УДК 697.7

Технология ATES (Aquifer Thermal Energy Storage)

Эльканов Мурат Расулович – студент Российского университета дружбы народов им. Патриса Лумумбы

Ягудин Камиль Рамилевич – студент Российского университета дружбы народов им. Патриса Лумумбы

Научный руководитель Шамбина Светлана Львовна – кандидат технических наук, доцент Российского университета дружбы народов им. Патриса Лумумбы

Аннотация: В статье мы рассматриваем особенности, принципы работы и целесообразность использовании технологии ATES в современном мире. Данная технология была разработана относительно недавно, около 20 лет назад. И только начинает внедряться в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Новинка в отличии от своих предшественников ведома идей эко-строительства, так как при возведении и сооружении конструкции минимизируется выбросы, способствующие загрязнению окружающей среды, а также в процессе эксплуатации сооружения используется возобновляемый источник энергии- воду, которая перегоняется из резервуаров в здание и наоборот. Популяризация данной технологии может привезти к значительному сокращению выбросов углекислого газа и экономии ресурсов, используемые в стандартных технологиях отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Ключевые слова: ATES, эко-строительство, отопление, водоносный слой, энергоэффективность.

ATES [2]

ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) – это инновационная геотермальная технология с открытым контуром. Он основан на сезонном хранении холодных или теплых грунтовых вод в водоносном слое. Технология была разработана в Европе более 20 лет назад и сейчас используется более чем на 1000 объектах, в основном в Нидерландах и Скандинавии. Хотя ATES является высокоэффективным и «зеленым», но это не технология возобновляемых источников энергии, поскольку она используется для энергосбережения, а не для производства энергии. Тем не менее, ATES часто используется в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как использование солнечных панелей для нагревания горячей воды и хранения летом, а также с электричеством на солнечной или ветровой энергии для питания механических компонентов системы ATES.

1

Рисунок 1. Схема расположения ATES.

Как это работает ?

ATES требует подходящего водоносного слоя, в которых будут установлены как минимум две термальные скважины. Другие компоненты системы ATES включают теплообменники, транспортные трубопроводы, механические системы и средства управления, необходимые для интеграции системы ATES с системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Применения ATES обычно включает в себя хранение и рекуперацию (возврата) холодной воды, хотя также используется накопление теплой воды, особенно если в летние месяцы имеется избыток тепла от солнечных панели или когенерационной установки (это технологическая система, принцип работы которой позволяет одновременно получать тепловую и электрическую энергии). В холодную зимнюю погоду грунтовые воды можно перекачивать через простой теплообменник, где они охлаждаются и хранятся в специально отведенной «холодильной» части водоносного слоя. Холодные грунтовые воды собираются из «холодильной» части в летние месяцы и используются для охлаждения. После того, как вода была использована для охлаждения, она нагревается и поступает в предназначенную для «теплого хранения» часть водоносного слоя. Цикл повторяется сезонно.

2

Рисунок 2. Процессы работы ATES. Схема поступления горячей воды из резервуара в помещение, и возвращение холодной воды в резервуар.

3

 

Рисунок 3. Процессы работы ATES. Схема поступления холодной воды из резервуара в помещение, и возвращение горячей воды в резервуар.

Насколько это эффективно?

ATES может достигать сезонных значений коэффициента энергоэффективности более 60, что примерно в четыре-шесть раз более эффективно, чем обычные системы отопления и охлаждения.

Система ATES использует естественное отопление и охлаждение, доступное летом и зимой, и сохраняет это тепло в водоносном горизонте до следующего сезона.

Высокая удельная теплоемкость воды и характер потока грунтовых вод в пористой среде делают водоносный горизонт отличной средой для хранения и рекуперации тепла.

4

Рисунок 4. Схема ATES.

Детали

ATES не будет работать на вашем участке, если нет водоносного слоя. Также требуется достаточно большой участок, чтобы было достаточно места как для холодного, так и для теплого резервуаров, поэтому ATES не будет экономически выгодным для большинства жилых или небольших коммерческих объектов.

