Технологии солнечной энергетики для термостабилизации грунта в районах вечной мерзлоты

18.10.2021

На новом этапе освоения Крайнего Севера необходимо обеспечить безопасность инфраструктуры в условиях изменяющегося климата. Из-за глобального потепления вечная мерзлота тает, а срок службы зданий и сооружений, построенных на ней, значительно сокращается из-за деформации грунта в основании. По данным Гринпис, на нефтегазовых объектах в России происходит более 7000 аварий в год, вызванных таянием вечной мерзлоты. По оценкам экспертов, ущерб от таяния вечной мерзлоты к 2050 г. может достигнуть 5 трлн. рублей. Минимизировать ущерб можно за счёт внедрения надежной системы термостабилизации грунта в основании сооружений.

Широко применяемые сейчас сезонные охлаждающие устройства замораживают грунт зимой на глубине 10 м и, вообще говоря, не препятствуют его оттаиванию летом, а лишь замедляют его. Причем, чем мягче становятся зимы и жарче лето на Севере, тем меньше эффект от них. Мы же разработали и запатентовали сопоставимую по стоимости технологию, гарантирующую, что грунт в основании не поплывет, нанося материальный и экологический ущерб. С потеплением климата наша система не станет работать хуже.

PV решения вечная мерзлота.png

Основная идея - комплексный подход к термостабилизации и совмещение активных методов с пассивными. Солнечные батареи не только защищают грунт от воздействия солнца и осадков, но и генерируют электроэнергию для теплового насоса, который морозит грунт вблизи поверхности, создавая запирающий слой и препятствуя проникновению тепла вглубь. Причем существует положительная обратная связь - чем больше солнца, тем сильнее охлаждается грунт. Такие системы могут монтироваться вдоль любых линейных объектов, вокруг зданий и на их стенах. Они могут быть любой формы. Мы также рассмотрели вариант использования снежной пушки вместо теплового насоса для сохранения горных ледников.

Стоит отметить, что стоимость сооружений не увеличивается при внедрении нашей технологии - она замещает часть расходов на термостабилизацию, которые уже заложены туда. Кроме того, будут существенно снижены расходы на ремонт и компенсацию различных видов ущерба. Стоимость сооружения предлагаемой нами системы для норильского нефтехранилища составила бы около 20 млн. руб. – сравните ее с нанесенным ущербом.

Кроме того, решения оказывают прямой положительный экономический эффект на проекты сельского хозяйства. Тепло из грунта может использоваться в технологических процессах, для отопления. Например, если отапливать таким образом теплицы, это снизит затраты на местное сельское хозяйство и увеличит продолжительность сезона, обеспечит продовольственную безопасность и лучший уровень жизни в северных регионах. Кроме того, система может обеспечить электричеством системы мониторинга и удаленного контроля защищаемого объекта.

Работающая сейчас экспериментальная установка расположена в Калужской области. На ней проводятся исследования изменения температуры грунта. В данном случае, тепловая нагрузка на нашу систему гораздо выше, чем была бы на Севере, поскольку воздух намного теплее, а снизу нет мерзлоты. Полгода эксплуатации показали положительный результат. Даже при температуре воздуха выше +30 С температура грунта не поднималась выше нуля. Как мы считаем, благодаря той самой положительной обратной связи. Более подробно с системой можно ознакомиться на сайте: http://permafrost.tilda.ws/.

Авторы проекта:  Локтионов  Е. Ю.,  Шараборова Е. С., Шепитько Т. В.


Возврат к списку