Енергетика екстремальних умов: як розробки російських вчених вплинуть на освоєння арктики

8

Наприкінці вересня завдяки заходам національного проекту «наука та університети» науково-освітній центр світового рівня (ноц) «північ – територія сталого розвитку» отримав субсидії на відкриття 6 молодіжних наукових лабораторій. Частина з них вже ведуть свою діяльність, інші будуть відкриті в самий найближчий час. Проекти ноц спрямовані на розвиток інфраструктури північних територій російської федерації. Це має принципове значення для регіонів, що знаходяться за полярним колом – за допомогою розвитку арктичних регіонів можна буде розкрити економічний потенціал північних областей і створити нові робочі місця. Посилення економіки півночі вплине на економіку країни в цілому.

Про те, як розробки російських вчених дозволять росії зміцнити стратегічну присутність в арктиці, розповімо в цьому матеріалі. Ноц “північ-територія сталого розвитку” стане платформою масштабних досліджень для освоєння арктики тематика жовтня в рік науки і технологій – «енергетика майбутнього». Для розвитку арктичних територій російські вчені розробляють технології, здатні здійснити енергетичне забезпечення поселень і об’єктів, побудованих в умовах вічної мерзлоти.

Цього року в ноц «північ – територія сталого розвитку» був представлений проект із запуску масштабної технологічної платформи з розробки та апробації водневих технологій повного циклу в умовах крайньої півночі. Повний цикл включає в себе витяг водню, зберігання і використання для потреб енергопостачання. Організація технологій повного циклу дозволить віддаленим об’єктам інфраструктури автономно працювати незалежно від кліматичних умов і не залежати від поставок палива. Використання водню в якості палива в арктиці особливо актуально і обумовлено поширеністю ресурсу, придатного для вилучення готового палива – води.

Важливим є і відносна легкість технічного процесу отримання водню, яку можна автономно організувати на полярній станції або у віддаленому поселенні. Розробками екологічно чистої технології отримання, транспортування та ефективного зберігання речовини займаються дослідники в ноц «північ – територія сталого розвитку». Для забезпечення реалізації російських національних інтересів в арктичному регіоні в ноц світового рівня» північ – територія сталого розвитку ” вчені працюють над створенням інноваційних екологічних підходів з освоєння арктичного регіону.

Завдяки заходам національного проекту ” наука та університети» в ноц відкриваються 6 молодіжних лабораторій, спрямованих на просування розробок молодих наукових кадрів та працевлаштування молодих перспективних дослідників. Лабораторія “обчислювальні технології моделювання багатофізичних і багатомасштабних процесів кріолітозони”, відкрита на базі північно-східного федерального університету імені м.к. Аммосова займається розробками передових методів для вирішення завдань з декількох прикладних областей. Основна з них-проаналізувати і реалізувати обчислювальні методи для вирішення практичних завдань, що виникають при освоєнні і ефективному використанні арктичних територій. Крім цього в північно-східному федеральному університеті будуть вести свою діяльність лабораторії радіаційних технологій і полімерних композитів для півночі.

За допомогою обчислень вчені зможуть оцінювати вплив глобального потепління на швидкість відтавання ґрунтів на полярних територіях. Подібна розробка забезпечить будівельників арктичної інфраструктури даними про стан грунтів в місцях будівництва, а екологи отримають необхідні відомості для аналізу техногенних і природних причин зміни клімату в конкретних місцевостях. Також з її допомогою можна буде проводити аналіз найбільш підходящих місць для будівництва енергетичної інфраструктури.

Також в рамках ноц на базі якутського наукового центру сибірського відділення російської академії наук запускаються дві молодіжні лабораторії: генетіческіхресурсів рослин в кріолітозоні, а також екології атмосфери. Крім арктичного регіону, вчені ведуть розробки для забезпечення електроенергією таких не менш важкодоступних територій, як сахалін і курильські острови. Так, в сахалінському державному університеті відкрилася лабораторія електрохімічних джерел для відновлюваної енергетики, акцент в ній буде зроблений на створення нових накопичувачів енергії для сахаліну і курив на основесонячних батарей і вітрогенраторів, вивчення накопичення і споживання водню.

Лабораторія створюється у партнерстві з інститутом проблем хімічної фізики ран. Одна з цілей створення лабораторії-формування науково-технологічного порядку і підготовка кадрів високої кваліфікації для роботи в рамках проектів сахалінського водневого кластера. Створення лабораторії обумовлено тим, що виробництво і використання водню є одним із стратегічних пріоритетів науково-технологічного розвитку сахалінської області, яка планує стати пілотним регіоном по досягненню вуглецевої нейтральності до 2024 року, а також створити пілотні проекти в галузі водневої енергетики, в т.ч. На транспорті. Вже зараз розпочато роботи з таких проектів, як сахалінський водневий кластер, завод з виробництва водню «русатом оверсіз» і airliquide для експорту водню в японію та інші країни атр, використання водню на залізничному транспорті області. Таким чином, у сфері водневої енергетики область може забезпечити собі провідні позиції серед суб’єктів російської федерації.

