Энергетика экстрима. Как разработки учёных повлияют на освоение Арктики

Для развития заполярных территорий российские исследователи создают новые технологии. Они обеспечат электричеством и теплом людей, проживающих в экстремальных условиях вечной мерзлоты.

В конце сентября благодаря национальному проекту «Наука и университеты» научно-образовательный центр мирового уровня (НОЦ) «Север — территория устойчивого развития» получил субсидии на открытие 6 молодёжных лабораторий. Часть из них уже действуют, остальные откроются в ближайшее время. Проекты НОЦ направлены на развитие инфраструктуры северных территорий России. Это очень важно для регионов, находящихся за Полярным кругом. А усиление экономики Севера повлияет на экономику страны в целом.

Рассказываем о том, как разработки российских учёных позволят России укрепить стратегическое присутствие в Арктике.

«Север-территория устойчивого развития»

Тематика октября в Год науки и технологий — «Энергетика будущего». Для развития арктических территорий российские учёные разрабатывают технологии, способные обеспечить энергией поселения и объекты, построенные в экстремальных условиях вечной мерзлоты.

В этом году НОЦ «Север — территория устойчивого развития» представил проект масштабной технологической платформы по разработке и апробации водородных технологий полного цикла. Он позволит удалённым объектам инфраструктуры автономно работать вне зависимости от климатических условий и поставок топлива. Использование водорода в Арктике актуально и обусловлено распространённостью ресурса, пригодного для извлечения готового топлива — воды. Процесс его получения можно автономно организовать на полярной станции или в удалённом поселении.

Благодаря национальному проекту «Наука и университеты» в НОЦ «Север — территория устойчивого развития» открываются 6 лабораторий, цель которых — продвижение разработок молодых учёных и трудоустройство перспективных исследователей. Так, на базе СВФУ имени М.К. Аммосова заработала лаборатория «Вычислительные технологии моделирования многофизичных и многомасштабных процессов криолитозоны», решающая задачи из нескольких прикладных областей. Кроме того, в СВФУ будет действовать лаборатория радиационных технологий и полимерных композитов для Севера. Используя вычислительные методы, учёные смогут оценивать влияние глобального потепления на скорость оттаивания грунтов на полярных территориях. Это обеспечит строителей арктической инфраструктуры данными о состоянии почв, а экологи получат сведения для анализа техногенных и природных причин изменения климата в конкретных местностях.

Две молодёжные лаборатории запускаются на базе Якутского научного центра Сибирского отделения РАН. А в Сахалинском государственном университете открылась лаборатория электрохимических источников для возобновляемой энергетики. Акцент в ней будет сделан на создании новых накопителей энергии для Сахалина и Курил на основе солнечных батарей и ветрогенраторов, изучении накопления и потребления водорода. Лаборатория создаётся в партнёрстве с Институтом проблем химической физики РАН. Производство и использование водорода является одним из стратегических приоритетов научно-технологического развития Сахалинской области, которая может обеспечить себе ведущие позиции среди субъектов РФ в сфере водородной энергетики.

Научно-технологический центр автономной энергетики

Научно-технологический центр автономной энергетики в составе Института арктических технологий Московского физико-технического института (НТЦ АТ МФТИ) был создан в 2017 году. Сегодня это один из ведущих центров, где разрабатываются арктические проекты в сфере энергетики. В его состав входят четыре лаборатории и инжиниринговый центр.

В суровых условиях Заполярья скорость ветра нередко достигает 15-20 м/с, а в некоторых областях доходит до 50 м/с. Непростые погодные обстоятельства требуют особенных подходов к созданию ветрогенераторов. Их проектированием и разработкой занимаются в лаборатории возобновляемых источников энергии.Мощность спроектированной здесь арктической ветроэнергоустановки (АркВЭУ) — около 100 киловатт, и она может работать без перебоев в полностью изолированных условиях. Особенности конструкции позволяют генератору не покрываться льдом, выдерживать температуру до −50°С и скорость ветра 60 м/с. Используя такие установки, северные регионы смогутсущественно снизить долю затрат на энергоснабжение: в отдельных субъектах они сейчас достигают 37% от валового продукта.

В лаборатории топливных элементов разрабатываютэффективные технологии преобразования химическойэнергии топлива в электрическую. КПД традиционного углеводородного горючего в неблагоприятных условиях Севера очень мал. Приходится осваивать твёрдооксидныетопливные элементы (ТОТЭ). Электрогенераторы на их основе имеют КПД, достигающий 60%, а при комбинировании с газовыми турбинами его можно повысить до 70%.

Полярная станция «Снежинка»

Совместно с российскими и международными партнёрами МФТИ инициировал проект строительства комплекса автономных международных арктических станций «Снежинка». Они будут работать исключительно на возобновляемых источниках энергии и водороде, а деятельность станций будет направлена на разносторонние исследования Арктики, апробацию перспективных технологий в неблагоприятных климатических условиях и международное сотрудничество в сфере полярных исследований. В Год науки и технологий строительство такой 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 её технологическому оснащению учёные со всего мира смогут вести актуальные для освоения Арктикиразработки — от систем жизнеобеспечения до выращивания овощей в экстремальных условиях. Проект позволит обеспечить «умную специализацию» региона и развить научный потенциал на Ямале

Использование традиционных видов энергетики в условиях Крайнего Севера затруднено, поэтому для обеспечения электроэнергией полярных станций «Снежинка» был создан комплекс, совмещающий ветряные генераторы, солнечные батареи и водородные электростанции. Разработаны проекты перспективных накопителей энергии.

Всего же в стране на сегодняшний день ведут свою деятельность 15 научно-образовательных центровмирового уровня. Все они созданы в рамках национального проекта «Наука и университеты».