Проектуємо майбутнє
Статті

Концепт «тепла дорога» - обігрів доріг та мостів за допомогою геотермальної енергії

Зимове обслуговування доріг, як правило, базується на механічному очищенні снігу, з використанням солі. Такий підхід часто є не ефективним та може займати тривалий час. Вживання солі для боротьби з обледенінням становить також екологічну загрозу. Сьогодні використовується близько 10-40 г / м2 солі. Зазвичай використовують звичайну сіль (NaCl), а іноді і MgCl. Застосування солі спричиняє негативний вплив на рослини та землю.

Метод нагрівання поверхні дороги для усунення льоду та снігу зазвичай базується на використанні геотермальної енергії та накопиченні тепла в літній період в геотермальному полі. Також система може бути доповнена тепловим насосом, якщо енергії, отриманої пасивним шляхом недостатньо. Частіше за все в якості геотермального поля використовуються вертикальні грунтові зонди. Також можливі варіанти прямого використання гарячої геотермальної води (як правило, пов'язані з особливими геотермальними умовами) або безпосереднє використання підземних вод.
Ще однією перевагою систем з геотермальним полем є відведення влітку тепла з дорожного полотна в геотермальне поле, завдяки чому вдається запобігати перегріву покриття дороги.

Основні компоненти системи геотермального обігріву дорожного полотна:

  • Джерело тепла ( геотермальні зонди + за потреби тепловий насос )
  • Теплообмінні труби, вбудовані в дорожне покриття
  • Датчики для вимірювання фактичної погоди ( метеостанція )
  • Управління системою

Обігрів значних ділянок доріг, як правило, здійснюється за допомогою гідравлічних системами опалення, тобто тепло передається через водно-гліколевий розчин у трубопроводі.
Встановлена потужність нагріву залежить від кліматичних умов та технічних характеристик системи: танення снігу при певній швидкості випадання снігу, обмерзання, запобігання утворення льоду тощо). Танення снігу потребує вищих системних температур, ніж просте запобігання утворенню льоду.
Низькі робочі температури системи передбачають попереджувальний режим роботи. Тобто система доповнюється метеостанцією для завчасного виходу на робочий режим.

По всьому світу побудовано низку геотермальних установок для танення снігу та боротьби з обледенінням. Найбільш відомою та добре дослідженою є геотермальна установка проекту SERSO в Швейцарії, яка експлуатується з 1994 року.

ometimes MgCl are scheme of the SERSO system).Figure 3: Basic scheme of a road heating system (here:Система SERSO збирає з-під поверхні дороги надлишок тепла від сонячного випромінювання влітку і зберігає його в товщині гірської породи завдяки геотермальним зондам. Потім накопичене тепло використовується взимку для контролю температури поверхні дороги. Температура поверхні підтримується трохи вище 0°C, що перешкоджає утворенню льоду та замерзанню ущільненого снігу. Загалом, в умовах клімату Центральної Європи влітку можна витягнути з дорожнього полотна більше тепла, ніж потрібно для обігріву полотна дороги взимку. Крім того, було підтверджено, що система SERSO забезпечує стабілізацію температури дорожнього покриття протягом року. Це означає, що, в порівнянні зі стандартною ситуацією, максимальна температура поверхні дороги знижується влітку, а мінімальна температура підвищується взимку, що призводить до продовження терміну служби дорожнього покриття.

Основні дані проекту SERSO:

  • Опалювана площа простягається на 1300 м2 дорожнього покриття
  • Тепло зберігається у гірській породі, об’ємом приблизно 55000м3, в якій облаштовано 91 геотермальний зонд, довжиною 65 м кожен.
  • Щорічний час роботи системи становить менше 1000 годин на рік взимку та ще 1000
  • годин для охолодження влітку.

Взимку установка працює за потребою. Температура подачі регулюється відповідно до температури навколишнього повітря, і як правило, активується при зовнішній температурі нижче 10°C. За цих умов утворення льоду неможливе.

Кількість енергії, яку потребує проїжджа частина дороги суттєво коливається в залежності від зимових температур: в межах від 30 МВт-год до понад 100 МВт-год.
Типове середнє значення теплової потужності поверхні - 100 Вт/м2.
Капітальні затрати на цей пілотний проект були досить високими: більше 2500 Євро/м2. Однак, подальші подібні проекти можуть мати вдвічі меншу вартість.
Експлуатаційні витрати складають приблизно 4 євро/м2/рік на електроенергію та технічне обслуговування.

Ще декілька прикладів облаштування підігріву дорожнього покриття:

Підігрів частини летовища аеропорту Greater Binghamton / NY / США
Площа обігріву - 380 м2. Геотермальне поле - 20 вертикальних зондів по 150 метрів кожен.
Влітку геотермальні зонди використовуються для пасивного охолодження терміналу аеропорту.
Експлуатаційні витрати $1500 / рік або $ 0.16 / пасажир.

У 2002 році в місті Аоморі / Японія були облаштовано систему для танення снігу на тротуарі однієї з вулиць.
Це місто є одним з найзасніженіших у світі серед міст з населенням більше 300 тисяч. Річний рівень снігових опадів іноді перевищує 10 метрів. Площа ділянки, де облаштовано сніговий покрив становить 659м2.
Система обігріву складається з геотермального поля та 8-ми вертикальниз зондів, довжиною 150 м кожний та одного теплового насосу, електричною потужнічть 22 кВт. Середній час роботи становить близько 500 годин на рік. Витрати на експлуатацію цієї системи підігріву 6 євро / м2 / рік (лише споживання електроенергії).