О подршци научном новинарству
Ако уживате у овом чланку, размислите о томе да подржите наше награђивано новинарство претплата. Куповином претплате помажете да се обезбеди будућност упечатљивих прича о открићима и идејама које данас обликују наш свет.
Она делу бруклинске обале, Ривери са 34 спрата изгледа као било који други небодер на препуном хоризонту Њујорка. Али испод његовог темеља, невидљива мрежа бушотина протеже се стотинама стопа у земљу да би искористила Земљин природни резервоар топлоте. Уместо сагоревања фосилних горива, Риверие се ослања на геотермалну енергију; користи стабилну температуру испод земље да загрева станове зими и расхлади их лети. Зграда је део малог, али растућег таласа урбаних геотермалних пројеката који обнављају начин рада грејања и хлађења у густим градовима.
Испод градилишта Риверие-а има 320 бушотина, а програмер Лендлеасе каже да је то чини највећом геотермалном стамбеном зградом у држави Њујорк и највећим високим системом за георазмену у земљи. Људи су почели да се усељавају у зграду прошлог месеца.
За разлику од дубоких геотермалних електрана које користе вруће камене миље испод површине Земље да би произвеле електричну енергију, урбани системи се ослањају на релативно плитку размену енергије. Они користе топлотне пумпе из земље, које користе стабилне температуре само десетинама или стотинама стопа испод земље. У граду, првих 100 метара (328 стопа) земље делује као термални сунђер, упијајући топлоту од људских активности – оно што Филип Блум, професор инжењерске геологије на немачком Технолошком институту Карлсруе, назива подземним градским топлотним острвом. „Када се спустите испод 100 метара“, каже Блум, „прелазите на геотермални градијент“.
У Риверију, цеви у облику слова У зване петље за уземљење су закопане испод зграде како би циркулисале мешавину воде и пропилен гликола, хемикалије за храну која је слична антифризу и апсорбује топлоту из земље. Пумпа унутар зграде користи расхладно средство да пренесе ту топлоту, а затим је пролази кроз компресор да би је концентрисала. Топлота се затим циркулише кроз унутрашњи ваздух зграде. Лети је процес обрнут, враћајући вишак топлоте назад у земљу.
Инсталирање таквог геотермалног система за загревање зграде велике попут Риверие—која има 834 јединице за изнајмљивање плус канцеларије и заједничке просторе—је инжењерски подвиг. Највећи део посла обављен је пре постављања темеља зграде, а геотермални тим је био први на градилишту. Чланови тима су користили двоструку ротирајућу бушилицу за стварање бушотина. (За разлику од обичне бушилице која окреће само унутрашњу цев за бушење, двострука ротациона платформа истовремено ротира спољно челично кућиште и унутрашњу цев за бушење.) Ово је спречило да се лабава, натопљена стена и земља на обали уруше у рупу, држећи је равном и стабилном.
„Бушотине су избушене 499 стопа у земљу, дубље него што је зграда висока“, каже Мег Сприггс, директор развоја у Лендлеасеу. „Свака опрема завршила је нешто више од једне бушотине дневно. Рупе су пречника око 4,5 инча и међусобно размакнуте 15 стопа.
Сприггс каже да се подземна геологија на локацији Риверие углавном састоји од стене, „идеалног медијума за ефикасну топлотну размену“. Међутим, због близине локације Ист Риверу, рупе су морале бити заштићене од подземних вода у тлу изнад стене. Инжењери су за ово користили челично кућиште, а цеви од полиетилена високе густине — материјала отпорног на корозију дизајнираног за дуготрајну употребу — уграђене су у ојачане рупе.
Дужина свих цевовода износи око 65 миља, каже Сприггс, иако је локација само 2,6 хектара. Те цеви се на крају повезују са 1.100 топлотних пумпи у целој згради.
Скоро чим се заврши, овај замршени систем постаје заувек невидљив када се преко њега поставе темељ, а затим и сама зграда, не остављајући простора за грешке. „Цео ваш систем грејања и хлађења зависи од (геотермалног система) и закопан је испод зграде, тако да квар није опција“, каже Тим Вебер, суоснивач и извршни директор компаније Диверсо Енерги, која је изградила више пројеката сличних Риверију у Торонту.
Успех није само питање правилног инсталирања геотермалног система; управљање њиме је једнако критично. „Ако се поље бушотине не надгледа и не управља, питање је када ће се прегрејати“, каже Вебер. „Такође вам је потребна прилика да одбаците вишак топлоте како бисте помогли у равнотежи зграде.“ Један од начина да се избалансира температура је коришћење вишка топлоте лети за претходно загревање воде у згради пре него што оде у котао.
Гледано одозго 2023. године, парцела од 2,6 хектара представљала је тесну стиску за инжењере, који су морали да спакују отприлике 65 миља цеви у компактну површину.
Исмаил Фердоус/Блоомберг преко Гетти Имагес
Пошто једноставно преноси топлоту, а не производи је, очекује се да ће Риверие смањити годишње емисије угљеника из грејања и хлађења за 53 процента у поређењу са традиционалним стамбеним зградама. Како државе и градови уводе строга ограничења емисија у зградама, забране гаса и нулте циљеве, технологије које могу да испоруче ову врсту поуздане топлоте са ниским садржајем угљеника постају све више неопходне.
Дакле, шта ће бити потребно да више градова постане геотермално?
Упркос томе што су оперативни трошкови временом нижи, високи почетни трошкови инсталирања геотермалног система су највећа препрека. За Риверие, Сприггс каже да је „било нешто мање од 6 процената унапред премије на укупне трошкове изградње. Током 25 година, ови трошкови су надокнађени нижим годишњим оперативним трошковима и заштитом од (емисионих) казни.“
Да би у потпуности заобишао ту капиталну баријеру, Диверсо је имплементирао пословни модел „енергија као услуга“: компанија не само да буши и одржава геотермалне системе, већ постаје и добављач ХВАЦ (грејања, вентилације и климатизације) за становнике зграде, који компанији плаћају фиксну цену током целе године. „Геотермална не би требало да се сматра делом опреме или продужетком зграде“, каже Вебер. „То је енергетска инфраструктура, а део пословног модела је и третира као такву.
Правила за издавање дозвола и грађевински прописи такође могу бити препрека. Области које желе да омогуће ширу примену геотермалне потребе морају да успоставе политике које су погодне за ове системе. „Градовима је потребна стратегија урбаног управљања подземљем“, каже Блум. „Имате овај простор испод града и више људи жели да га користи, тако да морате да оптимизујете простор за ове врсте система.
Вебер је оптимиста да ће градови и компаније одговорити изазову. „Ако је град довољно храбар да створи агресивну климу и мандате за декарбонизацију, приватни сектор ће изаћи са технолошким и пословним решењима да одговори“, каже он, додајући да је у Торонту листа програмера који не размишљају о геотермалној сада мања од оних који јесу.
