ТРАНСПОРТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РОССИИ
TRANSPORTATION AND ENERGY SYSTEM OF RUSSIA

Изобретение относится к области строительства, в частности строительству и эксплуатации автомобильных и железных дорог, в условиях холодного климата, имеет отношение к гидрологии и нетрадиционной энергетике с использованием энергии ветра, атмосферного холода, и может быть использовано при обустройстве северных и восточных регионов России.
Известно транспортное сооружение, включающее размещение железных дорог в тоннеле, оснащенном постоянным источником электрической энергии (Лиманов Ю.А., Метрополитены, М., Транспорт, 1971, с.174, рис.139).
Недостатками транспортного сооружения являются невозможность использования тоннелей при строительстве железных и автомобильных дорог большой протяженности, в сотни и тысячи километров, большие капитальные, энергетические затраты и сроки строительства.
Цель изобретения состоит в возможности ускоренного обустройства северных и восточных регионов России, обеспечении доступа к богатейшим запасам минеральных и углеводородных ресурсов страны, исключении влияния погодных условий на транспорт, повышении безопасности, увеличении скорости, сроков эксплуатации транспортных средств и транспортных сооружений.
Поставленная цель достигается тем, что каждое сооружение выполнено в виде протяженного в плане намороженного массива льда прямоугольной формы, заключенного в теплогидроизоляционную оболочку, снабжено размещенными в массиве льда тоннелями, ветровыми электростанциями башенного типа, установленными на многоэтажные здания, ледогрунтовым основанием, размещенным по всей длине сооружения, взлетно-посадочными полосами для самолетов легкого класса, вертолетными площадками, железнодорожным узкоколейным полотном и коттеджными поселками, расположенными на поверхности ледяного массива, дирижаблем, оснащенным компрессором и вертикальным воздухопроводом, и аккумуляторами атмосферного холода, каждый из которых заполнен концентрированным водным раствором натрия, соединен с компрессором и холодильной установкой для охлаждения рабочего тела и через воздухопровод с полостью тоннелей, при этом транспортные сооружения размещены преимущественно на низком берегу крупных судоходных рек Сибири и соединены с существующей железнодорожной магистралью, проходящей с Запада на Восток, каждый тоннель снабжен ледяным основанием, а автотранспортные средства оснащены двигателями с газовым или электрическим приводом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 в плане показана транспортно-энергетическая система России, на фиг. 2 в плане и фиг. 3 в разрезе показано транспортное сооружение, на фиг. 4 в плане и фиг. 5 в разрезе изображен аккумулятор атмосферного холода.
Каждое сооружение включает протяженный в плане намороженный массив льда 1, тоннели 2,3 для железнодорожного и автомобильного транспорта, большой мощности ветровые электростанции 4, аккумуляторы атмосферного холода 5, взлетно-посадочные полосы 6 для самолетов легкого типа, вертолетные площадки 7, железную дорогу 8 с узкой колеей и коттеджные поселки 9. Аккумулятор холода включает теплоизолированный резервуар 10, термосифоны сезонного действия 11, кольцевой в виде змеевика трубопровод 12, воздушный компрессор 13, холодопровод 14 и холодильную установку (компрессор) 15.
С наступлением устойчивых отрицательных температур воздуха, когда на слабых и обводненных грунтах становится возможным движение гусеничного транспорта, трассу будущего сооружения освобождают от снега, деревьев, кустарников, обеспечивают естественное промерзание грунта на рассчетную глубину и образуют ледогрунтовое основание 16. После этого на основание намораживают сплошной массив льда 1, используя скользящую опалубку и воду из находящихся рядом незамерзающих рек и озер. Для ускорения процесса намораживания льда при формировании ледяного массива используют дирижабль, с помощью которого обеспечивают циркуляцию морозного воздуха над поверхностью подаваемой насосами на лед воды. Морозный воздух подают компрессором, который установлен в гондоле дирижабля по вертикальному воздухопроводу к поверхности воды через специальные насадки (перфорированные трубы). После формирования по всей поверхности ледяного массива 1 выполняют теплогидроизоляционную оболочку 17.
В массиве льда 1 выполняют с помощью горнопроходческого комбайна тоннели 2,3 для железнодорожного и автомобильного транспорта. Скорость проходки комбайна в ледяном массиве может достигать 100 м/час, поскольку прочность льда на два порядка меньше прочностных характеристик других горных пород. В полости каждого тоннеля с помощью намораживания льда образуют ледяное основание 18, на поверхности которого прокладывают железнодорожное полотно 19 и выполняют твердое покрытие 20 для автомобильного транспорта. Все тоннели оборудуют автоматической системой приточно-вытяжной вентиляции, обеспечивающей удаление продуктов сгорания топлива. Тем не менее транспортные средства оснащены газовым или электрическим двигателями.
По всей длине с обеих сторон сооружения устанавливают ветрозахватные электростанции башенного типа 4 и аккумуляторы атмосферного холода 5. При необходимости электростанции совмещают с многоэтажными зданиями, которые служат для электростанции опорами. Мощность каждой станции такого типа может составлять несколько тысяч кВт.
