Энергетика экстремальных условий: как разработки российских учёных повлияют на освоение Арктики - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Энергетика экстремальных условий: как разработки российских учёных повлияют на освоение Арктики

В конце сентября благодаря мерам национального проекта «Наука и университеты» Научно-образовательный центр мирового уровня (НОЦ) «Север – территория устойчивого развития» получил субсидии на открытие 6 молодёжных научных лабораторий. Часть из них уже ведут свою деятельность, остальные будут открыты в самое ближайшее время. Проекты НОЦ направлены на развитие инфраструктуры северных территорий Российской Федерации. Это имеет принципиальное значение для регионов, находящихся за полярным кругом – с помощью развития арктических регионов можно будет раскрыть экономический потенциал северных областей и создать новые рабочие места. Усиление экономики севера повлияет на экономику страны в целом.

О том, как разработки российских учёных позволят России укрепить стратегическое присутствие в Арктике, расскажем в этом материале. НОЦ «Север-территория устойчивого развития» станет платформой масштабных исследований для освоения Арктики Тематика октября в Год науки и технологий – «Энергетика будущего». Для развития арктических территорий российские учёные разрабатывают технологии, способные осуществить энергетическое обеспечение поселений и объектов, построенных в условиях вечной мерзлоты.

В этом году в НОЦ «Север – территория устойчивого развития» был представлен проект по запуску масштабной технологической платформы по разработке и  апробации водородных технологий полного цикла в условиях крайнего Севера. Полный цикл включает в себя извлечение водорода, хранение и использование для нужд энергоснабжения. Организация технологий полного цикла позволит удалённым объектам инфраструктуры автономно работать вне зависимости от климатических условий и не зависеть от поставок топлива. Использование водорода в качестве топлива в Арктике особенно актуально и обусловлено распространенностью ресурса, пригодного для извлечения готового топлива – воды.

Немаловажным является и относительная лёгкость технического процесса получения водорода, которую можно автономно организовать на полярной станции или в удалённом поселении. Разработками экологически чистой технологии получения, транспортировки и эффективного хранения вещества занимаются исследователи в НОЦ «Север – территория устойчивого развития». Для обеспечения реализации российских национальных интересов в арктическом регионе в НОЦ мирового уровня «Север – территория устойчивого развития» ученые трудятся над созданием инновационных экологических подходов по освоению Арктического региона.

Благодаря мерам национального проекта «Наука и университеты» в НОЦ открываются 6 молодежных лабораторий, направленных на продвижение разработок молодых научных кадров и трудоустройство молодых перспективных исследователей. Лаборатория «Вычислительные технологии моделирования многофизичных и многомасштабных процессов криолитозоны», открытая на базе Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова занимается разработками передовых методов для решения задач из нескольких прикладных областей. Основная из них – проанализировать и реализовать вычислительные методы для решения практических задач, возникающих при освоении и эффективном использовании арктических территорий. Кроме этого в Северо-Восточном федеральном университете будут вести свою деятельность лаборатории радиационных технологий и полимерных композитов для Севера.

С помощью вычислений ученые смогут оценивать влияние глобального потепления на скорость оттаивания грунтов на полярных территориях. Подобная разработка обеспечит строителей арктической инфраструктуры данными о состоянии почв в местах строительства, а экологи получат необходимые сведения для анализа техногенных и природных причин изменения климата в конкретных местностях. Также с ее помощью можно будет производить анализ наиболее подходящих мест для строительства энергетической инфраструктуры.

Также в рамках НОЦ на базе Якутского научного центра Сибирского отделения Российской Академии наук запускаются две молодежные лаборатории: генетических
ресурсов растений в криолитозоне, а также экологии атмосферы. Помимо Арктического региона, ученые ведут разработки для обеспечения электроэнергией таких не менее труднодоступных территорий, как Сахалин и Курильские острова. Так, в Сахалинском государственном университете открылась лаборатория электрохимических источников для возобновляемой энергетики, акцент в ней будет сделан на создание новых накопителей энергии для Сахалина и Курил на основе
солнечных батарей и ветрогенраторов, изучение накопления и потребления водорода.

Лаборатория создается в партнерстве с Институтом проблем химической физики РАН. Одна из целей создания лаборатории – формирование научно- технологической повестки и подготовка кадров высокой квалификации для работы в рамках проектов Сахалинского водородного кластера. Создание лаборатории обусловлено тем, что производство и использование водорода является одним из стратегических приоритетов научно-технологического развития Сахалинской области, которая планирует стать пилотным регионом по достижению углеродной нейтральности к 2024 году, а также создать пилотные проекты в области водородной энергетики, в т.ч. на транспорте. Уже сейчас начаты работы по таким проектам, как Сахалинский водородный кластер, завод по производству водорода «Русатом Оверсиз» и AirLiquide для экспорта водорода в Японию и другие страны АТР, использование водорода на железнодорожном транспорте области. Таким образом, в сфере водородной энергетики область может обеспечить себе ведущие позиции среди субъектов Российской Федерации.

