Исследование естественных водоемов Челябинской области с целью их классификации по теплоэнергетическому потенциалу
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-3-65-73Ключевые слова:
низкопотенциальная тепловая энергия озер, теплоэнергетическое районирование, теплозапасы, тепловой насос, классификация естественных водоемовАннотация
Озера могут выступать в качестве источников низкопотенциальной тепловой энергии, оценить потенциал которой можно с помощью исследования температурных режимов водоемов. Изучить каждое озеро невозможно, постоянные стационарные наблюдения за термическим режимом естественных водоемов сокращены.
Цели работы — анализ морфометрических характеристик озер Челябинской области и определение их теплоэнергетического потенциала с целью дальнейшей классификации для теплоэнергетического районирования.
Применены методы системного подхода, анализа и синтеза существующих знаний об озерах Челябинской области, методах термической классификации водоемов, а также статистическая обработка данных и их систематизация. Благодаря многолетним данным наблюдений за термическим режимом определен валовый теплоэнергетический потенциал тепловой энергии озер. Выявлены зависимости удельного валового теплоэнергетического потенциала тепловой энергии водоемов на единицу площади водного зеркала и на единицу объема, которые позволили найти потенциал для водоемов, не имеющих многолетних наблюдений, но с известными морфометрическими характеристиками. Осуществлена классификация озер Челябинской области, выделено шесть теплоэнергетических районов по возможности применения низкопотенциальной тепловой энергии, которая (с помощью теплонасосной установки) может быть использована для отопления либо горячего водоснабжения. Наиболее перспективны для круглогодичного использования тепловой энергии озера тектонического происхождения, обладающие большим удельным валовым потенциалом.
Библиографические ссылки
1. Шерьязов С.К., Пташкина-Гирина О.С., Гусева О.А. Использование тепловой энергии водоемов в условиях Южного Урала // АПК России. 2019. Т. 26. № 5. С. 833—842.
2. Schibuola L., Scarpa M. Experimental Analysis of the Performances of a Surface Water Source Heat Pump // Energy Build. 2016. V. 113. Pp. 182—188.
3. Jung Y., Oh J., Han U., Lee H. A Comprehensive Review of Thermal Potential and Heat Utilization for Water Source Heat Pump Systems // Energy Build. 2022. V. 266. P. 112124.
4. Park D.K., Lee Y. Numerical Simulations on the Application of a Closed-loop Lake Water Heat Pump System in the Lake Soyang, Korea // Energies. 2020. V. 13(3). P. 762.
5. Гусева О.А., Пташкина-Гирина О.С. Использование низкопотенциальной тепловой энергии водоемов в сельском хозяйстве // Актуальные проблемы энергетики АПК в современной реальности: Материалы Междунар. науч-практ. конф., посвященной основателю факультета энергетики и электрификации Валентину Васильевичу Фокину. Ижевск, 2024. С. 21—28.
6. Peng Z. e. a. Attribution Analysis of Lake Surface Water Temperature Changing — Taking China's Six Main Lakes as Example // Ecol. Indic. 2022. V. 145. P. 109651.
7. Gaudard A., Wuest A., Schmid M. Using Lakes and Rivers for Extraction and Disposal of Heat: Estimate of Regional Potentials // Renew. Energy. 2018. V. 134. Pp. 330—342.
8. Kindaichi S., Nishina D., Wen L., Kannaka T. Potential for Using Water Reservoirs as Heat Sources in Heat Pump Systems // Appl. Therm. Eng. 2015. V. 76. Pp. 47—53.
9. Eggimann S. e. a. The Potential of Lake-source District Heating and Cooling for European Buildings // Energy Convers. Manage. 2023. V. 283. P. 116914.
10. Chen S. e. a. MILP Optimization of the Multi-heat Pump Waste Heat Recovery System Integrated with Full-free Cooling Data Center Through Lake Water // Energy. 2025. V. 318. P. 134823.
11. Wang M., Hu E., Chen L. TRNSYS Simulation of a Bi-functional Solar-thermal-energy-storage-assisted Heat Pump System // Energies. 2024. V. 17(14). P. 3376.
12. Егоров А.Н. Энергетическая система озер // Управление развитием крупномасштабных систем: Труды VIII Междунар. конф. Москва: ИПУ РАН, 2015. Т. 1. С. 358—360.
13. Хомскис В. Динамика и термика малых озер. Вильнюс: Минтис, 1969.
14. Захаров С.Г. Озера Челябинской области. Челябинск: АБРИС, 2010.
15. Андреева М.А. Озера Среднего и Южного Урала: (гидрологический режим и влияние на него атмосферной циркуляции). Челябинск: Южно-Уральское книжное изд-во, 1973.
16. Гусева О.А., Пташкина-Гирина О.С. Повышение энергоэффективности сельских территорий с использованием тепловой энергии озер // Техника и оборудование для села. 2025. № 9(339). С. 39—43.
17. Егоров А.Н., Захаров С.Г. Соленые озера Южного Урала // География и природные ресурсы. 2004. № 1. С. 146—148.
18. Fink G., Schmid M., Wuest A. Large Lakes as Sources and Sinks of Anthropogenic Heat: Capacities and Limits // Water Resour. Res. 2014. V. 50(9). Pp. 7285—7301.
19. Large-scale Use of Heat Recovery Techniques and Other Non-conventional Energy Sources: Their Potential Impact on Water Resources: Draft Rep.: Corrigendum. Geneva: UN, 1984.
