GeoThermA

Договор № ПВУ - 68 от 16.12.2024 г. /BG-RRP-2.017-0036-C01/, финансиран от Механизма за възстановяване и устойчивост по инвестиция C2.I2: „Повишаване на иновационния капацитет на Българската академия на науките в сферата на зелените и цифровите технологии“ от Националния план за възстановяване и устойчивост (ПВУ) с наименование „Система за сезонно и краткосрочно съхранение на топлинна енергия с геотермални топлообменници и материали с фазов преход, използваща възобновяеми енергийни източници“

Изпълнители

Сезонно съхранение на топлина със земни топлообменници

Акумулатори с материали с фазов преход

Обща цел

Специфични цели

Система за сезонно и краткосрочно съхранение на топлинна енергия с геотермални топлообменници и материали с фазов преход, използваща възобновяеми енергийни източници

Изпълнители

Базова организация: Централна лаборатория по сльнчева енергия и нови енергийни източници, Българска академия на науките

Партньорски организации: Институт по механика и Институт по инженерна химия, Българска академия на науките

Начало: 16.12.2024 Край: 31.05.2026

Сезонно съхранение на топлина със земни топлообменници

Земните топлообменници намират добро приложение при системи за сезонно съхранение на енергия, които се отличават по няколко ключови признака от земносвързаните термопомпи. Съхранението на топлина в земята изисква активно вкарване на топлина от топлоизточник (например слънчеви колектори, отпадна топлина и други), която постепенно стопля земните пластове в определен период от време (например през лятото) и която в последствие се изкарва от земята и се използва за други цели - например за отопление или битова гореща вода (БГВ).
Тези системи за съхранение (Borehole Thermal Energy Storage - BTES) не разчитат на температурния градиент при класическата геотермия и сондажите при тях обикновено са по-къси и по-гъсто разположени, за да се минимизират загубите към околните земни пластове - обикновено топлообменниците се редят в мрежа или кръг през около 2.5 до 3.5м. По този начин ефективно се стопля земята между тях, като според достигнатата температура могат да са нискотемпературни, среднотемпературни и високотемпературни. При средните и високите температури (например между 40 и 90 градуса) е наложително да се предвиди топлоизолация на повърхността на земята, за да се избегнат топлозагуби по посока на топлинния поток и към зоната, повлияна най-силно от атмосферните условия.
Според нивото на достигнатата температура, дълбочината на сондажите, капацитета на земята и вида отопление в сградата могат да се постигнат много високи нива на съхранение на енергия в 1м2 урбанизирана територия и на много атрактивни цени. Тази технология дава възможност на градовете да изградят собствена инфраструктура за съхранение на енергия, позволява ефективно балансиране на електрическите и топлофикационните мрежи и внедряването на много повече възобновяеми източници в енергийния микс.

Акумулатори с материали с фазов преход

За разлика от конвенционалните акумулатори използващи явна топлина (например класически бойлери и буферни съдове), акумулаторите с материали с фазов преход (МФП) използват латентната топлина на фазовия преход, с което е възможно да се съхрани същото количество енергия, но в 3 до 5 пъти по-малки обеми. Ако се вземе например водата, оказва се, че е много по-трудно да се стопли лед от -2 С до +2 градуса (температурна разлика 4 градуса), отколкото същото количество вода от 2 до 6 градуса (същата температурна разлика от 4 градуса, но без фазов преход). Докато при водата фазовия преход между твърда и течна фаза е при 0 градуса, има редица материали, които имат фазов преход на подходящи за бита температури - например температури на отопление, за битова гореща вода или за охлаждане. Част от задачите на проекта са да се тестват нови материали в специално проектирани акумулатори, които да позволят значително намаляване на необходимите обеми за съхранение.

Обща цел

Разработване, оптимизиране и въвеждане на иновативна комбинирана система за дългосрочно и краткосрочно съхранение на енергия от възобновяеми енергоизточници, като локално ефективно решение за балансиране на енергопреносните мрежи (топлофикационни и електрически), както и за децентрализация на енергийното производство и за декарбонизация на енергийния сектор.

Специфични цели

-Получаване на нови знания и опит с демонстрация, тестване и оптимизиране на значими подобрения на състоянието на технологиите за сезонно и краткосрочно съхранение на енергия.

-Разработване на иновативна високоефективна система за отопление и охлаждане на сгради, базирана на 3 вида възобновяема енергия (слънце, земя и въздух), в която са интегрирани системи за краткосрочно (ЛТА) и сезонно (със земни топлообменници) съхранение на топлина.

-Подобряване на дизайна на земните топлообменници с цел повишаване на тяхната ефективност

-Прилагане на иновативни решения за подобряване на дизайна (конструкция и материали) на акумулатори на топлинна енергия, използващи латентната топлина на фазов преход с цел повишаване на тяхната ефективност

-Насърчаване и популяризиране на изграждането на системи за децентрализирано енергийно производство от възобновяеми енергийни източници с подобрени възможности за дългосрочно и краткосрочно съхранение на енергия.