Na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie przeprowadzone zostały innowacyjne projekty związane z geoenergetyką. O szczegółach jednego z nich, poletka otworowych wymienników ciepła na terenie uczelni, rozmawiamy z prof. Tomaszem Śliwą, twórcą i kierownikiem Laboratorium Geoenergetyki w Katedrze Wiertnictwa i Geoinżynierii na Wydziale Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH.
Jakub Mirek: Dzień dobry, panie Profesorze. Chciałbym porozmawiać o odwiertach geoenergetycznych zrealizowanych na AGH w Krakowie. Czy odkryto tam jakieś źródło geotermalne? Jakie były początki tego projektu?
Prof. Tomasz Śliwa: Dzień dobry. Zacznijmy rzeczywiście od początku – na AGH nie odkryliśmy żadnego źródła geotermalnego. Wykorzystujemy technologię otworowych wymienników ciepła, które są szczelnymi otworami wiertniczymi. Wprowadzamy do nich rury wymiennika ciepła z roztworem glikolu, który przepływając w otworze, ogrzewa się i wraca na powierzchnię. Na powierzchni to niskotemperaturowe ciepło jest wykorzystywane do ogrzewania za pośrednictwem pomp ciepła.
Studzienka rewizyjna do otworów wiertniczych przy budynku D2, fot. Jakub Mirek
Czy mógłby Pan opisać szczegóły projektu na AGH? Jakie odwierty zostały zrealizowane i jakie mają moce?
Nasze pierwsze poletko, nazwane poletkiem A, znajduje się między pawilonami A3 i A4. Tam mamy pięć otworów, które grzeją i chłodzą salę amfiteatralną w pawilonie A4 dla 150 osób. Te otwory mają łączną moc grzewczą 27 kW. Kolejne poletko, nazwane B, znajduje się przy pawilonie D2 i tam mamy 14 otworów o łącznej mocy 70 kW. Otwory te były wykorzystane już od momentu budowy pawilonu D2 w 2020 roku. Ostatnio zrealizowaliśmy dodatkowe odwierty, z czego dwa to nowość – otwory horyzontalne.
Fragment poletka geoenergetycznego przy budynku D2 AGH, fot. Jakub Mirek
Na czym polega różnica między odwiertami pionowymi a horyzontalnymi?
Otwory horyzontalne są wiercone na mniejszej głębokości, około 2 metrów p.p.t., co znacząco obniża koszty. Wykorzystują one zjawisko miejskich wysp ciepła, gdzie grunt w miastach jest cieplejszy z powodu działalności człowieka i infrastruktury miejskiej takiej jak kanalizacja, wodociągi czy asfaltowe drogi. Wykorzystujemy to dodatkowe ciepło, co sprawia, że systemy te mogą być bardzo efektywne w miastach.
Jakie są dokładne koszty inwestycji takich systemów grzewczych i odwiertów?
Koszty realizacji odwiertów pionowych są znacznie wyższe niż horyzontalnych. Dla klasycznych otworów do 100 metrów koszt wynosi około 180 zł za metr. Natomiast otwory horyzontalne, które wiercimy na głębokości około 2 metrów, są tańsze – koszt wynosi około 70 zł za metr. Instalacja systemów geoenergetycznych wiąże się z koniecznością uzyskania odpowiednich pozwoleń na budowę, co może być wyzwaniem ze względu na przepisy prawne i regulacje dotyczące takich inwestycji. Możliwe są jednak prawnie wiercenia pod budynkami.
Opomiarowane otwory wiertnicze na poletku B, fot. Jakub Mirek
Wspomniał Pan o nowych odwiertach. Czy mógłby Pan opisać jak są wykorzystywane?
Niedawno zakończyliśmy instalację kolejnych dwóch pomp ciepła w D2, oraz dla już istniejących dołożyliśmy dwa otwory wykorzystujące nową technologię otworów horyzontalnych. Na poletku A odwierty są o głębokości 78,5 metra, natomiast na poletku B o głębokości 84,5 metra. Otwory horyzontalne znajdują się na głębokości 2 metrów poniżej poziomu terenu i mają długość 117 i 40 m (wzdłuż pawilonów A4 i C4 oraz od A4 do D2).