Разработки Научно-технологического центра автономной энергетики Института арктических технологий МФТИ

Научно-технологический центр автономной энергетики в составе Института арктических технологий Московского физико-технического института (НТЦ АТ МФТИ) был создан в  2017 году в рамках реализации федеральной программы «Арктические технологии». Он направлен на разработки в сфере автономной энергетики, которые позволят обеспечивать электроэнергией труднодоступные населенные пункты и объекты инфраструктуры заполярья. Сегодня это один из ведущих центров по созданию арктических проектов в энергетической сфере. В состав НТЦ автономной энергетики входят четыре лаборатории, каждая из которых занимается разработками по отдельным направлениям, а также инжиниринговый центр. В приоритете – технологии водородной энергетики, использование возобновляемых энергоресурсов и совершенствование энергоносителей.

В суровых условиях за полярным кругом скорость ветра нередко достигает 15-20 м/с, а в некоторых областях доходит до 50 м/с. Экстремальные стоковые ветра имеют своё название – борА. Это довольно редкое климатическое явление, ученые пришли к выводу, что оно возникает при переваливании огромных масс воздуха через горные хребты. Непростые погодные обстоятельства требуют особенных подходов к созданию ветрогенераторов для Арктики.

Проектированием и разработкой адаптированных для использования на севере ветряков занимаются в лаборатории возобновляемых источников энергии НТЦ АТ МФТИ. Арктическая  ветроэнергоустановка (АркВЭУ) – основной проект, над которым трудятся в лаборатории. Ее мощность около 100 киловатт, и она  спроектирована так, чтобы работать в полностью изолированных условиях без перебоев электроэнергии. Особенности конструкции позволяют ей не покрываться льдом, эффективно работать при температуре до -50 С, а также выдерживать скорость ветра в 60 м/с в трёхсекундных порывах.

Благодаря повышенной коррозийной и солевой стойкости механизм АркВЭУ может значительно дольше обходиться без технического обслуживания, чем обычные ветрогенераторы. На сегодняшний день имеющаяся система энергоснабжения в труднодоступных и удаленных территориях завязана на поставки дизельного топлива, неэффективна и ресурсозатратна. С помощью использования и распространения АркВЭУ у регионов появится возможность существенно снизить долю
затрат на энергоснабжение – в отдельных субъектах общие затраты на него сейчас достигают 37% от валового продукта.

Для нужд освоения севера лаборатория топливных элементов в составе университета занимается разработками твердооксидных топливных элементов.  Коэффициент полезного действия (КПД) традиционного углеводородного топлива довольно мал для работы в неблагоприятных условиях севера, поэтому исследования ведутся в области совершенствования технологий твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Это одна из наиболее эффективных технологий преобразования химической энергии топлива в электрическую энергию, известная на сегодняшний день. Электрогенераторы на основе ТОТЭ достигают КПД в 60%, а при комбинировании с газовыми турбинами КПД можно повысить вплоть до 70%. Использование подобных устройств для отопления позволит повысить КПД до 90%, почти не испытывая потерь в тепловой энергии. В качестве топлива могут быть использованы водород, моноксид углерода, углеводородные топлива
— газообразные и жидкие.

Международная автономная полярная станция нового поколения «Снежинка»

Благодаря значительной базе разработок и экспертизы в области арктической энергетики МФТИ совместно с российскими и международными партнерами инициировал проект строительства комплекса автономных международных арктических станций «Снежинка». Станции будут работать исключительно на базе возобновляемых источников энергии и водородной энергетике. Их деятельность будет направлена на разносторонние исследования Арктики, апробацию перспективных технологий в неблагоприятных климатических условиях, а также международное сотрудничество в области полярных исследований. Проект был единогласно одобрен всеми странами Арктического совета и привлек большое внимание международного сообщества.

В Год науки и технологий строительство станции началось в Ямало-ненецком автономном округе, на завершающих стадиях подготовки находится проект комплекса в Мурманской области. Международная арктическая станция «Снежинка» станет одним из самых крупных объектов научной инфраструктуры в арктической зоне. Благодаря ее технологическому оснащению ученые со всего мира смогут вести разработки по различным направлениям, актуальным для освоения Арктики: от систем жизнеобеспечения до сельскохозяйственных технологий по выращиванию овощей в экстремальных условиях.

Исследованиями экспериментальных технических решений в области вечной мерзлоты, а также изучением флоры и фауны арктического региона займутся и региональные ученые. Проект позволит обеспечить «умную специализацию» региона и развивать ямальский научный потенциал. Использование традиционных видов энергетики в условиях крайнего севера затруднено, ввиду этого Научно-технологическим центром автономной энергетики были разработаны оптимальные варианты обеспечения электроэнергией полярных станций «Снежинка»: комплекс, работающий на перспективных экологичных источниках энергии и совмещающий ветряные генераторы, солнечные батареи, а также водородные электростанции. Для эффективной работы энергетического комплекса были созданы проекты перспективных накопителей энергии, которые будут проходить тестирование в рамках деятельности станций. Проект стал возможен благодаря вкладу лабораторий в НТЦ АТ МФТИ в развитие систем автономного энергообеспечения.

С помощью мер национального проекта «Наука и университеты» в стране создаются научно-образовательные центры мирового уровня. На сегодняшний день в стране ведут свою деятельность уже 15 таких центров.

 

Проектный офис Года науки и технологий
АНО “Национальные приоритеты”

14.10.2021

 

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2