20. Ptashkina-Girina O., Guseva O., Volkova O. The Prospect of Using Low-potential Thermal Wastewater for Autonomous Heat Supply // Proc. Digital Technol. in Agriculture of the Russian Federation and the World Community. Stavropol: AIP Publ., 2022. V. 2661(1). P. 060015.
---
Для цитирования: Гусева О.А., Пташкина-Гирина О.С. Исследование естественных водоемов Челябинской области с целью их классификации по теплоэнергетическому потенциалу // Вестник МЭИ. 2026. № 3. С. 65—73. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-65-73
---
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-29-20063), https://rscf.ru/pro-ject/25-29-20063/ и Челябинской области
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Sher'yazov S.K., Ptashkina-Girina O.S., Guseva O.A. Ispol'zovanie Teplovoy Energii Vodoemov v Usloviyah Yuzhnogo Urala. APK Rossii. 2019;26(5):833—842. (in Russian).
2. Schibuola L., Scarpa M. Experimental Analysis of the Performances of a Surface Water Source Heat Pump. Energy Build. 2016;113:182—188.
3. Jung Y., Oh J., Han U., Lee H. A Comprehensive Review of Thermal Potential and Heat Utilization for Water Source Heat Pump Systems. Energy Build. 2022;266:112124.
4. Park D.K., Lee Y. Numerical Simulations on the Application of a Closed-loop Lake Water Heat Pump System in the Lake Soyang, Korea. Energies. 2020;13(3):762.
5. Guseva O.A., Ptashkina-Girina O.S. Ispol'zovanie Nizkopotentsial'noy Teplovoy Energii Vodoemov v Sel'skom Hozyaystve. Aktual'nye Problemy Energetiki APK v Sovremennoy Real'nosti: Materialy Mezhdunar. Nauch-prakt. Konf., Posvyashchennoy Osnovatelyu Fakul'teta Energetiki i Elektrifikatsii Valentinu Vasil'evichu Fokinu. Izhevsk, 2024:21—28. (in Russian).
6. Peng Z. e. a. Attribution Analysis of Lake Surface Water Temperature Changing — Taking China's Six Main Lakes as Example. Ecol. Indic. 2022;145:109651.
7. Gaudard A., Wuest A., Schmid M. Using Lakes and Rivers for Extraction and Disposal of Heat: Estimate of Regional Potentials. Renew. Energy. 2018;134:330—342.
8. Kindaichi S., Nishina D., Wen L., Kannaka T. Potential for Using Water Reservoirs as Heat Sources in Heat Pump Systems. Appl. Therm. Eng. 2015;76:47—53.
9. Eggimann S. e. a. The Potential of Lake-source District Heating and Cooling for European Buildings. Energy Convers. Manage. 2023;283:116914.
10. Chen S. e. a. MILP Optimization of the Multi-heat Pump Waste Heat Recovery System Integrated with Full-free Cooling Data Center Through Lake Water. Energy. 2025;318:134823.
11. Wang M., Hu E., Chen L. TRNSYS Simulation of a Bi-functional Solar-thermal-energy-storage-assisted Heat Pump System. Energies. 2024;17(14):3376.
12. Egorov A.N. Energeticheskaya Sistema Ozer. Upravlenie Razvitiem Krupnomasshtabnyh Sistem: Trudy VIII Mezhdunar. Konf. Moskva: IPU RAN, 2015;1:358—360. (in Russian).
13. Homskis V. Dinamika i Termika Malyh Ozer. Vil'nyus: Mintis, 1969. (in Russian).
14. Zaharov S.G. Ozera Chelyabinskoy Oblasti. Chelyabinsk: ABRIS, 2010. (in Russian).
15. Andreeva M.A. Ozera Srednego i Yuzhnogo Urala: (Gidrologicheskiy Rezhim i Vliyanie na Nego Atmosfernoy Tsirkulyatsii). Chelyabinsk: Yuzhno-Ural'skoe Knizhnoe Izd-vo, 1973. (in Russian).
16. Guseva O.A., Ptashkina-Girina O.S. Povyshenie Energoeffektivnosti Sel'skih Territoriy s Ispol'zovaniem Teplovoy Energii Ozer. Tekhnika i Oborudovanie dlya Sela. 2025;9(339):39—43. (in Russian).
17. Egorov A.N., Zaharov S.G. Solenye Ozera Yuzhnogo Urala. Geografiya i Prirodnye Resursy. 2004;1:146—148. (in Russian).
18. Fink G., Schmid M., Wuest A. Large Lakes as Sources and Sinks of Anthropogenic Heat: Capacities and Limits. Water Resour. Res. 2014;50(9):7285—7301.
19. Large-scale Use of Heat Recovery Techniques and Other Non-conventional Energy Sources: Their Potential Impact on Water Resources: Draft Rep.: Corrigendum. Geneva: UN, 1984.
20. Ptashkina-Girina O., Guseva O., Volkova O. The Prospect of Using Low-potential Thermal Wastewater for Autonomous Heat Supply. Proc. Digital Technol. in Agriculture of the Russian Federation and the World Community. Stavropol: AIP Publ., 2022;2661(1):060015
---
For citation: Guseva O.A., Ptashkina-Girina O.S. Study of Natural Water Bodies in the Chelyabinsk Region to Classify Them in Terms of Thermal Energy Potential. Bulletin of MPEI. 2026;3:65—73. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-3-65-73
---
The Work was Supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 25-29-20063), https://rscf.ru/project/25-29-20063/ and the Chelyabinsk region
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
