Modelová analýza vedená laboratoří Oak Ridge National Laboratory (ORNL), která spadá pod americké Ministerstvo energetiky, nabízí první podrobný pohled na to, jak může geotermální energie ulehčit elektrickému energetickému systému a snížit emise uhlíku, pokud bude v příštích desetiletích široce zavedena po celých Spojených státech.
Výzkumníci vytvořili simulační model masového nasazení geotermálních tepelných čerpadel neboli GTČ v komerčních a rezidenčních budovách od roku 2022 do roku 2050. Výsledky simulace ukázaly, že pokud by GTČ, známá také jako zemní tepelná čerpadla, byla nasazena na národní úrovni, došlo by k úlevě pro elektrickou síť, snížení energetických nákladů a významnému snížení emisí oxidu uhličitého.
„Geotermální tepelná čerpadla jsou vnímána jako technologie zvyšující energetickou efektivitu budov,“ řekl Xiaobing Liu z ORNL, který vedl primární výzkum této studie. „Analýza zjistila, že GTČ mají obrovský dopad na elektrické energetické systémy tím, že snižují požadavky na kapacitu, výrobu a přenos, stejně jako emise uhlíku.“
Průlomová čísla
GTČ poskytují ekologicky šetrnou, energeticky efektivní alternativu k tradičním systémům vytápění, ventilace a klimatizace. Fungují tak, že přenášejí teplo do a ze země prostřednictvím podzemních potrubí. Systém extrahuje teplo ze země k ohřevu budov v zimě, zatímco v létě využívá zemi jako tepelný zásobník k chlazení budov.
Liu uvedl, že masové nasazení GTČ jak v komerčních, tak v rezidenčních budovách může snížit více než 7 000 milionů metrických tun emisí uhlíku do roku 2050, přičemž více než 3 000 milionů metrických tun snížení pochází z elektrického sektoru a zbytek z nahrazení zemního plynu pro vytápění v sektoru budov.
Výzkumníci spolupracovali na vytvoření ko-simulací elektrických energetických systémů. „Výsledky vzešly z využití současných možností existujících nástrojů a dat,“ dodal Liu. „Spojili jsme různé modely, aby bylo možné provádět víceleté simulace amerických elektrických energetických systémů v různých scénářích v kontrastních regionech, v různých ročních obdobích a během období špičkové a nízké poptávky po energii.“
I když se úspory v poptávce po elektřině a snížení emisí uhlíku realizovaly téměř ve všech regionech země, simulace ukázaly, že v chladném klimatu jsou GTČ účinnější při snižování emisí uhlíku a spotřeby energie ve srovnání s konvenčními systémy. V teplejších klimatických zónách, jako je jih a další mírnější klimatické zóny, generují GTČ vyšší úspory elektřiny. Snížení špičkové poptávky po elektřině je také nejvyšší v hustě osídlených oblastech jihu.
„Ukázali jsme, že masové nasazení GTČ může snížit potřeby kapacity amerického elektrického energetického systému až o 11 % a 13 %,“ řekl Liu. „Špičková poptávka po elektřině (poptávka ve špičce, pozn.) v některých horkých klimatických zónách může být snížena až o 28 %, což ulehčí provozu sítě.“
Tato procenta představují úsporu přibližně 600 terawatthodin elektřiny v roce 2050 a eliminaci více než 5 000 miliard megajoulů fosilních paliv, což je ekvivalentní 5 % primární energie spotřebované ve Spojených státech v roce 2022, včetně zemního plynu, topného oleje a propanu. Pokud by nasazení GTČ postupně narůstalo od roku 2022 do roku 2050, bylo by také ušetřeno více než 300 miliard dolarů kumulativních plateb za elektřinu. Liu řekl, že by to vyžadovalo nasazení přibližně pěti milionů GTČ ročně.
Snížení výpadků
Vzhledem k tomu, že extrémní povětrnostní události nadále zatěžují elektrickou síť, v posledních letech došlo k prodlouženým výpadkům proudu nebo pohyblivým blackoutům. GTČ by mohla být řešením pro zlepšení stability sítě. Aby byla prokázána schopnost, studie analyzovala dopad masového nasazení GTČ na elektrickou síť v Texasu, která v roce 2021 zažila významnou ztrátu energie během zimních bouří.
„Během těchto intenzivních povětrnostních událostí by masové nasazení GTČ mohlo zlepšit provoz sítě snížením celkové poptávky po elektřině,“ řekl Liu. „Tato předběžná analýza může poskytnout přínosné informace pro Texas a další regiony, které zažily vyšší poptávku po elektřině, než mohly elektrárny poskytnout během období prodlouženého extrémního počasí.“
Jamie Lian, který se na studii podílel, dodal, že pokud by byla GTČ nasazena po celých Spojených státech, mnoho instalací by bylo prováděno tak, aby jeden vrt mohlo využívat například více budov. „Trvalým přínosem této studie je, že jsme vyvinuli celostátní analýzu, která se rozšiřuje od analýzy budov přes regionální dopad až po celý elektrický systém,“ uzavřel Lian.