Из-за глубоких гидрогеологических и инженерных знаний, необходимых для проектирования системы ATES, затраты на проектирование и строительство будут относительно высокими по сравнению с традиционной системой.

Однако недавние проекты ATES в Европе окупаются примерно через пять лет. Расчетный срок службы проекта ATES составляет примерно 30 лет. Поскольку система ATES основана на закачке и отборе грунтовых вод через скважины, необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать геохимических или эксплуатационных воздействий, которые могут засорить скважинные краны.

Подземные воды не подвергаются химическим изменениям в системе ATES, поэтому единственным регулируемым параметром, вызывающим озабоченность, является температура. Соответственно, при проектировании системы ATES следует стремиться к минимизации подземных тепловых воздействий на границе участка.

По сравнению с эталонной системой ATES обеспечивает экономию CO2 около 600 тонн в год, тем самым четко демонстрируя потенциальные экономические и экологические выгоды ATES

Преимущества и недостатки

Самое большое преимущество ATES заключается в том, что он в основном использует возобновляемые источники энергии. Система может работать почти бесконечно с горячей и холодной водой, никогда не потребляя энергию в процессе. Недостатком ATES является то, что инвестиционные затраты высоки. Также должны быть выполнены определенные условия: например, почва должна быть пригодна для системы. Сами здания также должны быть в состоянии поддержать это. Лучше всего вносить необходимые изменения во время строительства. Цель здания также важна: например, ATES менее эффективен для жилых зданий.

Заключение

Технология ATES является весьма перспективным объектом изучениями строительства. Возможность довольно большой промежуток времени использовать один и тот же ресурс, из-за его возобновляемой способности, способно значительно уменьшить траты на сырье. Технология ATES способна обеспечивать экономию CO2 около 600 тонн в год, тем самым четко демонстрируя потенциальные экономические и экологические выгоды ATES. Да, безусловно, технология весьма дорогая, и требует использовать довольно большие пласты территорий. Должны быть выполнены определенные условия: почва должна быть пригодна для системы. Сами здания также должны быть в состоянии поддержать это. Лучше всего вносить необходимые изменения во время строительства. Цель здания также важна: ATES менее эффективен для жилых зданий.

Хоть технология и дорогая, но она способно окупится за 3-5 лет. Это довольно быстро по сравнению с другими технологиями, которые более популярны. ATES способное многое предоставить, но, к сожалению, в странах запада, и тем более в России технология не распространена. Но технологии не стоят на месте и прогресс тоже, поэтому осмелюсь предположить, что все медленными, но верными шагами дойдёт до всего мира.

Список литературы

  1. Блоэмендал М., Олстхорн, Т.О., Бунс Ф. Как добиться оптимального и устойчивого использования недр для хранения тепловой энергии водоносного горизонта. Энергетическая политика. 2014.
  2. Applied Hydrogeology Geothermal Innovation/ ATES. – Aquifer Thermal Energy Storage.
  3. Techno-economic and environmental analysis of an Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) in Germany / Simon Schüppler. – 2019.
  4. Renewable district heating and cooling technologies with and without seasonal storage / Jan Erik Nielsen, Per Alex Sørensen // Renewable Heating and Cooling Technologies and Applications 2016, pp. 197-220.
  5. UTES – Underground Thermal Energy Storage/Encyclopedia of Energy Storage Volume 1, 2022, Pages 382-393 // Alessandro Casasso a, Nicolò Giordano b, Carlo Bianco a, Rajandrea Sethi a
  6. Advances in Thermal Energy Storage Systems (Second Edition) Methods and Applications Wood head Publishing Series in Energy 2021, Pages 699-715/ Thermal energy storage systems for greenhouse technology Author links open overlay panel Halime Ö.Paksoy, Beyza Beyhan.

Интересная статья? Поделись ей с другими: