Initial assessment of the possibility of using ATES technology in Poland by low-temperature heat and cold consumers

• Autorzy: Miecznik Maciej , Skrzypczak Robert

Identyfikatory

DOI

10.33223/epj/105366

Warianty tytułu

PL

Wstępna ocena możliwości wykorzystania technologii ATES w Polsce przez odbiorców niskotemperaturowego ciepła i chłodu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the article is a preliminary assessment of the possibility of using ATES (Aquifer Thermal Energy Storage) technology for the seasonal storage of heat and cold in shallow aquifers in Poland. The ATES technology is designed to provide low-temperature heat and cold to big-area consumers. A study by researchers from the Delft University of Technology in the Netherlands indicates very favorable hydrogeological and climate conditions in most of Poland for its successful development. To confirm this, the authors used public hydrogeological data, including information obtained from 1324 boreholes of the groundwater observation and research network and 172 information sheets of groundwater bodies (GWBs). Using requirements for ATES systems, well-described in the world literature, the selection of boreholes was carried out in the GIS environment, which allowed aquifers that meet the required criteria to be captured. The preliminary assessment indicates the possibility of the successful implementation of ATES technology in Poland, in particular in the northern and western parts of the country, including the cities of: Gdańsk, Warsaw, Wrocław, Bydgoszcz, Słupsk, and Stargard.

Celem artykułu jest wstępna ocena możliwości wykorzystania w Polsce technologii sezonowego magazynowania ciepła i chłodu w płytkich warstwach wodonośnych (ATES – Aquifer Thermal Energy Storage). Zasadniczym przeznaczeniem technologii ATES jest dostarczanie niskotemperaturowego ciepła i chłodu do odbiorców wielkopowierzchniowych, którzy w ciągu roku wykazują zapotrzebowanie na obie formy ciepła. Badania naukowców z Delft University w Holandii wskazują na bardzo korzystne warunki hydrogeologiczne i klimatyczne na większości obszaru Polski do jej pomyślnego rozwoju. Aby to wstępnie potwierdzić, autorzy wykorzystali ogólnodostępne dane hydrogeologiczne, w tym informacje złożową pozyskaną z 1324 otworów sieci obserwacyjno-badawczej wód podziemnych (SO-BWP) oraz 172 kart informacyjnych jednolitych części wód podziemnych (JCWPd). Korzystając z dobrze opisanych w literaturze światowej wymagań stawianych systemom ATES, przeprowadzono w środowisku GIS selekcję otworów, które ujmują poziomy wodonośne spełniające wymagane kryteria. Wstępna ocena wskazuje na możliwość pomyślnego wdrożenia technologii ATES w Polsce, w szczególności w północnej i zachodniej części kraju, w tym na obszarze takich miast jak Gdańsk, Warszawa, Wrocław, Bydgoszcz, Słupsk i Stargard.

Słowa kluczowe

EN

Aquifer Thermal Energy Storage; ATES; heat storage in aquifers; underground storage of heat and cold

PL

Aquifer Thermal Energy Storage; ATES; magazynowanie ciepła w warstwach wodonośnych; podziemne magazynowanie ciepła i chłodu

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 22, z. 1
• Strony: 39--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Miecznik Maciej

