Využití geotermální energie z metra D
29. 11. 2024 S metrem D vznikne i rozsáhlé tepelné čerpadlo pro novou čtvrť na Nových Dvorech
Výstavba nové linky metra v Praze je příležitostí pro ojedinělý projekt obnovitelné energie. A hlavní město Praha se rozhodlo této příležitosti využít. Pro budoucí stanici metra D Nové Dvory připravuje tepelné čerpadlo, které bude budovy v okolí stanice v zimě vytápět. A v létě chladit.
Využít geotermální energii se při stavbě metra doslova nabízí. Dává to dokonce větší ekonomický smysl než u rodinných domů, u nichž jsme si na tepelná čerpadla v posledních letech zvykli.
„Když děláte tepelné čerpadlo, kde získáváte teplotu ze Země, musíte vyrobit vrt, který stojí hodně peněz. Ale tunel je v podstatě vrt, a už je hotový. To znamená, že počáteční investice téměř žádné nejsou, protože tunel byste tam udělali tak jako tak. Akorát do něj musíte přidat trubky,“ vysvětluje geotechnik Libor Mařík z firmy Sagasta.
Celému tématu se věnují i následující 2 prezentace:
- Využití geotermální energie metra D
- Tunelová geotermie
Krize pomáhá ocenit potenciál
Je proto až překvapivé, že dosud nebyla geotermální energie při podzemních stavbách dostatečně využita. Klimatická krize spojená s krizí energetickou povzbudila potřebu hledání obnovitelných zdrojů natolik, aby zviditelnila i energii zemského jádra.
A hlavní město Praha se díky své adaptační strategii začalo rozhlížet po nevyužitých příležitostech, jak nahradit fosilní paliva a minimalizovat emise skleníkových plynů. A to ve stejnou dobu, kdy na magistrát míří na schůzku právě Libor Mařík, který se o využití geotermální energie při budování tunelů již desetiletí zajímá a snaží se nabízet její uplatnění.
Kde se zrodil nápad
Projektant Mařík se o technologii využití geotermální energie v tunelech dozvěděl na konferenci v Rakousku v roce 2010. Mluvilo se tam o úseku železničního tunelu Jenbach, do kterého byly umístěny trubky odnímající teplotu z horniny, vedly ji k tepelnému čerpadlu a vytápěly s ní budovu na povrchu.
„Ta technologie se mi strašně líbila, protože mi připadalo, že má perspektivu a že to je velmi jednoduchý systém,“ vzpomíná Libor Mařík.
Zmiňovaná technologie spočívá v tom, že se do konstrukce tunelu přidají takzvané absorbéry, které se skládají z potrubí, jímž proudí teplonosné médium – to je většinou voda s nemrznoucí kapalinou. Tyto trubky v podstatě „obalí“ tunel metra na styku s horninou, která je teplá, protože ji ohřívá energie zemského jádra.
Jak to funguje
„Samotná technologie spočívá v podstatě na principu ledničky. To znamená, že z podzemí vezmete vodu, která má teplotu například 15 stupňů. Tu stlačíte a tím ji ohřejete na vyšší teplotu. Získáte tak vodu o teplotě, která už je zajímavá pro ohřívání budov,“ vysvětluje Libor Mařík princip tepelného čerpadla.
V létě zároveň můžete tepelné čerpadlo nechat fungovat jako ledničku, to znamená používat energii k chlazení budov.
Firma Sagasta, kde Libor Mařík pracuje, šla s nápadem na tepelné čerpadlo v metru do pražského dopravního podniku. Jeho řediteli se nápad líbil, a objednal si studii využití geotermální energie při výstavbě metra D v Praze. Ta ukázala, že potenciál energie okolo trasy linky D je dostatečný na to, aby věc vyplatila. A to zaujalo Martina Bursíka jako předsedu pražské Komise pro klima, a plán na tepelné čerpadlo pro metro D se dal do pohybu.
Mám energii. Co s ní?
