Skladování energie v geologickém prostředí

Ke skladování termální energie i chladu slouží celá řada technologických zařízení využívajících různých teplot a média všech skupenství. Z nich nejčastější je voda. Sklady nadprodukce elektřiny v podobě termální energie, odpadního tepla atd. jsou projektovány i do podzemí, kde je horninové prostředí jako vhodný izolant i akumulátor zárukou zpětného čerpání této energie v době její zvýšené poptávky.

Výzkum skladování energie v  ČGS sleduje v rámci řešení vládních priorit skladování energie do roku 2030 dva základní cíle:

Reverzibilní skladování energie v horninovém masívu (projekt TAČR TA0120348)

je zaměřen na nalezení způsobu uložení přebytečné tepelné nebo elektrické energie přímo v horninovém prostředí na území České republiky v blízkosti center jejich výroby a přenosové soustavy. K tomuto účelu slouží geologické informace o vlastnostech hornin početně zastoupených na území České republiky.  Výběr vhodných hornin resistentních na opakované vysokoteplotní zahřátí na teplotu až 360 °C je prováděn na základě podrobných laboratorních testů petrografických a petrofyzikálních vlastností plutonitů, sedimentů, vulkanitů i metamorfovaných hornin. Nejvhodnější horniny slouží ke konstrukci demonstračního modelu úložiště tepelné energie v podobě tzv. „energetické studny“ pro účely komercializace výsledků výzkumného programu.

Výzkum termální zátěže hornin - perspektivy podzemního skladování tepelné energie (projekt FR-TI 3/325)

je zaměřen na experiment šíření teplené energie lokalizovaný ve štole Josef na lokalitě Mokrsko cca 30 km na jih od Prahy. Zde 100 metrů pod povrchem je přímo ve skalním masivu sázavského tonalitu instalováno topné zařízení, sloužící k jeho dlouhodobému opakovanému zahřívání. Uměle vytvořená geotermální anomálie o teplotě až 95°C je prostoupena hustou sítí monitorovacích vrtů. Vrty obsahují řadu měřící jednotek poskytujících multidisciplinární data potřebná ke konstrukci dynamického modelu procesu cyklického pohybu tepelné energie v horninovém prostředí (více na www.geology.cz/mokrsko). Prostorový design tohoto experimentu umožňuje měřit vliv řízeného ohřevu a zchlazování hornin na rychlost šíření tepla v anizotropním prostředí a provést časoprostorovou bilanci jeho zpětného získání z hloubek běžně dosahovaných geotermálními vrty v horninách čerpající geotermální energii tepelnými čerpadly.

Strukturní model okolí experimentální lokality. (Autor: David Čížek)

Praktický význam experimentu je v mapování termodynamických podmínek geologického prostředí při krátkodobém nebo i sezonním přihřívání uvedených vrtů různými zdroji tepelné energie. Komercializace výsledků projektu je zaměřena na stanovení parametrů k odhadu ekonomické bilance extrakce a ukládání tepla, případně i chladu v geologickém prostředí podle jeho konkrétních petrofyzikálních vlastností, puklinové sítě, anizotropie, velikosti a rychlosti příkonu a výkonu dané výměníkové jednotky termální energie a hloubky skladování, s cílem určení limitní tepelné zátěže zaručující dlouhodobou životnost jejího skladovacího prostoru v blízkosti komerčních budov a výrobních hal.

Situace experimentální lokality a instrumentace experimentu ve štole Josef u Mokrska v rámci projektu „Výzkum termální zátěže hornin“. Obrázek dokumentuje lokalitu před izolací širokoprofilového zahřívacího vrtu a okolních monitorovacích vrtů. (Autor: Jan Franěk)