Pompa ciepła w budynku D2 wykorzystująca glikol, Laboratorium Geoenergetyki D2, fot. Jakub Mirek
Jedna z nowych pomp wykorzystuje wody podziemne, z których również odbiera się ciepło niskotemperaturowe. Druga pracuje w systemie tak zwanego bezpośredniego parowania. Oznacza to, że czynnik roboczy wpływa do U-rurki w otworze w postaci cieczy, odparowuje i wypływa na powierzchnię w formie pary. Prawidłowym w tym przypadku jest stwierdzenie, że pompa ciepła znajduje się w górotworze, a dokładnie jej parownik.
Pompa ciepła wykorzystująca freon, Laboratorium Geoenergetyki D2, fot. Jakub Mirek
Jakie są główne korzyści wynikające z wykorzystania tych systemów na AGH?
Systemy geoenergetyczne pozwalają na efektywne ogrzewanie i chłodzenie budynków, co przynosi korzyści ekonomiczne i ekologiczne. Pompy ciepła nie tylko ogrzewają zimą, ale też chłodzą latem. Dodatkowo, wykorzystanie ciepła odpadowego z infrastruktury miejskiej zwiększa efektywność tych systemów.
Warto wspomnieć, że uczelnia korzysta z ciepła miejskiego dostarczanego przez MPEC. Systemy pomp ciepła, które wprowadzamy, mogą działać zarówno jako źródło ciepła, jak i chłodu, co daje nam przewagę w okresach letnich, kiedy MPEC dostarcza ciepło. Pompy ciepła pozwalają na oszczędności rzędu 20-30% w porównaniu do tradycyjnych systemów ogrzewania gazowego, co przekłada się na czas zwrotu inwestycji poniżej 10 lat, zwłaszcza z uwzględnieniem dotacji z Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.
Pompy ciepła zamontowane w budynku D2 przy jego budowie w 2018 r., fot. Jakub Mirek
Jakie są plany na przyszłość w zakresie rozwoju technologii geoenergetycznych na AGH?
Planujemy dalszy rozwój i optymalizację naszych systemów. Wkrótce uruchomimy nową instalację z horyzontalnymi wymiennikami ciepła, która będzie służyła do ogrzewania i chłodzenia powietrza wentylacyjnego w pawilonie D2. Chcemy też prowadzić badania nad wykorzystaniem ciepła antropogenicznego i wierzchniej warstwy górotworu. Otwory należące do Laboratorium Geoenergetyki są też przy Pałacu w Młoszowej (pole C Laboratorium). Jednocześnie kilka z nich nie służy do celów cieplnych, a do magazynowania nadwyżek produkcji prądu elektrycznego, ale to temat na inne spotkanie.
Dziękuję za rozmowę, panie Profesorze. Życzę powodzenia w dalszych pracach.
TŚ: Dziękuję bardzo.
---
Częściowa wizualizacja działania systemu pomp ciepła i otworowych wymienników na AGH jest dostępna on-line na stronie: https://geotermia.agh.edu.pl/login (po zalogowaniu danymi - login: student, hasło: student)
Prof. Tomasz Śliwa, Laboratorium Geoenergetyki D2 AGH, fot. Jakub Mirek
---
Serdecznie zapraszamy do rejestracji na II Konferencję Naukową Energetyki Rozproszonej (www.kner2024.agh.edu.pl), która odbędzie się 30 października 2024 w ramach II Kongresu Energetyki Rozproszonej w Krakowie (28-30.10.2024, www.ker2024.pl). W programie znajduje się sesja dotycząca geoenergetyki.
---
Czym geoenergetyka różni się od geotermii? Jak działają pompy ciepła? Na czym polega zjawisko miejskich wysp ciepła? Czy na AGH rozwijane są technologie geoenergetyczne?
Niniejszy wywiad zamyka cyklu wpisów dotyczących polskiej geoenergetyki, w którym odpowiadamy na powyższe pytania. Zapraszamy do lektury pozostałych z serii wpisów poświęconych geoenergetyce.
