عندما تسقط مياه الأمطار ، تتسرب إلى طبقة المياه الجوفية ، أو طبقة من الصخور المسامية أو المواد السائبة مثل الرمل أو الحصى. منذ آلاف السنين ، كان البشر يحفرون في هذه المجموعات من السوائل لجلب مياه الشرب. لكن الاهتمام يتزايد باستخدام ذكي آخر لهذه البرك الجوفية: تخزين الطاقة الحرارية للخزان الجوفي ، أو ATES.
تحتوي البطارية على طاقة لاستخدامها لاحقًا. يمكن الاستفادة من طبقات المياه الجوفية للقيام بشيء مماثل: يمكنها استغلال الخصائص العازلة للأرض للحفاظ على الطاقة الحرارية ونقلها من وإلى المباني فوق الأرض. تميل درجة حرارة الماء في الخزان الجوفي إلى الاستقرار إلى حد ما. يوفر هذا طريقة لتسخين وتبريد الهياكل المجاورة بالطاقة المخزنة في الماء ، بدلاً من حرق الغاز الطبيعي في الأفران أو الاستفادة من الكهرباء المشتقة من الوقود الأحفوري لتشغيل مكيفات الهواء.
تتكون أنظمة ATES من بئرين منفصلين – أحدهما دافئ والآخر بارد – يمتدان بين السطح وخزان المياه الجوفي أدناه. في الشتاء ، تقوم بضخ المياه الجوفية من بئر دافئ تبلغ درجة حرارته حوالي 60 درجة فهرنهايت ، ثم تقوم بتشغيلها من خلال مبادل حراري. إلى جانب المضخة الحرارية ، تستخلص هذه العملية الحرارة من المياه الجوفية للحفاظ على دفء الأجزاء الداخلية للهياكل.
ثم تضخ تلك المياه الجوفية الأكثر برودة الآن إلى أسفل البئر الثاني. يمنحك هذا بركة ماء باردة – حوالي 45 درجة فهرنهايت – لضخها خارج في الصيف لتهدئة المباني. “تقوم بتسخين المياه الجوفية عن طريق إخراج الحرارة من المبنى وحقنها مباشرة في البئر الآخر” ، كما يقول عالم الهيدروجيولوجيا مارتن بلومندال ، الذي يدرس ATES في جامعة ديلفت للتكنولوجيا في هولندا. “ثم في الشتاء ، تستخرج من بئرك الدافئة.” تتناوب هذه العملية إلى أجل غير مسمى مع مرور الفصول لأن المياه الجوفية يتم إعادة استخدامها ، وليس استهلاكها. يمكن للنظام حتى الاستفادة من طبقات المياه الجوفية قليلة الملوحة أو الملوثة التي لا يمكن استغلالها لمياه الشرب.
نظرًا لأن مضخات المياه وغيرها من المعدات تعمل بالطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح ، فإن تخزين الطاقة عالي الكفاءة هذا من شأنه أن يقلل من الطلب على الوقود الأحفوري ويمنع دخول الكثير من الكربون إلى الغلاف الجوي. التدفئة والتبريد مسؤولان عن ثلث استهلاك الطاقة في الولايات المتحدة ، ونصف استهلاك الطاقة في أوروبا. في الواقع ، ورقة جديدة في المجلة الطاقة التطبيقية وجدت أن ATES يمكن أن تقلل من استخدام الغاز الطبيعي والكهرباء في تدفئة وتبريد المنازل والشركات الأمريكية بنسبة 40 في المائة.
إنها طريقة لتخزين كميات هائلة من الطاقة لفترات طويلة – بطارية من نوع ما تحت الأرض ، وجاهزة دائمًا للاستغلال. يقول إريك بيرنز ، رئيس هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لمشروع تحقيقات موارد الطاقة الحرارية الأرضية: “في مدينة محلية ، يمكنك تخزين الحرارة ، ويمكنك تخزين البرودة ، والآن لست مضطرًا لدفع ثمن ذلك لاحقًا”. (تعد هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية جزءًا من اتحاد دولي جديد يبحث في الطاقة الحرارية الأرضية على مستوى المدينة.) “الشيء الرائع في الأمر أنه لا يحتاج إلى معادن مهمة ، مثل البطاريات.”
هذه التقنية مثالية للمباني الكبيرة ، مثل المستشفيات ، أو مجموعة من المباني ، كما هو الحال في حرم الكلية ، لأنها يمكن أن تشترك في منشأة مخصصة للبئر وغيرها من المعدات. ستكون فعالة بشكل خاص في أوقات ارتفاع الطلب على الشبكة. في الولايات المتحدة ، يرتفع الطلب في فترات بعد الظهر في أواخر الصيف عندما يقوم الناس بتشغيل وحدات التكييف المتعطشة للطاقة. يستخدم ATES طاقة أقل بكثير ، مما يخفف الحمل على الشبكة ويساعد على تجنب الأعطال. إذا لم يكن بإمكان هذه الأنظمة تشغيل الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح فحسب ، بل دعمها أيضًا بشبكة موزعة من بطاريات الليثيوم أيون ، فقد تكون مرنة ضد انقطاع التيار الكهربائي تمامًا.
