Описание
Климатические изменения в Арктике происходят в 2-3 раза быстрее, чем в среднем на планете. В частности, повышается температура грунта. При этом существующие системы термостабилизации начинают работать на нерасчетных режимах (Транснефтью показано снижение фактической холодопроизводительности термосифонов наполовину по сравнению с расчетной), что в конечном итоге приводит к снижению несущей способности грунтов в основании сооружений на 25-75%, а значительная часть инфраструктуры уже имеет существенный износ. Её разрушение может обернуться значительными материальными потерями, экологическим ущербом, необходимостью огромных затрат не реконструкцию или полную замену.
Пассивные системы термостабилизации, как сезонные охлаждающие устройства, не гарантируют сохранение грунта в мерзлом состоянии - они в основном способствуют лишь уменьшению срока существования грунта в талом состоянии. Активные же системы, использующие холодильные машины, требуют значительных эксплуатационных затрат, связанных с необходимостью подвода электроэнергии.
По оценке министра природных ресурсов и экологии РФ А. Козлова, к 2050 г. суммарный ущерб, который может быть нанесён при отсутствии мониторинга и своевременного реагирования на таяние вечной мерзлоты, может составить не менее 5 трлн. руб.
Таким образом, рыночный потенциал составляет десятки млрд. рублей ежегодно. Причем он будет увеличиваться с дальнейшим потеплением климата и реализацией новых проектов в Арктике (до 2055 г. уже запланировано на 3 трлн. руб).
Защиты от деформации многолетнемерзлых грунтов требуют здания и сооружения на месторождениях, технологические трубопроводы, дороги, береговая инфраструктура, взлетно-посадочные полосы и т.д. Реализация тех или иных защитных мероприятий неизбежна, т.к. результатом большинства аварий будет нанесение ущерба окружающей среде. Существующие решения с одной стороны, хорошо испытаны, их реализация обеспечена нормативно-правовой базой, с другой – они становятся недостаточными в изменяющемся климате.
Кроме снижения несущей способности оснований сооружений, таяние вечной мерзлоты способствует высвобождению парниковых газов (за что с предприятий, всвязи с деятельностью которых это происходит, могут взиматься экологические сборы), а также ртути, законсервированных вирусов и архей. Причем эти явления наиболее выражены для слоев грунта 0-40 (СО2, грибы, археи) и 40-80 см (СН4), сохранению которых в мерзлом состоянии существующие технологии термостабилизации практически не способствуют.
Гарантированное поддержание грунта в мёрзлом состоянии существенно снижает текущее воздействие на окружающее среду и риск возникновения аварий, сопряжённых с большим экологическим ущербом. До сих пор системы гарантированной термостабилизации опирались либо на ископаемое топливо, либо на сетевую электроэнергию и были крайне дороги. Мы предлагаем существенно повысить энергоэффективность, использовать бесплатную солнечную и ветровую энергию и реализовывать попутную продукцию, что существенно снижает стоимость гарантированной стабилизации и позволяет сделать технологию прибыльной.
Суть предлагаемого нами способа заключается в следующем. Над поверхностью защищаемого участка и/или вблизи него расположены солнце-осадкозащитные навесы со встроенными в них фотоэлектрическими или тепловыми преобразователями солнечного излучения. Навесы позволяют минимизировать поступление тепла в грунт, а в зимнее время препятствуют снегонакоплению, что способствует лучшему промораживанию грунта. Преобразованная энергия солнечного излучения используется для привода теплового насоса, грунтовые зонды которого расположены на небольшой глубине (20–50 см) под защищаемой поверхностью, создавая запирающий слой, препятствующий проникновению тепла вглубь грунта.
Значительная тепловая инерция грунта избавляет систему от главной проблемы альтернативной энергетики – необходимости поддержания баланса нестабильной генерации и приоритетного потребления – здесь энергия может использоваться по мере выработки без специальных накопителей.
Предлагаемая нами технология может быть реализована для любых зданий и сооружений; для преобразования пучинистых сезонномёрзлых грунтов в многолетнемёрзлые; предоствращения термокарстовых явлений и обрушения берегов, газопроявлений; при строительстве тоннелей. Поскольку протаивает лишь небольшой приповерхностный слой, при реализации технологии значительно улучшается экологическая обстановка в части эмиссии парниковых газов и тяжелых металлов и снижения рисков биологических инвазий.
Важнейшей рыночной особенностью предлагаемой технологии является то, что она может генерировать доходы за счет реализации тепловой энергии, отводимой из грунта, и, в меньшей степени, избытков электроэнергии (важнее не столько количество поставляемой энергии сколько ее доступность на всем защищаемом объекте, например, для систем контроля и мониторинга).
Проект опирается на существующую динамически развивающуюся элементную базу - солнечные батареи и тепловые насосы. Стоимость которых, благодаря росту объемов производства, снижается на 25 и 10% в год соответственно. Система строится таким образом, что может быть легко масштабирована от нескольких квадратных метров до практически любой площади.
Стадия готовности - Продукт
Уникальное преимущество
Не установлено
Интеллектуальная собственность
Не установлено
