مشروع فريد من نوعه يستغل الطاقة تحت الأرض لتدفئة وتبريد المنازل

لا يحتوي منزل إريك ماوتشان المصمم على طراز كيب كود في فرامنغهام، ماساتشوستس، على تكييف هواء مركزي. لذلك عندما تشتد حرارة الصيف، فإن وحدات التكييف الأربع التي يمتلكها والتي تعمل على النوافذ، وجهازي إزالة الرطوبة والمراوح التي تحافظ على برودة المنزل الذي تبلغ مساحته 2600 قدم مربع، تدفع فاتورة الكهرباء إلى ما يقرب من 200 دولار شهريًا.

أما في فصل الشتاء، فترتفع التكلفة الشهرية لتدفئة المنزل بالغاز إلى حوالي 400 دولار شهرياً. تستخدم زوجته، جينيفر، تكتيكًا كلاسيكيًا في نيو إنجلاند لخفض فاتورة الطاقة: تطلب من الأسرة إضافة طبقات من الملابس والبطانيات قبل أن تلمس منظم الحرارة.

وقالت لشبكة CNN: "أنا متشددة بشأن درجة الحرارة، لأنني لا أريد أن أدفع المال لتدفئة المنزل". "لذا، إذا كان ابني البالغ من العمر 13 عاماً يشعر بالبرد، أقول له: "ارتدِ قميصاً من النوع الثقيل وارتدِ سروالاً إضافياً".

ولكن كل ذلك على وشك أن يتغير، حيث تنضم العائلة إلى مجموعة صغيرة ولكنها آخذة في النمو، والتي تستفيد من شبكة من الطاقة تحت الأرض لتدفئة وتبريد منازلها.

لا تزال ولاية ماساتشوستس، مثلها مثل باقي أنحاء نيو إنجلاند، تعتمد بشكل كبير على الوقود الأحفوري الذي يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الكوكب للتدفئة والتبريد. لكن بعض شركات الطاقة تتطلع إلى مصدر طاقة حرارية غير محدود تحت أقدامهم كبديل نظيف.

تكمن المشكلة في أن هذا الخيار يأتي حاليًا بسعر مرتفع مقدمًا، حتى مع أخذ المزايا الضريبية في الاعتبار. فقد يكلف تركيب المضخات الحرارية الأرضية المصدر وحدها، والتي تقوم بتحويل الطاقة الجوفية إلى حرارة منزلية قابلة للاستخدام، عشرات الآلاف من الدولارات. ويمكن أن يتبع ذلك تكاليف إضافية، اعتماداً على حجم المنزل وتركيب مجاري الهواء وغيرها من ترقيات الخدمات الكهربائية اللازمة.

ومع ذلك، من المتوقع أن تكون الفواتير على المدى الطويل أقل بكثير. يمكن أن يؤدي التحول من توصيلات الغاز إلى التدفئة الحرارية الأرضية المتصلة بالشبكة إلى خفض تكاليف الطاقة بنسبة 15 إلى 20%، حسب تقديرات Eversource. كما يمكن أن يقلل أيضًا من التلوث الكربوني للعميل السكني العادي في ماساتشوستس بنسبة تصل إلى 60%، وفقًا لتقديرات المرافق.

عندما أعلنت شركة Eversource عن بناء شبكة تدفئة حرارية أرضية في فرامنغهام - وتقديم تعديلات تحديثية بدون تكلفة لأصحاب المنازل المشاركين - انتهزت عائلة ماوشان الفرصة. قال إريك إنه لولا ذلك لكانوا بحاجة إلى دفع ما يقرب من 100,000 دولار أمريكي لتحديثات الطاقة الحرارية الأرضية المنزلية.

قامت Eversource حتى الآن بتوصيل 37 منزلاً وشركة في فرامنغهام، بما في ذلك محطة الإطفاء، بحلقة الطاقة الحرارية الأرضية المشتركة.

وتفتخر المدينة الآن بأول شبكة مشتركة للطاقة الحرارية الأرضية بقيادة مرفق غاز في البلاد، ويمكن أن تكون نموذجاً لمستقبل التدفئة والتبريد المنزلي النظيف. سيكون هذا الشتاء أول اختبار للنظام.

كيف يعمل

الأرض عبارة عن بطارية حرارية كبيرة. فبينما تتقلب درجة حرارة الهواء الخارجي مع تقلبات الطقس، تبقى درجات الحرارة تحت الأرض بين 50 و60 درجة تقريباً. بالنسبة لمعظم الولايات المتحدة، تكون درجات الحرارة تحت الأرض أكثر دفئاً في الشتاء وأكثر برودة في الصيف. إنه مصدر طاقة متجددة غير محدود يقول بعض الخبراء إنه يمكن أن يساعد في استبدال الوقود الأحفوري الذي يتسبب في ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

وللاستفادة من طاقة الأرض، قامت شركة Eversource بحفر 88 بئراً على عمق حوالي 600 قدم تحت الأرض وتركيب نظام معقد من الأنابيب الأفقية والعمودية تحت الأرض. وتمرر الشركة مزيجاً من الماء ومضاد التجمد من خلالها.

