρείες είναι εισηγμένες και διαθέσιμες στους ιδιώτες επενδυτές. Μπορείτε να επενδύσετε σε εταιρείες γεωθερμίας μέσω πολλών χρηματιστών και να βρείτε στον ιστότοπό μας τις προτάσεις μας για τους καλύτερους χρηματιστές στις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Αυστραλία, το Ηνωμένο Βασίλειο, καθώς και πολλές άλλες χώρες.
Αν δεν θέλετε να επιλέξετε συγκεκριμένες εταιρείες, μπορείτε επίσης να εξετάσετε ETF όπως το iShares Global Clean Energy ETF (ICLN), το First Trust NASDAQ Clean Edge Green Energy Index Fund (QCLN) ή το ALPS Clean Energy ETF (ACES), ώστε να επωφεληθείτε από την ανάπτυξη του κλάδου της γεωθερμικής ενέργειας.
Γεωθερμικές Εταιρείες
1. Ormat Technologies, Inc.
ORA Διάγραμμα τιμής
Η Ormat είναι ο μεγαλύτερος ιδιοκτήτης και διαχειριστής γεωθερμικών μονάδων στον κόσμο. Διαθέτει περιουσιακά στοιχεία στις ΗΠΑ, την Κένυα, την Ινδονησία, την Κεντρική Αμερική και την Καραϊβική, συνολικής ισχύος 1,5 GW, που αντιστοιχεί στο 10% της παγκόσμιας γεωθερμικής παραγωγικής ικανότητας. Μόνο το 2024 πρόσθεσε 253 MW.
Πηγή: Ormat
Η εταιρεία στοχεύει σε ισχυρή αύξηση της παραγωγικής της ικανότητας και πραγματοποιεί πολλές νέες ερευνητικές γεωτρήσεις, κυρίως στη Νεβάδα, τη Γιούτα και την Καλιφόρνια. Συνολικά, αναμένεται να φτάσει τα 2,6-2,8 GW έως το 2028.
Πηγή: Ormat
Η Ormat εισέρχεται επίσης στην αγορά αποθήκευσης ενέργειας, με 290 MW ήδη σε λειτουργία. Επιπλέον ισχύς αποθήκευσης 385 MW βρίσκεται υπό ανάπτυξη, ενώ το μακροπρόθεσμο δυναμικό φτάνει τα 2,9 GW.
Πηγή: Ormat
Η εταιρεία παρέχει επίσης γεωθερμική τεχνολογία και συμμετέχει με την τεχνογνωσία της στο 74% των έργων δυαδικών μονάδων, οι οποίες μεταφέρουν τη θερμότητα του εδάφους σε άλλο ρευστό. Οι δυαδικές μονάδες αντιπροσωπεύουν το 61% της παγκόσμιας αγοράς γεωθερμίας, πράγμα που σημαίνει ότι η Ormat ελέγχει το 45% της συνολικής αγοράς.
Πηγή: Ormat
Η γεωθερμική ενέργεια είναι σήμερα ένας ταχέως αναπτυσσόμενος κλάδος, ο οποίος όμως παραμένει αρκετά συντηρητικός επειδή οι περισσότερες επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας και βιομηχανικές εταιρείες δεν είναι εξοικειωμένες με την τεχνολογία.
Αυτό τοποθετεί την Ormat σε καλή θέση για να αξιοποιήσει την αυξανόμενη ζήτηση. Είναι ένας από τους πιο καθιερωμένους παίκτες του κλάδου και παρέχει ανανεώσιμη ενέργεια βάσης, κάτι που άλλες πράσινες τεχνολογίες ακόμη δυσκολεύονται να επιτύχουν.
Τελευταία για την Ormat Technologies
Αναφορά Μελέτης:
1. Τάντας Ζντάνκους, Σανντίπ Μπανταρβντάρκαρ, Γιουόζας Βαϊτσούνας, Γκεντμίνας Στελμοκάιτις και Άρνας Βαϊκάιτις (2025). Έρευνα για την Αύξηση της Ενεργειακής Αποδοτικότητας του Κτιρίου με τη Χρήση του Εδάφους Κάτω από Αυτό για Θερμο-Συσσώρευση. Ενσωμάτωση ανανεώσιμης ενέργειας και εφαρμογές σε κτίρια για καθαρές μηδενικές εκπομπές άνθρακα, 2η έκδοση https://doi.org/10.3390/su17010262
