Technologie PTES dokáže uložit teplo do vody na celou sezónu. Proč ji zatím nevyužíváme?

Akumulace energie do vody je známá věc. Dají se tak velmi dobře využít například přebytky z fotovoltaiky – předehřejte si tak třeba teplou vodu v bojleru, otopnou vodu nebo ohřejete bazén. Jenže nejvíce tepla je potřeba v zimě na vytápění, kdy fotovoltaika ani termické kolektory tolik energie zpravidla nevyrobí.

Energie se dá samozřejmě ukládat také do solární baterie, jenže ta ji – stejně jako třeba bojler – nedokáže uchovávat dlouhodobě. Navíc by to bylo i hodně nákladné, protože jde o poměrně drahou technologii, navíc s relativně krátkou životností.

Proto lidé hledají různé způsoby, jak energii ukládat efektivněji, dlouhodoběji a s nižšími náklady. Jednou z možností je PTES (Pit Thermal Energy Storage), které funguje na jednoduchém principu: ukládání tepla do velkoobjemové nádrže s vodou. Při dodržení specifických podmínek tak tepelná energie vydrží nejen dny, ale celé měsíce.

Jak technologie PTES funguje?

Základem je dobře izolovaná nádrž s vodou zapuštěná do země. Voda zde slouží jako velmi efektivní médium s vysokou tepelnou kapacitou, které v ideálním případě dokáže teplo udržet přes celou sezónu.

• V létě se pomocí fotovoltaiky, solárních kolektorů nebo třeba tepelného čerpadla ohřívá voda v nádrži.
• Teplota zde dosahuje zhruba 30–90 °C. Ve správně navrženém systému se teplo stratifikuje – tvoří se „vrstvy“ vody o různých teplotách, přičemž ta nejteplejší je v horní části nádrže.
• Díky tomuto efektu zůstává voda z vrchních vrstev po celé měsíce dostatečně teplá, aby mohla ohřívat otopnou vodu pro nízkoteplotní systém vytápění.

Výhody akumulace energie do vody

• Dokáže při dostatečně velké nádrži uchovávat teplo přes celou sezónu,
• nevyžaduje žádná sofistikovaná zařízení ani technologie – stačí nádrž, voda, kvalitní hydroizolace a tepelná izolace,
• dlouhá životnost systému – prakticky se na něm nemá co porouchat,
• nízké provozní náklady,
• pomáhá maximalizovat využití energie z obnovitelných zdrojů, jejíž přebytky by jinak v letním období mohly přijít vniveč. Tím se zároveň snižuje spotřeba fosilních zdrojů, a tedy i produkce oxidu uhličitého.

Právě v jednoduchosti tkví účelnost PTES technologie. Podobně jako v případě ukládání energie do písku. I to využívá přírodní médium, funguje na základních fyzikálních principech a umožňuje dlouhodobou akumulaci.

Hlavní rozdíl je v tom, že písek se může ohřívat na výrazně vyšší teploty (kolem 300–600 °C). Má však nižší měrnou tepelnou kapacitu než voda, takže pro uchování stejného množství energie je potřeba větší objem materiálu.

Akumulace do vody se využívá tam, kde stačí ohřívat na nižší teplotu (nad cca 90 °C to nepůjde), zatímco písek zvládne i výrazně vyšší teploty a bude vhodnější pro použití např. v průmyslu, ale i pro centrální zásobování teplem.

A jaké jsou nevýhody PTES?

• Jak už jsme uvedli: nedokáže udržovat teplotu nad cca 90 °C. Proto bude tato technologie využitelná především pro nízkoteplotní systémy vytápění, jako je podlahové, stropní nebo stěnové vytápění.
• Skutečně velké nároky na prostor. Abyste dokázali teplo opravdu dlouho a efektivně uchovávat, musíte mít velkou nádrž. Pro potřeby běžného rodinného domu to mohou být rozměry minimálně 10 × 10 × 5 m. Pro vytápění obcí to bude zhruba 10 000 až 200 000 m³ vody, což už je spíš rybník než pouhá nádrž.
• Ne všude může být nejen dostatek prostoru, ale také vhodné podloží. Rizikem je i vyšší hladina spodní vody. Nejen kvůli možnému narušení nádrže, ale i kvůli tepelným ztrátám, které může přítomnost proudící spodní vody zvýšit až o 60 %.
• Poměrně vysoká vstupní investice – ne kvůli technologiím, ale kvůli geologickému průzkumu, zemním pracím a precizně provedené izolaci a hydroizolaci.

Kam se bude hodit? Postavíte si na zahradě vlastní nádrž?

Alespoň za současného stavu technologie není, zejména kvůli prostorovým nárokům, akumulace energie do velkokapacitní nádrže řešení, které by připadalo v úvahu pro běžné rodinné domy.

Jako doplňkový systém pro vytápění větších objektů, obcí nebo pro dálkové vytápění ale může být velmi užitečný. Po počáteční investici je jeho provoz nízkonákladový, bezproblémový a s velmi dlouhou životností.

Inspiraci můžeme čerpat například z Německa nebo Dánska, kde už tuto technologii úspěšně využívají. Jedna z nádrží o objemu 70 000 m³, zapojená do kodaňské soustavy dálkového vytápění, slouží jako úložiště s kapacitou přes 3 300 MWh. Ve spolkové zemi Schleswig-Holstein zásobuje nádrž s objemem asi 43 000 m³ vody teplem obec Meldorf, díky čemuž zde spotřeba fosilních paliv pro vytápění klesla téměř na nulu.

Akumulace ve velkém je jednoznačně přínosem

Ukládání energie nemusí být vždy složité ani technologicky náročné. Někdy stačí jednoduchý princip, ale ne vždy se dá bez omezení škálovat. Technologie PTES je, podobně jako akumulace do písku, skutečně efektivní jen při dostatečně velkém objemu teplonosného média.

Proto může do budoucna přispět alespoň tam, kde se vyplatí instalace velké nádrže. Typicky půjde o komunitní projekty, systémy dálkového vytápění nebo větší objekty. A právě zde může pomoci lépe využít přebytky energie z obnovitelných zdrojů a tím snížit spotřebu fosilních paliv, což se ve výsledku dotkne všech.

Zdroje:
Districtenergyaward.org
Solarthermalworld.org
Sifnaios, I.; Jensen, A. R.; Furbo, S.; Fan, J. (2023): Heat losses in water pit thermal energy storage systems in the presence of groundwater. Applied Thermal Engineering, 235, 121382. Dostupné z: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431123014114