Современные тенденции использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли в целях устойчивого развития

Цель: рассмотреть современные тенденции в области использования низкопотенциальной тепловой энергии Земли посредством геотермальных теплонасосных систем (ГТСТ), обобщить их преимущества, проблемы и перспективы внедрения в России. В статье приведён анализ принципов работы и конструктивных решений геотермальных систем, рассмотрены критерии эффективности, термодинамические основы, а также геоэкологические риски и преимущества их эксплуатации. Показано, что использование ГТСТ способствует снижению выбросов парниковых газов, уменьшению эффекта «теплового острова» в городах и улучшению качества атмосферного воздуха. Особое внимание уделено вопросам нормативного регулирования, технологическим барьерам и методам минимизации геоэкологических рисков при проектировании систем. Отмечена высокая энергоэффективность и экологическая устойчивость технологии, при этом указаны факторы, ограничивающие её широкое внедрение в России.

Геотермальные теплонасосные системы являются ключевым элементом устойчивой энергетической трансформации, способствуя декарбонизации, оптимизации теплового баланса и формированию экологически безопасной городской среды. Необходима разработка национальных стандартов, стимулирующих мер и интеграция ГТСТ в гибридные энергетические комплексы.

1. Шулюпин А.Н., Варламова Н.Н. Современные тенденции в освоении геотермальных ресурсов // Георесурсы. 2020. Т. 22. N 4. С. 113–122. DOI: 10.18599/grs.2020.4.113‐122

2. Lund J.W., Boyd T.L., Freeston D.H. Direct utilization of geothermal energy 2020 worldwide review // Geothermics. 2021. V. 90. Article id: 101971. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2020.101971

3. Psomas A., Bariamis G., Rouillard J., Stein U., Roy S., Study of the impacts of pressures on groundwater in Europe: Analysis of groundwater associated aquatic ecosystems (GWAAEs) and groundwater dependent terrestrial ecosystems (GWDTEs), 2021.

4. Бутузов В.А. Обзор российских геотермальных теплонасосных технологий // Энергетик. 2022. N 2. С. 40–44. http://dx.doi.org/10.34831/EP.2022.80.96.009

5. Дадацкий А.В., Космовский П.Ю. Тепловой насос. Принцип работы теплового насоса // Традиции, современные проблемы и перспективы развития строительства : Сборник научных статей, Гродно, 23–24 мая 2019 года. Гродно: Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, 2019. С. 172–174.

6. Cantor A., Owen D., Harter D., Nylen G., Kiparsky M. Navigating groundwater‐surface water interactions under the Sustainable Groundwater Management Act, Center for Law, Energy & the Environment, UC Berkley School of Law, Berkley, CA. 2018.

7. Волошин В.Р., Белов К.В. Модельные исследования эффективности использования грунтовых вод как низкопотенциальных источников энергии // Proceedings of Higher Educational Establishments: Geology and Exploration. 2024. V. 66(3). P. 88–99. https://doi.org/10.32454/0016‐7762‐2024‐66‐3‐88‐99

8. Liu G. Study on Heat Transfer Model of Capillary Exchanger in Subway Source Heat Pump System // Renewable Energy. 2020. V. 150. P. 1074–1088. DOI: 10.1016/j.renene.2019.10.112

9. Ильина Т.Н. Возобновляемые и вторичные источники энергии инженерных систем при эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений // Вестник евразийской науки. 2023. Т. 15. N 4. Article id: 39SAVN423.

10. Han J., Cui M., Chen J., Lv W. Analysis of Thermal Performance and Economy of Ground Source Heat Pump System: a Case Study of the Large Building // Geothermics. 2021. V. 89. Article id: 101929. DOI: 10.1016/j.geothermics.2020.101929

11. Васильев Г.П. Применение ГТСТ в России // Энергия: экономика, техника, экология. 2009. N 7. С. 22–29.

12. Васильев Г.П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли. Москва: Издательский дом "Граница", 2006. 173 с.

13. Васильев Г.П. Использование низкопотенциальной тепловой энергии грунта поверхностных слоев Земли для теплохладоснабжения здания // Теплоэнергетика. 1994. N 2. С. 31–35.

14. ГОСТ 34346.2‐2017 Тепловые насосы с водой в качестве источника тепла. Испытания и оценка рабочих характеристик. Часть 2. М.: Стандартинформ, 2018.

15. Дадацкий А.В., Космовский П.Ю. Тепловой насос. Принцип работы теплового насоса // Традиции, современные проблемы и перспективы развития строительства: Сборник научных статей, Гродно, 23–24 мая 2019 года / Редколлегия: А.Р. Волик и др.. Гродно: Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, 2019. С. 172–174.

16. СП 25.13330.2012 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Актуализированная редакция СНиП 2.02.04–88. М.: Минрегион России, 2012.

17. Ржесик К.А., Осокин В.В., Карнаух В.В. Хладотеплотехника: инновации и достижения : Монография, посвященная 55‐летию со дня основания кафедры холодильной и торговой техники имени В.В. Осокина. Донецк: ФГБОУ ВО «Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган‐Барановского», 2024. 536 с.

18. Lund J.W., Toth A.N. Direct utilization of geothermal energy: 2020 worldwide review // Proc. World Geothermal Congress, Reykjavik, Iceland, 2020, 39 p.