3
Теплоизолированный резервуар 10 объемом 3-5 тыс.м заполняют 7% водным раствором натрия. При такой концентрации соли в воде раствор может находиться в жидком состоянии при температуре минус 20°C и аккумулировать с помощью термосифонов 11 большое количество холода. Термосифоны работают в автоматическом режиме за счет разности температур атмосферного воздуха и рабочего тела, размещенного в резервуаре. Циркуляция керосина в термосифонах прекращается, как только температура рабочего тела будет ниже температуры атмосферного воздуха. Это значит, что в условиях Сибири и Севера России рабочее тело будет охлаждаться до среднезимней температуры воздуха, т.е. до минус 35-40°C.
На поверхности транспортного сооружения, длина которого может превышать три тысячи километров, размещают взлетно-посадочные полосы 6 для самолетов легкого типа, вертолетные площадки 7, железную дорогу с узкой колеей 8 и коттеджные поселки 9. Размещение этих объектов на сооружении позволяет использовать ледяное сооружение в качестве надежного основания и, следовательно, существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
Транспортные сооружения с энергосберегающими объектами располагают, как правило, на берегах вдоль крупных судоходных рек, соединяя побережье северных морей Сибири с существующей железнодорожной магистралью, проходящей с Запада на Восток России. Подобное расположение сооружений позволяет, во-первых, исключить строительство многокилометровых мостов через такие реки, как Обь, Енисей, Лена и их многочисленные притоки, во-вторых, более эффективно использовать реки в качестве транспортных артерий и, в третьих, использовать реки в виде постоянного источника воды при строительстве транспортных сооружений.
Надежность отдельного сооружения и транспортной системы в целом может быть обеспечена при условии ледогрунтового основания 16 и ледяного массива 1 в твердомерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации ледяного сооружения, который практически не ограничен. Для этого оптимальная эксплуатационная температура воздуха внутри теплоизолированного сооружения, при которой лед должен выдерживать расчетные статистические и динамические нагрузки, составляет минус 5-6°C. Такую температуру создают в сооружении в зимний период с помощью приточно-вытяжной вентиляции; в летнее время используют аккумуляторы холода 5 и ветровые электростанции 4.
Ледяные сооружения большой протяженности, расположенные в меридиональном направлении, находятся независимо от времени года в неодинаковых температурно-погодных условиях. Теплый период года на Севере России не превышает 3,0-3,5 месяцев, в южной зоне - 5-6 месяцев. В этой связи для охлаждения северной зоны ледяного сооружения до расчетной температуры достаточно использовать энергию атмосферного холода. В южных зонах сооружения требуют дополнительный источник энергии, которым являются ветровые электростанции.
В летний период, когда температура воздуха в сооружении становится выше минус 5°C, автоматически включается воздушный компрессор 13. Атмосферный воздух из компрессора поступает в кольцевой трубопровод 12, в котором воздух охлаждается от рабочего тела, и далее подается в полость тоннелей 2,3. При повышении температуры рабочего тела до минус 8-10°C начинает работать компрессор холодильной установки 15, с помощью которой хладагент (фреон) подается в циркуляционный холодопровод 14. Для повышения эффективности системы охлаждения холодильную установку 15 включают преимущественно в ночное время суток, поскольку температура атмосферного воздуха ночью ниже дневной на 10-12°C.
Высокая энергетическая и конструктивная надежность сооружения с расчетными прочностными характеристиками льда обеспечена ветровыми электростанциями высокой мощности и аккумуляторами атмосферного холода. Тем не менее в системе охлаждения сооружения предусмотрен резервный источник холода - дирижабль. С помощью дирижабля в теплый период года при любых погодных условиях в сооружение подается морозный воздух с температурой минус 30-35°C с высоты 1,5-2,0 км. Кроме этого, назначение дирижабля состоит в постоянном удалении снега с поверхности сооружения, где расположены железная дорога 8 с узкой колеей и коттеджные поселки 9. В зимний период года температура воздуха в сооружении, благодаря постоянно работающей приточно-вытяжной вентиляции, составляет минус 15-20°C. При наличии низкой температуры и циркуляции морозного воздуха в тоннелях происходит охлаждение ледогрунтового основания 16. Толщина основания под сооружением с каждым годом увеличивается и достигает максимума в 12-15 м, следовательно увеличивается во времени и надежность сооружения.
Предлагаемая транспортная система, в которой использованы находящиеся под руками природные материалы и источники естественной энергии, обеспечит доступ к богатейшим углеводородным и минеральным ресурсам Восточной Сибири. В первые 5-10 лет чистая прибыль от реализации изобретения составит десятки млрд.долл./год при окупаемости сооружений в течение 3-4 лет. В дальнейшем, когда добыча природных ресурсов стабилизируется, прибыль в течение многих десятилетий может находиться на уровне 800 млрд.долл./год.