خلال فصل الشتاء، يتم تدفئة السائل الموجود في الأنابيب بواسطة الحرارة النسبية تحت الأرض، ثم يتم نقله إلى وحدة مضخة حرارية مثبتة في المنزل. تقوم المضخة الحرارية بتركيز الدفء وتضخه عبر مجاري الهواء في المنزل للحفاظ على دفء السكان ودفئهم.

تنعكس العملية في الصيف. ونظراً لأن درجة حرارة الأرض أبرد من الهواء داخل المنزل، فإن المضخات الحرارية تسحب الدفء من المنزل إلى الأرض.

من السابق لأوانه معرفة مقدار المال الذي سيوفره التحول إلى الطاقة الحرارية الأرضية على العملاء. تحتاج شركة Eversource إلى دورة تدفئة كاملة واحدة على الأقل - هذا الشتاء - لقياس التغييرات في فواتير العملاء. لكن نيكي برونو، نائبة رئيس قسم التقنيات النظيفة في Eversource، قالت إنها تتوقع أن يقلل نظام الطاقة الحرارية الأرضية من هذه الفواتير.

وقالت: "التكلفة محرك كبير". "نحن حساسون جدًا للتأكد من أن الخدمة آمنة وموثوقة بشكل عام، ولكنها أيضًا فعالة من حيث التكلفة."

ستقوم شركة Eversource بتشغيل النظام التجريبي لمدة عامين، وجمع البيانات حول استخدام الطاقة والتكاليف وأداء النظام ورضا العملاء. سيكون لدى الناس بعد ذلك خيار العودة إلى نظام الغاز القديم أو البقاء على نظام الطاقة الحرارية الأرضية. كما تعتزم الشركة أيضاً نقل ملكية المضخة الحرارية إلى العملاء دون أي تكلفة.

وقال الخبراء إن بيانات المشروع ستكون مهمة لتطوير أنظمة مماثلة في المستقبل.

وقال جيف تيستر، أستاذ أنظمة الطاقة المستدامة في جامعة كورنيل، لشبكة سي إن إن: "كلما حصلنا على المزيد من البيانات من مرافق مثل إيفرسورس، كلما كان ذلك أفضل لنا حتى نتمكن من اتخاذ قرارات مستنيرة" حول نشر المزيد من الطاقة الحرارية الأرضية.

مستقبل مرافق الغاز

أقرت ثماني ولايات، بما في ذلك ماساتشوستس، قوانين تسمح لمرافق الغاز العامة بأن تصبح "مرافق حرارية" - مما يسمح لها فعليًا بإضافة أنظمة الطاقة الحرارية الأرضية بالإضافة إلى الغاز.

وقدمت أربع ولايات أخرى - إيلينوي وكونيتيكت ورود آيلاند وماين - تشريعات مماثلة لم يتم إقرارها بعد. وقد أعربت ما يقرب من 30 شركة مرافق عن اهتمامها بنموذج أعمال تحويل الغاز إلى طاقة حرارية جوفية وفقًا لبيانات من HEET، وهي منظمة غير ربحية للطاقة النظيفة مقرها بوسطن، والتي قدمت المشورة لإيفرسورس في المشروع.

وقال زينيب مجافي، العالم والمدير التنفيذي المشارك في HEET، لشبكة سي إن إن: "نحن نزيد من سخونة كل شيء من حولنا". "إن فكرة أن نتمكن من بناء شبكات حرارية كبنية تحتية بسيطة والاستفادة من كل تلك الطاقة الحرارية الزائدة في العالم المخزنة حولنا، هي فكرة مربحة للجميع."

إن استخدام تكنولوجيا الطاقة الحرارية الأرضية المتصلة بالشبكة للتدفئة ليس بالأمر الجديد في الولايات المتحدة. فالعديد من الجامعات مثل كورنيل وبرينستون يتم تدفئتها بأنظمة الطاقة الحرارية الأرضية. وقال تيستر إن التحدي يكمن في توسيع نطاقها.

وقال: إنه بالتأكيد قابل للتوسع، لكن الأمر يتطلب المزيد من العمل والمزيد من التعاون. "ونأمل أن يحدث ذلك بسرعة، لأن الفوائد طويلة الأجل، وأعتقد أنه يمكن أن يؤتي ثماره من الناحية المالية."

وأشار تيستر أيضًا إلى أن شبكة الطاقة الحرارية الأرضية ليست خالية تمامًا من الوقود الأحفوري. تعمل مضخات Eversource الحرارية من خلال شبكة كهرباء نيو إنجلاند، والتي لا تزال تعتمد بشكل كبير على الغاز الطبيعي.

وبالعودة إلى منزل عائلة ماوتشان، فإنهم متفائلون بشأن سنواتهم القادمة في الاعتماد على الطاقة الحرارية الأرضية - على أمل أن تكون الطبقات أقل هذا الشتاء. قال إيريك ماوتشان إنهم يتخلصون ببطء من وحدات التكييف الخاصة بهم للاستعداد للتبريد الحراري الأرضي خلال فصل الصيف.

وتجري شركة Eversource، التي حصلت مؤخرًا على منحة من وزارة الطاقة وشركة HEET، محادثات بالفعل لإضافة المزيد من المنازل إلى الحلقة.

قالت جينيفر ماوتشان إن أصدقائها وجيرانها يسألونها بالفعل عن كيفية الحصول عليها. وقالت: "الجميع يحسدوننا على وضعنا"، وأضافت: "يسألون متى سيتم توسيعها."