Pod parkiriščem v Trbovljah hranijo toploto za zimo. Bi lahko tako ogrevali tudi mesto?

Ko stojite na parkirišču enega od objektov proizvajalca merilnih sistemov Dewesofta v središču Trbovelj, na prvi pogled ne opazite ničesar nenavadnega.

A pod asfaltno prevleko je zakopan sezonski hranilnik toplote s 55 geosondami (cevmi, napolnjenimi s tekočino), ki segajo približno 30 metrov globoko. Poseben sistem ogrevanja in hlajenja, ki so ga razvili v Dewesoftu, deluje tako, da se poleti vanj shranjuje odvečna toplota iz proizvodnega objekta, ki bi jo običajni hladilni sistemi odvajali v okolico. Pozimi pa to skladiščeno toploto črpajo iz hranilnika in jo uporabijo za ogrevanje stavbe.

“Mislim, da je najbolj impresivno, da stojite na parkirišču, pa ne veste, kaj je spodaj,” pravi Zdenko Savšek, upokojeni inženir, ki je skupaj z ustanoviteljem in največjim lastnikom podjetja Dewesoft Juretom Knezom idejni oče projekta.

Savšek je bil soustanovitelj in dolgoletni tehnični direktor inženirskega biroja Pirnar & Savšek, ki razvija jeklene konstrukcije za težko mehanizacijo, med drugim za Caterpillar. Podjetje je leta 2021 kupil Dewesoft in ga preimenoval v Dewesoft Inspiretech. Zaposleni v teh dveh podjetjih so zdaj tudi izdelali sistem shranjevanja toplote.

Izziv energetske oskrbe Mesta akrobatov

Primarni cilj pa ni bil rešiti vprašanja ogrevanja in hlajenja stavbe v Trbovljah. Vse skupaj se je začelo s projektom tehnološkega parka Mesto akrobatov na Lakonci nad Trbovljami, ki so ga začeli graditi letos. Kompleks naj bi bil na koncu sestavljen iz 14 modulov s skupno površino približno 110 tisoč kvadratnih metrov.

Letni stroški ogrevanja in hlajenja celotnega kompleksa, katerega strehe bodo prekrite s sončnimi elektrarnami, bi ob uporabi klasičnih rešitev po grobih ocenah lahko dosegli pol milijona evrov. V Dewesoftu so zato iskali alternativo, s katero bi zmanjšali stroške in omogočili večjo energetsko neodvisnost kompleksa.

“Zavedali smo se, da bo vprašanje preskrbe za tako velik kompleks zelo pomembno,” pravi direktor Dewesoft Inspiretech Gregor Kisel.

Razvili so sistem z imenom GE4ZERO, ki zdaj že tretje leto deluje na novi Dewesoftovi stavbi v Trbovljah. Referenčni objekt ima 55 geosond, približno 400 kvadratnih metrov sončnih panelov in dve toplotni črpalki z nazivno toplotno močjo po 100 kilovatov.

Še enega so nato postavili v sodelovanju s podjetjem GIC Gradnje, in sicer za njihov novozgrajeni center za trajnostno gradnjo v Rogaški Slatini. Tretjega pa načrtujejo za Mesto akrobatov, kjer je predvidenih 216 geosond.

Kako sistem deluje

Sončna elektrarna proizvaja elektriko za delovanje toplotnih črpalk. Te poleti odvzemajo toploto iz stavbe, jo s tem hladijo. Toplota se po geosondah steka v podzemlje in postopoma širi v okoliško zemljino. Ta se med polnjenjem segreje do približno 55 stopinj Celzija, pravi Kisel.

Pozimi proces poteka v obratni smeri. Toplota se iz zemljine prek cevi in z uporabo obtočnih črpalk vrača v stavbo. Po pojasnilih sogovornika v tej fazi za prenos toplote ni treba uporabljati toplotne črpalke, ki je sicer pozimi praviloma eden večjih porabnikov električne energije. Do konca ogrevalne sezone temperatura zemljine po besedah sogovornika pade na približno 30 stopinj.

Sistem tako ne shranjuje elektrike v baterijah, temveč toploto neposredno v zemljini. Po oceni razvijalcev je takšna rešitev primernejša za sezonsko shranjevanje energije, medtem ko so električne baterije namenjene predvsem shranjevanju za krajše obdobje.

Podzemni hranilnik

Osrednji del sistema je sezonski hranilnik toplote BTES (Borehole Thermal Energy Storage). Sestavlja ga polje geosond, izvrtanih približno 30 metrov globoko v zemljino in povezanih s plastičnimi cevmi, po katerih kroži tekočina. Hranilnik ima premer okoli 20 metrov.

Kot pove Kisel, sistema ni mogoče načrtovati brez predhodnih raziskav tal. Ključni sta toplotna prevodnost zemljine in njena sposobnost akumuliranja toplote, preveriti pa je treba tudi prisotnost podzemne vode, saj lahko njeno gibanje zmanjša temperaturo v hranilniku.

