ГЕЛИОСИСТЕМА ХОЛОДОТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Состоит из:
гелиохолодильника — установки для выработки среднетемпературного холода, хладомёт (компрессор) которого работает от разности температур между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которыми служат солнечный соляной пруд и котлован со льдом;
теплогенератора системы отопления, горячего водоснабжения и сушки, теплообменник которого воспринимает теплоту придонного слоя искусственно созданного аккумулятора теплоты — солнечного соляного пруда;
хладогенератора системы летнего кондиционирования, теплообменник которого воспринимает холод аккумулятора холода — котлована со льдом;
теплового насоса — установки для выработки тепла, хладомёт (компрессор) которого работает от энергии сгорания органического топлива, а поступление теплоты обеспечивается за счет изъятия ее из талой воды, искусственно созданного аккумулятора — котлована, который летом аккумулирует солнечную энергию, неиспользованную в термодинамических циклах водомёта (двигателя Стирлинга), хладомёта;
подогревателя системы зимнего поддержания микроклимата в помещениях, теплообменник которого воспринимает для подогрева наружного зимнего воздуха с температурой ниже минус 5 – 10 ⁰С теплоту талой воды искусственно созданного аккумулятора — котлована, который летом аккумулирует солнечную энергию, неиспользованную в термодинамических циклах водомёта (двигателя Стирлинга), хладомёта.
Поскольку вопросы холодотеплоснабжения являются самыми востребованными для наших сибирских условий рассмотрим гелиосистему холодотеплоснабжения более подробно.
Для суровых климатических условий Омской области одним из источников теплоснабжения часто рассматривается использование геотермального тепла.
Экономическая эффективность применения геотермального тепла зависит от многих факторов, основными из которых являются стоимость (из-за технологических и геологических трудностей стоимость бурения возрастает экспоненциально с увеличением глубины бурения) скважин, начальная, пластовая температура воды (сухой породы), дебит скважины и полезно используемый теплоперепад в энергоустановке. Между температурой, выведенной на поверхность воды (флюида) и её дебитом существует прямая зависимость. Чем выше дебит, тем меньше потери тепла и тем меньше температура воды на устье отличается от её температуры в пластовых условиях.
Известно, что геотемпературное поле каждого участка земной коры индивидуально, в частности в Западносибирском бассейне, в том числе и в Омской области.
Одной из основных причин, влияющих на геотермический режим недр, является динамика (движение) подземных вод в Северный Ледовитый океан. Чем как не этим движением можно объяснить более низкую температуру подземных вод, в частности, в южной части Омского региона на глубинах до 2500 – 3000 м, примыкающих к главным областям питания бассейна (Казахский мелкосопочник, Алтай, Саяны). В рыхлых отложениях региона, мощностью до 3 – 4 км, заключен ряд водоносных комплексов, медленное движение вод в которых направлено с юго-востока и юга, от главных областей питания, на север и северо-запад — к областям стока [Маврицкий Б.Ф. Геотермическая зональность Западно-Сибирского артезианского бассейна. Изв. АН СССР, серия геол. 1960. № 3, С. 72 – 83].
Одной из важнейших особенностей геотемпературного поля Западносибирского бассейна является его существенная нестационарность, возникшая в результате изменений климата, ледникового периода. В ледниковый период при формировании криолитозоны геотермический режим был существенно преобразован до глубины 3 – 3,5 км. Расчеты [Курчиков А.Р., Ставицкий Б.П. Геотермия нефтегазоносности областей Западной Сибири. М.: Недра, 1987. 134 с] показывают, что при изменении температуры нейтрального слоя на 5 – 20 ⁰С (ледниковый период — наше время), время установления стационарного режима равно 0,4, 0,8, 1,2 и 2,1 млн лет для отложений мощностью соответственно 1, 2, 3 и 5 км.
Современные геотермальные градиенты в зоне Западной Сибири (56 ⁰ северной широты) до глубин 2 – 2,5 км характеризуются меньшими по сравнению с нормальными величинами. Особенно сильное отклонение отмечается на глубинах до 1 км (40 – 60 % нормального градиента). Это является следствием длительного существования здесь толщи мерзлых пород её последующего, сравнительно быстрого протаивания. Породы осадочного чехла, охлажденные за несколько тысячелетий существования криолитозоны до 25 – 30 ⁰С по всему разрезу, одновременно с деградацией мощной толщи многолетнемерзлых пород вступили в фазу интенсивного прогревания. Медленное прогревание указанной толщи может быть объяснено наличием двух теплоизолирующих глинистых толщь. Нижняя глинистая толща в Омско-Тарском Прииртышье имеет мощность 170 – 350 м и располагается на глубине 1900 – 2300 м, а верхняя имеет мощность 500 – 800 м и залегает на глубине 170 – 300 м.
Как видим из приведенного, использование приповерхностного геотермального тепла на территории России, имеет свои ограничения. А для использования глубинного тепла на юге Сибири требуется, как правило, бурение глубиной более 4 км, что не под силу предприятиям, строящим объекты малой энергетики.
А неэффективность традиционного централизованного теплоснабжения в малых поселениях, подтверждается математической моделью управления аварийными запасами материально-технических ресурсов на их объектах в случае аварийного ремонта.
Рассмотрим модель оптимизации времени выполнения аварийных строительно-монтажных работ по источнику [Кузнецов П.А. Организационная надежность управления ресурсным обеспечением при переустройстве аварийных объектов // Жилищное строительство. 2006. № 1. С. 5 – 6], в том числе, когда снабжающая организация (склад) находится далеко.
Момент отказа — случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону:
Потребность в трубах для аварийных строительных работ , также случайная величина, распределенная по экспоненциальному закону:
В момент времени завезено определенное количество труб . При этом стоимость доставки труб на место складирования при удельной стоимости будет равна:
Если этого запаса хватает для восстановления работоспособности трубопровода (), то продолжительность ремонтно-строительных работ определим временем Если этого запаса не хватает (), то продолжительность ремонтно-строительных работ определим временем Ущерб от недопоставки транспортируемого по трубопроводу продукта (тепла) потребителям (в единицу времени) определим величиной Таким образом, можно определить средние затраты на материально-техническое обеспечение строительства для устранения аварийной ситуации по отношению:
где . Это для случая, когда отдаленность затрат во времени не учитывается и интервал времени никак не влияет на затраты.
Таким образом, если выполняется неравенство то ограничение автоматически учитывается. Отсюда следует, что величина должна быть достаточно малой. Тогда существует минимум.
Если а это происходит при очень большой стоимости , то минимум не существует, т.е. не существует оптимального решения задачи материально-технического обеспечения ресурсами малых поселений в аварийных ситуациях на теплотрассах.
