Тепло со дна озера — в Женеве уже реальность!

Уже сейчас для многих зданий в Женеве озеро, находящееся у них в буквальном смысле за порогом, является надежным источником как тепла, так и прохлады. Reuters

Швейцария богата озерами, которые обладают не только туристическим, но и огромным энергетическим потенциалом. Воду озёр можно использовать как для отопления, так и для охлаждения зданий. В Женеве такого рода технологии уже применяются в знаменитом Дворце Наций, штаб-квартире европейского Отделения ООН. Читайте в нашем материале о перспективах и границах возобновляемых источников энергии. 

Что общего у Международного Комитета Красного Креста (IKRK), Международной организации труда (ILO) и штаб-квартиры европейского Отделения ООН? Как выясняется, объединяет их не только знаменитый «дух Женевы», но и нечто гораздо более осязаемое, а именно, вода Женевского озера, циркулирующая по трубам систем кондиционирования воздуха в зданиях, где расположены упомянутые структуры международной многосторонней дипломатии.

Как рассказал нам Клифф Мёшинг (Cliff Moesching), начальник отдела теплоснабжения в женевском «Управлении городского хозяйства и инженерных коммуникаций» («Services industriels de Genève», «SIGВнешняя ссылка»), метод, который используется в рамках такого рода систем, довольно-таки прост: «Мы забираем воду на определенной глубине, там, где её температура более-менее постоянна, и прогоняем по системе специальных трубопроводов, проложенной в том или ином здании. Затем мы сбрасываем воду обратно в озеро».

Несмотря на кажущуюся простоту метода, на его основе в Женеве с 2009 года реализуется уже целый проект под торжественным названием «Женевское озеро Наций» («Genève Lac Nations», «GLNВнешняя ссылка»). Цель проекта — создать интегрированную систему кондиционирования зданий штаб-квартиры ООН и других международных организаций, размещенных в Женеве. «Особенностью же этой системы является тот факт, что ее можно использовать не только для охлаждения, но и для отопления», — говорит Клод Мёшинг.

80% экономии

Мы встречаемся с господином Мёшингом на берегу Женевского озера, у самой кромки воды, но не для того, чтобы полюбоваться на захватывающие виды. На сей раз задача у нас куда более прозаичная — разобраться в том, как водой из озера можно отапливать здания? Клод Мёшинг показывает в сторону акватории озера и предлагает примерно представить себе точку, которая находится на расстоянии в 2,5 километра от берега и на глубине в 40 метров. Именно там и расположен мощный водозабор, способный закачивать в систему отопления и кондиционирования до 2,7 миллионов литров воды в час.

Монтаж водяного коллектора на Женевском озере. SIG

«Там, на глубине, температура воды стабильна круглый год, находясь в диапазоне от 6 до 10 градусов тепла по Цельсию», — поясняет К. Мёшинг. Сначала отобранная вода попадает в подземный резервуар недалеко от берега, после чего, через специальную систему труб, она перекачивается в теплообменник (конденсатор), подключенный к системе кондиционирования, которая потом может обслуживать как жилые и деловые здания и помещения, так и, например, вычислительный или серверный центр.

«Мы полностью исключили контакт озерной воды с другими техническими жидкостями или субстанциями. Вот почему после использования она остается чистой, и ее можно без проблем вернуть обратно, прямо в озеро», — уточняет Клиф Мёшинг. Для обогрева зданий используется тот же принцип, с той только разницей, что в этом случае мы уже имеем дело с так называемым «тепловым насосом», вода в котором циркулирует, находясь под высоким давлением. Конечно, следует учитывать, что на обогрев зданий приходится тратить больше электроэнергии, чем на их охлаждение (понятно ведь, что тепловой насос не может работать без электричества).

«Однако в целом экологический баланс такой технологии выглядит куда более привлекательным, особенно на фоне вредного воздействия на окружающую среду традиционных систем отопления и кондиционирования, работающих на минеральном топливе, как правило, на мазуте», — говорит Клиф Мёшинг. «При производстве тепла таким способом объемы выбросов углекислого газа сокращаются на 80%, а при охлаждении мы тратим электроэнергии на 80% меньше, чем обычно».

Озера в эпоху глобального потепления 

«Если мы действительно намерены найти решение проблем, связанных с обеспечением устойчивого энергоснабжения и с постепенным сокращением объемов углекислоты, выбрасываемых в атмосферу, то тогда использование потенциала озер для обогрева и охлаждения жилых и прочих помещений действительно выглядит привлекательным вариантом».