Na podlagi geoloških podatkov in toplotnih potreb stavbe se izračunajo globina, število in medsebojna razdalja geosond ter potrebna prostornina hranilnika.

Kisel pri tem poudarja, da se sistem razlikuje od običajnega izkoriščanja geotermalne energije: medtem ko pri klasični geosondi toploto odvzemajo iz tal, pri sezonskem hranilniku zemljina deluje kot akumulator, v katerega toploto poleti dovajajo in jo pozimi črpajo.

Mi shranimo 25 jabolk, do zime pa jih zdrži 10. A poleti so jabolka zelo lahko dostopna, mi pa jih želimo imeti tudi pozimi.

Zdenko Savšek, idejni vodja projekta GE4ZERO

Toplotne izgube

Pri sezonskem shranjevanju se del toplote izgubi, vendar po besedah sogovornikov to ni problem, ker je njena proizvodnja poceni.

“Če je sistem pravilno dimenzioniran, moramo poleti proizvesti približno dvakrat več toplote, kot je potrebujemo pozimi. Približno polovica toplote se namreč med shranjevanjem izgubi. Ključno pa je, da jo proizvajamo v obdobjih, ko imamo presežke elektrike iz sonca in je ta poceni,” pojasnjuje Kisel.

Savšek to ponazori s prispodobo ozimnice: “Mi shranimo 25 jabolk, do zime pa jih zdrži 10. A poleti so jabolka zelo lahko dostopna, mi pa jih želimo imeti tudi pozimi.”

Pri dimenzioniranju hranilnika je zato treba natančno poznati zimske potrebe po toploti. Referenčni objekt v Trbovljah letno potrebuje 80 MWh toplote, zato jo morajo za pokritje potreb proizvesti približno 160 MWh.

Obstoječe tehnologije, nova povezava

Razvoj sistema je potekal približno leto dni. “Zdaj pa nadaljujemo z nadgradnjami,” pravi Kisel in poudari, da so uporabili že znane tehnologije, kot so geosonde, toplotne črpalke in sončne elektrarne. Novost pa je njihova povezava v sistem sezonskega shranjevanja toplote.

Poleg tega so s sodelavci v Dewesoftu naredili digitalnega dvojčka – gre za digitalni sistem, ki omogoča natančne meritve. Spremlja temperature v zemljini, pretoke, temperaturne razlike in količino shranjene toplote. Senzorji omogočajo spremljanje delovanja v realnem času in prilagajanje sistema dejanskim razmeram.

Investicija se lahko povrne v petih letih

Investicija v referenčni sistem v Trbovljah je po navedbah razvijalcev znašala približno 210 tisoč evrov. Ocenjujejo, da bi se lahko naložba povrnila v petih do sedmih letih.

Končni rezultat je odvisen od porabe energije, cen elektrike, nastavljenih temperatur v prostorih in učinkovitosti posameznih naprav.

Izračuni so okvirni tudi, ker sistem sproti optimizirajo, pravi Kisel. Med drugim razmišljajo o dodajanju baterij, ki bi omogočile shranjevanje elektrike ob presežkih in s tem podaljšale čas polnjenja toplotnega hranilnika.

Podzemni hranilnik po vgradnji po navedbah sogovornika ne potrebuje rednega vzdrževanja, medtem ko ga potrebujejo toplotne črpalke, obtočne črpalke in sončna elektrarna.

Naš cilj je, da znane tehnologije povežemo na način, ki omogoča sezonsko shranjevanje toplote za več mesecev. To je lahko pomemben del zelenega prehoda, zlasti pri večjih stavbah in naseljih.

Gregor Kisel, direktor Dewesoft Inspiretech

Bi lahko ogrevali in hladili mesto?

V Dewesoftu menijo, da bi sistem lahko uporabili tudi pri večjih javnih stavbah in za daljinsko ogrevanje. Kot pravijo, se pogovarjajo s trboveljsko občino, a za zdaj še ni jasno, ali bi sistem na tako velikem obsegu lahko deloval.

V Zasavju, kjer v času opuščanja premogovniške dejavnosti in težke industrije iščejo nove razvojne usmeritve, bi lahko sezonsko shranjevanje toplote pomagalo pri učinkovitejši uporabi presežne energije in zmanjšanju porabe fosilnih goriv, meni Kisel.

“Naš cilj je, da znane tehnologije povežemo na način, ki omogoča sezonsko shranjevanje toplote za več mesecev. To je lahko pomemben del zelenega prehoda, zlasti pri večjih stavbah in naseljih,” poudari.

Zaradi velikosti hranilnika in stroškov vrtanja sistem po njihovih ocenah ni najbolj smiseln za posamezno enodružinsko hišo. Kot primernejše Kisel navaja večje objekte in komplekse, pri katerih je mogoče stroške razdeliti na večjo površino. Kot orientacijsko mejo omenjajo približno 2.000 do 2.500 kvadratnih metrov, vendar je dejanska ekonomska upravičenost odvisna od posameznega projekta, sklene.