Do celého plánu ale zasahuje čas. První úsek metra se již staví, a doplnit do něj novou technologii není možné. Jenže druhý úsek od stanic Olbrachtova – Nádraží Krč až po konečnou stanici Depo Písnice je zatím jen vyprojektovaný, a tam je možné při dobré vůli investora, tj. hlavního města Prahy, udělat úpravy tak, aby nová linka metra geotermální energii využila. A na tom se aktuálně pracuje.
Geotermální energie je teoreticky dostupná po celé trase linky. Jenže mít dostupnou energii nestačí. Je potřeba zajistit její odběr.
„To je hrozně důležité. Pod zemí je perfektní zdroj tepla. Ale když ho nebudete mít komu nabídnout, bude vám k ničemu,“ komentuje to projektant Mařík.
Zajistit odběr je přitom potřeba teď, ještě než začne probíhat samotná stavba, protože je nutné upravit projekt a připravit technologické podmínky v celém řetězci od poskytovatele tepla po jejího odběratele.
Z celého úseku metra D se tak podařilo vytipovat stanici Nové Dvory, kde se potkaly tři pražské městské firmy. První – Dopravní podnik hlavního města Prahy – poskytne teplo. Druhá – Teplo pro Prahu – teplo bude distribuovat. A třetí – Pražská developerská společnost – ho využije pro novou výstavbu v okolí stanice.
Stanice Nové Dvory je zároveň plánovaná jako velká jednolodní stanice s velkou plochou, kde lze energii sbírat, takže její zisk je zajímavý. Výstavba, kterou bude v místě budovat Pražská developerská společnost, přitom časově odpovídá výstavbě úseku a stanice metra Nové Dvory, což je pro realizaci projektu výhodné.
Možná rizika
Z pohledu zvenčí se jedná o poměrně hladký průběh, kterému nic nestojí v cestě. Tak to ale samozřejmě není.
„V České republice je čerpání geotermální energie naprosto ojedinělá věc, která u nás nebyla v tunelových stavbách nikdy použita,“ poukazuje Libor Mařík na výjimečnost projektu.
A s novostí mohou přijít i komplikace. Absolutně nová technologie se bude dodatečně doplňovat už do hotového projektu. A pod zemí jde o každý centimetr plochy, takže dodat do projektu tunelu absorbéry tepla bude technická výzva.
Dobrou zprávou je, že všechny zúčastněné firmy mají o tento projekt zájem, a magistrát je pověřil tím, aby svůj zájem proměnily v realitu.
Zahraniční praxe u sousedů
Navíc, přestože v České republice se dosud geotermální energie nečerpala v tunelových stavbách, její využití jinde je již běžné. A v zahraničí se podobná tepelná čerpadla v tunelech budují s úspěchem již dvacet let. Na prvních místech pomyslného žebříčku využití geotermální energie stojí Rakousko.
Například ve Vídni jsou tímto způsobem vybaveny čtyři hloubené stanice metra (Schottenring, Taborstraße, Praterstern a Messe). Byly dokončené v roce 2008, geotermální energii využívají pro vytápění i chlazení. Absorpční trubky jsou instalovány v betonových prvcích, které jsou i tak nutné z konstrukčních důvodů, jako jsou podzemní stěny, vrtané piloty, základové desky nebo tunely, kterými proudí teplonosné médium, a které tak mohou tepelně aktivovat velké plochy.
Zdrojů energie v metru je více
Možností, odkud v tunelových stavbách získat energii, je řada. Vždy záleží na konkrétní technologii výstavby.
Stanice Nové Dvory bude ražená přímo do horniny, proto se nabízí právě zisk tepla na dotyku tunelu a horniny.
Ale kromě sběru energie přímo z konstrukce metra je ve stanici další výrazný zdroj energie. Výdech tunelu.
„Ve stanici Nové Dvory je komín, který půjde na povrch. A komínem půjde teplý vzduch z podzemí. A my uvažujeme o tom, že bychom čerpali energii nejenom z konstrukce, ale že bychom i kolem komína udělali žebra, která by ohřívala další trubky. Takže by se energie brala nejen z horniny, ale i ze vzduchu,“ popisuje Libor Mařík další možný zdroj energie.
Na podobném principu funguje tepelné čerpadlo ve stanici City Road v Londýně. Využívá se zbytkového tepla z odtahu vzduchu ze stanice, čímž se získává tepelný výkon kolem 1 MWt využívaný k vytápění blízko ležících domů.
Aby se teplo nevyčerpalo
Horninové prostředí může fungovat jako akumulátor.
„Pokud používáte energii v létě pro chlazení, tak vám vzniká zbytkové teplo, jako vzadu na ledničce. A když tohle teplo vezmete a ohřejete s ním horninu, tak si ho uložíte do podzemí a zase ho můžete v zimě čerpat. Není to samozřejmě perpetuum mobile, že byste si v zimě vzala teplo a v létě ho tam vrátila, ale můžete to zbytkové teplo nepouštět do atmosféry, ale vracet ho do horniny,“ doplňuje Libor Mařík další možný aspekt práce s geotermální energií.
Přestože mluvíme o obnovitelné energii, tak se v podzemí může stát, že když není žádný další přísun energie, teplo se vyčerpá a už není co brát. Energie v hornině je totiž naakumulovaná dlouhodobě ohříváním od zemského jádra. Ale pokud ji budeme neustále odebírat, může se stát, že už tam žádná nebude.
Ideální proto je, když kolem absorbérů proudí voda. Ta horninu dále ohřívá, protože proudí z míst, kam absorbéry nedosáhnou.
„Kdyby byl na místě nulový přítok podzemní vody, může se stát, že když energie budeme odebírat moc a nebudeme žádnou vracet, tak to tzv. vymrazíme, a pak už nemáme co čerpat. Proto je velmi důležité správně nastavit poměr čerpání a vracení,“ vysvětluje Mařík.
Kolik vody bude kolem tunelů proudit, se nedá přesně odhadnout. Tím, že se s využitím geotermální energie nepočítalo při geologickém průzkumu před stavbou, nebyl udělaný speciální průzkum zaměřený na geotermii. Studie, v níž Libor Mařík s kolegy využití geotermální energie kalkuloval, vycházela z průměrných hodnot podobného prostředí ve světě, a byla spíše konzervativní, aby nevzbudila přehnaná očekáváním. Výsledek by tedy mohl být spíše lepší, než je odhadováno.
Pokud se využití geotermální energie v metru D osvědčí, mohlo by to vést k většímu využití tohoto zdroje v dalších dopravních tunelech, které se připravují na železnici, dálnicích i silnicích. Zahraniční praxe ukazuje, že se jedná o perspektivní směr, který stojí za to následovat i v České republice.
Aktuálně se staví například nejdelší tunel světa, Brennerský bázový tunel. V místě, kde se tunel razí, má hornina teplotu kolem 35 °C stupňů. A touto geotermální energií je v plánu vytápět část Innsbrucku.
Zahraniční praxe také ukazuje, že je možné doplnit geotermální prvek do projektu až dodatečně, a přesto spolehlivě dodávat teplo i chlad, jak se předpokládalo.
Kdy očekávat výsledek?
Vznik stanice Nové Dvory se odhaduje na rok 2029, kdy by ideálně po nové trase měla vyjet i první vlaková souprava.
V roce 2027 začne město Praha na Nových Dvorech budovat kompletní novou čtvrť. V blízkosti stanice metra má vzniknout polyfunkční centrum s obchody, školkami, školou, kulturním centrem a dalšími službami. Vzniknout by zde mělo až 2 000 městských bytů s množstvím náměstí a parků.
Zdeňka Kováříková, BEZK
Sledujte nás na našich sociálních sítích a nic Vám neučete :-)