Система трубопроводов, по которой циркулирует вода из Женевского озера, работает автономно, то есть она не связана с обычной системой отопления и охлаждения здания. (SIG) swissinfo.ch

Таково мнение швейцарского федерального «Агентства по вопросам водоснабжения, очистки сточных вод и защиты национальных водных ресурсов» («Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz» — «EawagВнешняя ссылка»). В самом деле, по расчетам экспертов Агентства, одно только Боденское озеро способно за зимний сезон дать 1 ГВт тепловой энергии. 

Это соответствует потенциалу современной АЭС и покрывает потребности одного миллиона человек, и это при том, что отвод тепла в таком объеме понизит среднюю температуру воды в озере всего на 0,2°C, что не окажет какого-либо негативного влияния на температурный баланс водоема. Нужно учитывать еще и тот факт, что понижение температуры воды в Боденском озере будет, скорее всего, компенсировано повышением температуры атмосферного воздуха, вызванным так называемым «парниковым эффектом».

Таков прогноз Альфреда Вюста (Alfred Wüest), эксперта, работающего в «Eawag», и одного из авторов упомянутого выше исследования. К похожим выводам пришли недавно и специалисты Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). По их подсчетам, глобальное потепление даст Боденскому озеру до конца текущего столетия дополнительной энергии в размере порядка 40 ГВт.

Как предполагает Альфред Вюст, этот показатель можно вполне экстраполировать и применительно к другим естественным водоемам Конфедерации. Повышение температуры воды Женевского, Невшательского, Цюрихского, Фирвальдштетского и Тунского озёр только на 1 градус даст нам «лишней энергии» в объеме до 60 ГВт.

Энергия озер и рек

Уже в 1938 году в Цюрихе в здании кантонального парламента был установлен тепловой насос, работавший на основе воды из реки Лиммат. В Санкт-Морице вода из местного озера используется с 2007 года для обогрева отеля, школы и ряда жилых зданий.

В Женеве в настоящее время такие энергетические технологии используются в рамках проекта «GLN» (на данный момент это самый крупный в Швейцарии проект такого рода).

Кроме того, вода Женевского озера используется для отопления и охлаждения помещений Федеральной политехнической школой Лозанны (EPFL), а также целым рядом отелей и фирм, расположенных на побережье Женевского озера.

На основе воды озера Луга́но (итал. Lago di Lugano или Ceresio) в кантоне Тичино производится охлаждение систем «Швейцарского национального центра суперкомпьютеров» («Swiss National Supercomputing Centre»).

В городе Хорв (Horw) в кантоне Люцерн недавно властям было подано ходатайство на получение лицензии, которая позволяла бы использовать воду Фирвальдштеского озера для охлаждения и обогрева запланированного делового и жилого квартала. Общая площадь недвижимости будет составлять здесь по меньшей мере 1,1 млн. кв. м.

С энергетико-технической точки зрения использование вод крупных швейцарских озер выглядит очень разумным делом, отмечают в «Федеральном ведомстве Швейцарии по делам энергетики» («Bundesamt für Energie» — «BFEВнешняя ссылка»). Признают чиновники и тот факт, что соответствующие технологии можно использовать «в обе стороны».

«И если, например, клиники, жилые дома и школы нуждаются, прежде всего, в тепле, то Центры хранения и обработки данных (ЦХОД), а также предприятия розничной торговли, напротив, очень зависят от наличия эффективных систем охлаждения», — говорится в письменном ответе «BFE», направленном в адрес портала swissinfo.ch.

«В этом смысле Швейцарии повезло в особенной степени», — добавляет Альфред Вюст. «Нигде еще в мире, за исключением Северной Америки, озера не находятся так близко к большим городам и жилым агломерациям, как в Конфедерации. Грех было бы не использовать это обстоятельство. В Северной Европе, например, тоже немало озер, но на их берегах там практически никто не живет».

Каково влияние на экосистему?

В «Федеральном ведомстве по делам энергетики» призывают учитывать тот факт, что использование потенциала внутренних вод Швейцарии, в том числе и их энергетического потенциала, регулируется строгими требованиями в области защиты водных ресурсов и окружающей среды.

«Агентство по вопросам водоснабжения, очистки сточных вод и защиты национальных водных ресурсов» с этим утверждением согласно не в полной мере, напоминая, что в реальности вопросы, связанные с температурной нагрузкой на водоемы, возникающей либо при заборе тепла из них, либо при сбросе нагретой воды обратно, никак не регулируются.

На сегодняшний день в этой сфере еще не разработано каких-то предельных нормативов и не проведена официальная, научно обоснованная, «красная черта», за которой могут начать происходить качественные изменения экологических параметров.

Пока же ученые более или менее четко уверены только в одном: снижение или повышение средней температуры водоема на 1 градус Цельсия никаких последствий для его экологии не имеет. Примером здесь может послужить Женевское озеро: вода, использованная в системах кондиционирования и отопления, и сброшенная в него обратно, ровным счетом никак на экологию водоема не воздействует. 

Об этом, в частности, заявили недавноВнешняя ссылка ученые НИИ, работающего при Женевском Университете и носящего имя Франсуа-Альфонса Фореля (François-Alphonse ForelВнешняя ссылка; 1841 — 1912), знаменитого швейцарского учёного-естествоиспытателя, профессора медицины, врача и натуралиста, считающегося основателем лимнологии, раздела гидрологии, изучающего химические и биологические особенности озёр и других пресных водоёмов, в том числе и водохранилищ.

«Мы считаем, что экологические последствия сброса теплой воды в крупные озера являются пренебрежимо малыми, и что они не оказывают какого-либо заметного негативного влияния на разнообразие существующей в этих водоемах флоры и фауны», — пояснила специально для портала swissinfo.ch Пьеретта Рей (Pierrette Rey), пресс-секретарь швейцарского отделения «Всемирного фонда дикой природы» («WWF»).

«Разумеется, мы должны оставаться начеку и внимательно отслеживать возможные негативные последствия, связанные с этим методом, каковые, в самом деле, теоретически могут иметь место в случае, если, например, уже теплая вода будет нагреваться и дальше, ведь ясно, что сбрасывать в озеро кипяток недопустимо», — подчеркнула она.

«Электричество и газ тоже были убыточны»

Все это хорошо, однако сегодня уже недостаточно иметь только мощный возобновляемый источник энергии, доступный в любое время дня и года. Ведь затем возникает вопрос доставки этой энергии конечным потребителям. Казалось бы, проблем тут нет, с учетом наличия в той же Женеве развитой системы централизованного теплоснабжения. Жульен Дюкрес (Julien Ducrest), инженер-наладчик теплового оборудования в женевском «Управлении городского хозяйства» («SIG»), с этим согласен.

Однако он указывает, что такая система «имеет смысл только при наличии высокой плотности населения. Трубы для доставки холодной и горячей воды имеют, как правило, довольно большой, — до одного метра, — диаметр, а потому их прокладка связана с необходимостью проведения серьезных строительно-монтажных работ, что всегда оборачивается большими неудобствами и серьезным деструктивным вмешательством в сложившуюся городскую среду».

Поэтому в Женеве давно уже пытались найти некую альтернативу, каковая и была предложена городу в лице уже упоминавшегося проекта «GLN». В начале 2000-х гг. базовую основу проекта (шесть километров труб стоимостью в 33 млн франков) удалось реализовать в рамках проекта реконструкции инженерной инфраструктуры квартала, на территории которого сейчас расположено большинство штаб-квартир международных организаций системы ООН.

Старые здания были подвергнуты капитальному ремонту, а новые возведены в соответствии с самыми современными энергетическими стандартами, которые позволили подключить их к сети «GLN». В настоящее время она объединяет примерно два десятка домов и офисных комплексов, однако амбиции инженеров и специалистов из «SIG» простираются куда дальше. Сейчас они разрабатывают проект, в рамках которого системой «гидротермального» отопления, кондиционирования и климатизации зданий будет охвачен весь центр Женевы.

«Для того, чтобы осилить такой проект, необходимы очень серьёзные ресурсы», — заявил недавно генеральный директор «SIG» Кристиан Брунье (Christian Brunier) в интервью газете «Tribune de Genève». «Пока все проекты, реализуемые нами в области „гидротермального“ отопления, являются убыточными. Но это нормально. В прошлом точно также обстояло дело с внедрением электричества и газа. Для них тоже требовалось создавать соответствующие сети, поэтому я убежден, что через 15-20 лет энергия тепла со дна Женевского озера станет у нас в городе одним из важнейших моторов экономического и технологического развития».

Не более 3ºC

В швейцарском федеральном «Водном кодексе» («GewässerschutzverordnungВнешняя ссылка» / «Ordonnance sur la protection des eauxВнешняя ссылка»), закреплено следующее положение:

«Допустимое изменение температуры воды в результате забора или сброса тепла не должно превышать 3ºC по сравнению с естественным состоянием водной среды.

Температура вод, отведенных для естественного обитания форели, не должна меняться более чем на 1,5ºC».

Тепловой насос

Устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине.

Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная.

Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту.

По прогнозам Международного энергетического агентства, тепловые насосы будут обеспечивать 10% потребностей в энергии на отопление в странах ОЭСР к 2020 году, и 30% — к 2050 году.

Источник: Википедия

Перевод на русский и адаптация: Людмила Клот