Czy stawy i jeziora mogą stać się integralną częścią nowoczesnej, niskoemisyjnej gospodarki energetycznej, na przykład wspomagać ogrzewanie oraz chłodzenie obiektów budowlanych? Najnowsze studia badawcze dowodzą, że w odniesieniu do niektórych polskich jezior odpowiedź jest twierdząca. Niemniej jednak, z zachowaniem pewnych zastrzeżeń.
W dyskusji na temat energii zwykle porusza się temat głównych wytwórców, takich jak siłownie, farmy wiatrowe, fotowoltaika lub źródła geotermalne. Rzadziej poświęca się uwagę zasobom, które są w pobliżu i od dawna tworzą część naturalnego otoczenia. Do takich zasobów zaliczają się jeziora. Nie chodzi tu o gorącą wodę geotermalną, lecz o możliwość użycia względnie jednolitej temperatury wody, zwłaszcza w głębszych warstwach, do wspierania ogrzewania oraz chłodzenia budynków.
Tę możliwość opisują autorzy artykułu opublikowanego w magazynie Resources (doi: 10.3390/resources15020027), którego twórcami są badacze z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – PIB, Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego w Bydgoszczy, a także Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu. Twórcy pracy to znawcy w zakresie klimatologii, hydrologii, geografii i realnego myślenia o energetyce.
Wykorzystanie energii jeziora realizuje się przeważnie za pomocą pompy ciepła, współpracującej z wymiennikiem umieszczonym w wodzie lub z systemem pobierającym wodę z jeziora. Pompa ciepła funkcjonuje podobnie jak chłodziarka, lecz w przeciwnym kierunku: nie eliminuje ciepła z wnętrza sprzętu, lecz pozyskuje je z otoczenia i przekazuje do instalacji grzewczej budynku. Krążący w obiegu chłodny czynnik roboczy nagrzewa się w kontakcie z chłodną wodą z jeziora, następnie ulega sprężeniu, w wyniku czego jego temperatura się podnosi. Dzięki temu może oddać ciepło wodzie obiegającej w układzie grzewczym. Później jest z powrotem rozprężany i w ten sposób schładzany, aby zaczerpnąć kolejną porcję ciepła z wody w jeziorze. Latem ten sam system można odwrócić i wykorzystać do chłodzenia, oddając nadmiar ciepła z budynku do jeziora. Warto podkreślić, że woda z jeziora nie jest tutaj paliwem, lecz źródłem ciepła zimą i potencjalnym odbiornikiem ciepła latem.
Badacze przeanalizowali dziewięć jezior północnej Polski, bazując na danych pomiarowych z lat 2007–2024. Były to jeziora zróżnicowane pod względem wielkości, głębokości i położenia, co umożliwiło zestawienie ich potencjałów. W każdym z nich najważniejsze było znalezienie rejonów, które utrzymują w ciągu roku najbardziej stabilną temperaturę. Największy potencjał posiadają akweny warstwowe, czyli takie, w których w sezonie letnim formują się odrębne warstwy o różnej temperaturze. Przy powierzchni woda jest cieplejsza i intensywniej reaguje na warunki pogodowe. Głębiej znajduje się strefa przejściowa, a jeszcze niżej warstwa chłodna, znacznie bardziej stabilna termicznie. To właśnie ona ma fundamentalne znaczenie, jeżeli rozważa się użycie jeziora jako rezerwuaru energii dla pomp ciepła lub jako naturalnego źródła chłodu.
Najbardziej niezmiennym termicznie obszarem jest zazwyczaj warstwa położona od około 15 metrów głębokości do dna. To tam temperatura zmienia się najmniej. Przeciętnie wynosi około 6,7 st. C, a różnice pomiędzy badanymi jeziorami nie są w tym obszarze bardzo znaczne. Taka temperatura jest odpowiednia dla współczesnych systemów energetycznych.
Naukowcy od początku dążyli do umiejscowienia swych kalkulacji w realiach środowiskowych. Obliczyli, ile energii cieplnej dałoby się teoretycznie pozyskać z owej głębokiej warstwy wody, zakładając ostrożnie, że nie powinno się schładzać jej poniżej 4 st. C. To ważna granica, ponieważ właśnie przy tej temperaturze woda uzyskuje najwyższą gęstość. Schodzenie niżej mogłoby implikować większą ingerencję w naturalne warunki funkcjonowania jeziora. Należy pamiętać, że jezioro nie jest zbiornikiem technicznym, ale skomplikowanym ekosystemem. Każde korzystanie z jego zasobów musi brać pod uwagę nie tylko korzyści energetyczne, ale także wpływ na przyrodę.
Przy zredukowaniu temperatury głębokiej warstwy tylko o 1 st. C szacunkowy zasób energii wynosiłby od 254 MWh do przeszło 33 tys. MWh, zależnie od jeziora. Przy zmianie o 1,5 st. C było to od 381 MWh do ponad 50 tys. MWh. W wariancie maksymalnym, lecz nadal bez przekraczania progu 4 st. C, wartości wzrastały od około 635 MWh do ponad 101 tys. MWh. Największy potencjał w tej kwestii zademonstrowało Jezioro Powidzkie, które charakteryzuje się największą objętością chłodnej, głębokiej warstwy wody.
Uczeni wyraźnie podkreślają, iż piszą o zasobach teoretycznych. Pomiędzy oszacowaniem a faktycznym wdrożeniem istnieje jeszcze wiele pytań dotyczących technologii, nakładów finansowych, oddalenia od konsumentów energii, regulacji prawnych oraz ochrony przyrody. Nie każde jezioro powinno i nie każde może być wykorzystywane w ten sposób – zaznaczają. Potrzebne są oddzielne analizy lokalne, uwzględniające zarówno zagadnienia techniczne, jak i przyrodnicze. Pomimo tego znaczenie badań jest spore. Po pierwsze, systematyzują one debatę i ukazują konkretne wartości energii. Po drugie, nawiązują one bezpośrednio do polskich realiów. Po trzecie, wskazują, że jeziora mogą być traktowane jako jeden z elementów lokalnej transformacji energetycznej, szczególnie tam, gdzie znajdują się blisko zabudowy mieszkalnej, obiektów publicznych lub infrastruktury turystycznej.
Wraz ze wzrostem temperatur i częstotliwością fal upałów wzrasta waga nie tylko ogrzewania, ale i chłodzenia obiektów. To już nie tylko sprawa komfortu, ale coraz częściej także zdrowia i bezpieczeństwa. Jeziora mogą być więc rozważane również jako źródło chłodu w okresie letnim. Taki sposób myślenia dobrze koresponduje ze współczesnymi potrzebami: system energetyczny ma aktualnie nie tylko dostarczać ciepło zimą, ale także ograniczać następstwa przegrzewania się miast latem. (PAP)
kmp/ zan/