• The Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków

autor

Skrzypczak Robert

• The Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków

Bibliografia

• Bloemendal et al. 2015 – Bloemendal, M., Olsthoorn, T. and van den Ven F. 2015. Combining climatic and geo-hydrological preconditions as a method to determine world potential for aquifer thermal energy storage. Science of the Total Environment 538, pp. 621–633, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2015.07.084.
• Bloemendal et al. 2018 – Bloemendal, M., Jaxa-Rosen, M. and Olsthoorn, T. 2018. Methods for planning ATES systems. Applied Energy 216, pp. 534–557, DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.02.068.
• Bujakowski et al. 2016 – Bujakowski, W., Bielec, B. and Skrzypczak, R. 2016. ATES technology and the possibility of its application in the Piotrków region (Technologia ATES i możliwości jej zastosowania w rejonie piotrkowkim). Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk 92, pp. 373–390 (in Polish).
• CHDB (Central Hydrogeological Data Bank) 2019. The HYDRO BANK [Online] https://www.pgi.gov.pl/en/phs/data/8880-the-hydro-bank.html [Accessed: 2019-01-16].
• CSO (Central Statistical Office) 2019. Geostatistics Portal. [Online] https://geo.stat.gov.pl/start/-/asset_publisher/jNfJiIujcyRp/content/id/36734 [Accessed: 2019-01-22].
• EC (European Commission) 2017. EU Energy in figures – statistical pocketbook 2017. Luxembourg: Publications Office of the European Union.
• EC (European Commission) 2018. Energy, transport and environmental indicators, 2018 edition. Eurostat Statistical Books. Luxembourg: Publications Office of the European Union.
• ETP RHC (European Technology Platform on Renewable Heating and Cooling) 2013. Strategic Research and Innovation Agenda for Renewable Heating & Cooling. Brussels: Renewable Energy House.
• Eurostat 2018. Energy consumption in households. [Online] https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Energy_consumption_in_households [Accessed: 2019-01-24].
• Fleuchaus et al. 2018 – Fleuchaus, P., Godschalk, B., Stober, I. and Blum, P. 2018. Worldwide application of aquifer thermal energy storage – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 94, pp. 861876. DOI: 10.1016/j.rser.2018.06.057.
• Herbich et al. 2005 – Herbich, P., Hordejuk, T., Kazimierski, B., Nowicki, Z., Sadurski, A. and Skrzypczyk, L. 2005. Groundwater Bodies in Poland (Jednolite części wód podziemnych (hydrogeosomy) w Polsce). [In:] Sadurski, A. and Krawiec, A. (eds) Proceedings of XII Conference on Contemporary Problems of Hydrogeology (Współczesne Problemy Hydrogeologii). Toruń: Publishing House of M. Kopernik University, pp. 269–274 (in Polish).
• Honest Buildings. Cofely Energy Solutions: Overhoeks. [Online] https://www.honestbuildings.com/project/#!/view/73857/overhoeks [Accessed: 2019-01-23]
• IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 2014 – Climate Change 2014. Impacts, adaptation, and vulnerability. Part A: Global and sectoral aspects. Working Group II Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Chapter 10: Key Economic Sectors and Services, 659–708. Cambridge University Press.
• Kazmann, R.G. 1971. Exotic use of aquifers. Journal of the Irrigation and Drainage Division 97(3), pp. 515–522.
• Kwestarz, M. 2016. Heat storage – types of storages (Magazynowanie ciepła – rodzaje magazynów) Czysta Energia 12, pp. 29–35 (in Polish).
• Lee, K.S. 2013. Underground Thermal Energy Storage. Green Energy and Technology. London: Springer-Verlag.
• Lemoine, G. 2016. Methodological approach analysis of low-temperature energy potential for late-glacial areas on the example of the Kashubian Lake District (Analiza niskotemperaturowego potencjału energetycznego obszarów młodoglacjalnych na przykładzie Pojezierza Kaszubskiego – Podejście metodologiczne). Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia, Zrównoważony Rozwój 55(1), pp. 151−171 (in Polish).