Науково-технологічний центр автономної енергетики у складі інституту арктичних технологій московського фізико-технічного інституту (нтц ат мфті) був створений в 2017 році в рамках реалізації федеральної програми «арктичні технології». Він спрямований на розробки у сфері автономної енергетики, які дозволять забезпечувати електроенергією важкодоступні населені пункти та об’єкти інфраструктури заполяр’я. Сьогодні це один з провідних центрів зі створення арктичних проектів в енергетичній сфері. До складу нтц автономної енергетики входять чотири лабораторії, кожна з яких займається розробками за окремими напрямками, а також інжиніринговий центр. У пріоритеті-технології водневої енергетики, використання відновлюваних енергоресурсів і вдосконалення енергоносіїв.

У суворих умовах за полярним колом швидкість вітру нерідко досягає 15-20 м/с, а в деяких областях доходить до 50 м/с.екстремальні стокові вітру мають свою назву – бора. Це досить рідкісне кліматичне явище, вчені прийшли до висновку, що воно виникає при перевалюванні величезних мас повітря через гірські хребти. Непрості погодні обставини вимагають особливих підходів до створення вітрогенераторів для арктики.

Проектуванням і розробкою адаптованих для використання на півночі вітряків займаються в лабораторії відновлюваних джерел енергії нтц ат мфті. Арктична вітроенергоустановка – арквеу) – основний проект, над яким працюють в лабораторії. Її потужність близько 100 кіловат, і вона спроектована так, щоб працювати в повністю ізольованих умовах без перебоїв електроенергії. Особливості конструкції дозволяють їй не покриватися льодом, ефективно працювати при температурі до -50 с, а також витримувати швидкість вітру в 60 м/с в трисекундних поривах.

Завдяки підвищеній корозійній і сольовий стійкості механізм арквеу може значно довше обходитися без технічного обслуговування, ніж звичайні вітрогенератори. На сьогоднішній день наявна система енергопостачання у важкодоступних і віддалених територіях зав’язана на поставки дизельного палива, неефективна і ресурсовитратна. За допомогою використання і поширення арквеу у регіонів з’явиться можливість істотно знизити частку витрат на енергопостачання – в окремих суб’єктах загальні витрати на нього зараз досягають 37% від валового продукту.

Для потреб освоєння півночі лабораторія паливних елементів у складі університету займається розробками твердооксидних паливних елементів. Коефіцієнт корисної дії (ккд) традиційного вуглеводневого палива досить малий для роботи в несприятливих умовах півночі, тому дослідження ведуться в області вдосконалення технологій твердооксидних паливних елементів (тоте). Це одна з найбільш ефективних технологій перетворення хімічної енергії палива в електричну енергію, відома на сьогоднішній день. Електрогенератори на основі тоте досягають ккд в 60%, а при комбінуванні з газовими турбінами ккд можна підвищити аж до 70%. Використання подібних пристроїв дляОпалення дозволить підвищити ккд до 90%, майже не відчуваючи втрат в тепловій енергії. В якості палива можуть бути використані водень, моноксид вуглецю, вуглеводневі палива— газоподібні і рідкі.

міжнародна автономна полярна станція нового покоління «сніжинка»

Завдяки значній базі розробок та експертизи в галузі арктичної енергетики мфті спільно з російськими та міжнародними партнерами ініціював проект будівництва комплексу автономних міжнародних арктичних станцій «сніжинка». Станції працюватимуть виключно на базі відновлюваних джерел енергії та водневої енергетики. Їх діяльність буде спрямована на різнобічні дослідження арктики, апробацію перспективних технологій в несприятливих кліматичних умовах, а також міжнародне співробітництво в галузі полярних досліджень. Проект був одноголосно схвалений усіма країнами арктичної ради і привернув велику увагу міжнародного співтовариства.

У рік науки і технологій будівництво станції почалося в ямало-ненецькому автономному окрузі, на завершальних стадіях підготовки знаходиться проект комплексу в мурманській області. Міжнародна арктична станція» сніжинка ” стане одним з найбільших об’єктів наукової інфраструктури в арктичній зоні. Завдяки її технологічному оснащенню вчені з усього світу зможуть вести розробки за різними напрямками, актуальним для освоєння арктики: від систем життєзабезпечення до сільськогосподарських технологій з вирощування овочів в екстремальних умовах.

Дослідженнями експериментальних технічних рішень в області вічної мерзлоти, а також вивченням флори і фауни арктичного регіону займуться і регіональні вчені. Проект дозволить забезпечити “розумну спеціалізацію” регіону та розвивати ямальський науковий потенціал. Використання традиційних видів енергетики в умовах крайньої півночі утруднено, зважаючи на це науково-технологічним центром автономної енергетики були розроблені оптимальні варіанти забезпечення електроенергією полярних станцій» сніжинка”: комплекс, що працює на перспективних екологічних джерелах енергії і поєднує вітряні генератори, сонячні батареї, а також водневі електростанції. Для ефективної роботи енергетичного комплексу були створені проекти перспективних накопичувачів енергії, які будуть проходити тестування в рамках діяльності станцій. Проект став можливий завдяки внеску лабораторій в нтц ат мфті в розвиток систем автономного енергозабезпечення.

За допомогою заходів національного проекту» наука та університети ” в країні створюються науково-освітні центри світового рівня. На сьогоднішній день в країні ведуть свою діяльність вже 15 таких центрів.

14.10.2021