• Lemoine, G. 2018. Seasonal thermal energy storage perspectives in a shallow aquifer of young glacialareas on the example of Słuszewska ice-marginal valley in the Żarnowiec morainic plateau (Perspektywy międzysezonowego magazynowania ciepła w płytkich warstwach wodonośnych z obszarów młodoglacjalnych na przykładzie Rynny Słuszewskiej Wysoczyzny Żarnowieckiej). Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia, Zrównoważony Rozwój 57(2), pp. 55–77 (in Polish).
• Malina, G. and Bujak, I. 2017. Evaluation of a Potential to Combine Aquifer Thermal Energy Storage with Groundwater Remediation (Ocena możliwości skojarzenia magazynowania energii cieplnej w warstwie wodonośnej z remediacją wód podziemnych). Ochrona Środowiska – Environmental Pollution Control 39(3), pp. 9–18 (in Polish).
• Meyer, C.F. and Todd, D.K. 1973. Conserving energy with heat storage wells. Environmental Science & Technology 7(6), pp. 512–516. DOI: 10.1021/es60078a009.
• Miecznik, M. 2016. Underground thermal energy storage – methods and applications (Podziemne magazynowanie energii cieplnej – metody i zastosowania). Przegląd Geologiczny 64(7), pp. 464–471 (in Polish).
• Nielsen, K. 2003. Thermal Energy Storage. A State-of-the-Art. Trondheim: Norwegian University of Science and Technology.
• Nordell et al. 2015 – Nordell, B., Snijders, A. and Stiles, L. 2015. The use of aquifers as thermal energy storage (TES) systems. [In:] Cabeza L.F. (Ed.) Advances in Thermal Energy Storage Systems. Woodhead Publishing, pp. 87–115.
• PGI-NRI (Polish Geological Institute – National Research Institute, The Polish Hydrogeological Survey) 2017. Report on the condition of groundwater bodies in river basins – as of 2016. Volume 2 – tabular attachments (Raport o stanie jednolitych części wód podziemnych w dorzeczach – stan na rok 2016. Tom 2 – załączniki tabelaryczne). Warsaw: Chief Inspectorate Of Environmental Protection (in Polish).
• PGI-NRI (Polish Geological Institute – National Research Institute, The Polish Hydrogeological Survey) 2019. Groundwater Bodies (Jednolite Części Wód Podziemnych) [Online] https://www.pgi.gov.pl/psh/ zadania-psh/8913-zadania-psh-jcwpd.html [Accessed: 2019-01-21] (in Polish).
• Sauty et al. 1982a – Sauty, J.P., Gringarten, A.C., Menjoz, A. and Landel, P.A. 1982a. Sensible energy storage in aquifers: 1. Theoretical study. Water Resources Research 18(2), pp. 245–252. DOI: 10.1029/WR018i002p00245.
• Sauty et al. 1982b – Sauty, J.P., Gringarten, A.C., Fabris, H., Thiery, D., Menjoz, A. and Landel, P.A. 1982b. Sensible energy storage in aquifers: 2. Field Experiments and comparison with theoretical results. Water Resources Research 18(2), pp. 253–265. DOI: 10.1029/WR018i002p00253.
• Schaetzle et al. 1980 – Schaetzle, W. J., Brett, C.E., Grubbs, D.M. and Seppanen, M.S. 1980. Thermal energy storage in aquifers: Design and applications. New York: Pergamon.
• Skrzypczak et al. 2017 – Skrzypczak, R., Kasztelewicz, A., Lankof, L. and Miecznik, M. 2017. Analysis of geological conditions for aquifer thermal energy storage (ATES) in Sochaczew (Analiza warunków geologicznych dla systemu podziemnego magazynowania ciepła (ATES) w mieście Sochaczew). Technika Poszukiwań Geologicznych. Geotermia, Zrównoważony Rozwój 56(2), pp. 69−83 (in Polish).
• Sommer, W.T. 2015. Modelling and monitoring of aquifer thermal energy storage. Impacts of heterogeneity, thermal interface and bioremediation. PhD Thesis, Wageningen: Wageningen University.
• Underground Energy LLC 2019. ATES – Aquifer Thermal Energy Storage. How efficient is ATES? [Online] http://underground-energy.com/our-technology/ates/ [Accessed: 2019-01-24].
• Vanhoudt et al. 2011 – Vanhoudt, D., Desmedt, J., Van Bael, J., Robeyn, N. and Hoes, H. 2011. An aquifer thermal energy storage in Belgian hospital: Long-term experimental evaluation of energy and cost savings. Energy and Buildings 43(12), pp. 3657–3665. DOI: 10.1016/j.enbuild.2011.09.040.
• Werner, D. and Kley, W. 1977. Problems of heat storage in aquifers. Journal of Hydrology 34(1–2), pp. 35–43. DOI: 10.1016/0022-1694(77)90061-0.
• Zeiler et al. 2016 – Zeiler, W., Gvozdenovi, K., de Bont, K. and Maassen, W. 2016. Toward cost-effective nearly zero energy buildings: the Dutch situation. Science and Technology for the Built Environment 22(7), pp. 911–927. DOI: 10.1080/23744731.2016.1187552.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).