День света и тепла

22 декабря – День энергетика, который отмечают множество представителей этой чрезвычайно важной и нужной профессии. В Кольском научном центре РАН также есть те, для кого этот праздник – свой, особый. Это сотрудники Центра физико-технических проблем энергетики Севера. О том, как развивалась отрасль на Севере в целом и работа Центра в частности, рассказывает его директор, кандидат технических наук Василий Селиванов.

История

– В энергетической отрасли у нас в области занято большое количество людей, – рассказывает Василий Николаевич. – Это те, кто трудятся на производстве энергии и на ее распределении, в обслуживании линий электропередачи и электрических станций и подстанций. Нынешний праздник – особый, 100 лет назад, 22 декабря 1920 года был принят план ГОЭЛРО, Государственной комиссии по электрификации России.

Интересно, что в Мурманскую область электричество пришло благодаря железной дороге. До начала ее строительства здесь было лишь несколько динамо-машин, например, в Умбском лесозаводе и в Трифоно-Печенгском монастыре. В 1917 году в Мурманске построили дизельную электростанцию на несколько сотен киловатт.

Для электрификации железной дороги были проведены исследования рек и определены места для строительства гидроэлектростанций на реках Ковда, Нива и Тулома. Но лишь спустя десять лет, в том числе и по причине строительства треста «Апатит», которому необходимо было большое количество электричества, тепловой энергии и топлива, все начало развиваться более активно. Так, в 1930 году началось строительство «Нивы ГЭС-2», а для его электроснабжения использовали электростанцию Хибиногорска – паросиловую установку мощностью в 1,5 мегаватт, построенную в 1931 году.

До начала войны в области было построено две ГЭС, одна ТЭЦ, в 1939 году полностью электрифицировали участок Кировской железной дороги Кандалакша-Мурманск. А что касается ученых, то в 1940-м году впервые задумались о том, чтобы среди работников Кольской научной базы были и те, кто занялся бы этим перспективным направлением, и не приезжие, а свои. Тогда упор делался на торфяные месторождения на полуострове, ведь, кроме гидростанций, планировали и тепловые, с возможностью использовать природные ресурсы – уголь и торф. Своего угля у нас нет, а торфяные залежи были в плане исследований, поэтому в 1941 решили создать на Кольской научной базе отдел энергетики. Но помешала война.

Когда ученые вернулись с фронта и из эвакуации, энергетические планы возродились, и 17 июля 1948 года была организована Лаборатория гидроэнергетики, первыми сотрудниками которой, как ни удивительно, стали… специалисты-ихтиологи. За первый год они успели исследовать реки Умбу и Йоканьгу на предмет возможности применения их для строительства ГЭС.

Вообще, в Мурманской области сегодня двадцать электростанций, из них одна атомная и одна приливная, две тепловых, а остальные – гидро. При этом нет ни одной, построенной по типовому проекту, все уникальные, созданные с учетом особенностей полярного ландшафта!

Тем временем энергетическая лаборатория Кольской научной базы видоизменялась и росла. С 1950 по 1961 году это был Отдел гидроэнергетики КФАН СССР, с 1961 по 1972 годы – Лаборатория энергетики и комплексных водохозяйственных проблем Горно-металлургического института КФ АН СССР. С 1972 по 1990 – Отдел энергетики при Президиуме КФАН, а затем, до 2005 года – Институт физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ.

– На протяжении этих лет мы изучали электроэнергетику и теплоэнергетику, и наука всегда шла рядом с нуждами времени, нуждами людей, – рассказывает Василий Селиванов. – Например, с 40-х по 80-е годы, когда повсеместно строили ГЭС, ученые создавали каталоги рек и озер области, оценивали их потенциал и вносили в гидроэнергетический кадастр. Когда строилась Апатитская ТЭЦ (тогда Кировская ГРЭС) – провели большой объем работ по исследованию вопросов рационального использования ее энергетического оборудования. Когда появилась атомная станция, в сферу наших работ вошла и ядерная энергия. В тот момент, когда возник интерес к промышленному загрязнению гидроресурсов области, на наш отдел возложили экологические исследования – впоследствии на базе группы гидрохимии нашего отдела была создана лаборатория охраны природы отдела экономических исследований, из которой возник в 1989 г. современный Институт проблем промышленной экологии Севера.

Кроме того, на наш отдел совместно с другими организациями возлагалась разработка перспективных планов развития энергетики региона, оптимизация топливо-энергетического комплекса Мурманской области. В какой-то момент возник вопрос о возможностях использования энергии ветра на Кольском полуострове – так, в 1974 году был создан ветроэнергетический полигон в поселке Дальние Зеленцы. Туда привозили промышленные образцы ветроустановок на испытания в разных режимах, а позже, в 1980-е, был разработан план строительства ветроэнергетических парков мощностью до 100 мегаватт (именно такой сегодня строится в районе Териберки). Кстати, первая ветровая установка в черте Мурманска также установлена при участии апатитских ученых. Также наши сотрудники создали атлас ветров Кольского полуострова – исследовали и наметили перспективные районы для ветропарков.

День сегодняшний

Сейчас Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН состоит из двух лабораторий. Одна – электрофизическая, вторая занимается возобновляемыми источниками энергии и вопросами энергоэффективности.

Сотрудники Центра участвуют во множестве междисциплинарных исследований совместно с горняками, экологами, геологами Кольского научного центра. Для работы последних, например, модернизировали масспектрометр – точность исследований благодаря этому повысилась значительно. Также, совместно с геологами, в течение многих лет они принимают участие в изучении строения земной коры Балтийского щита.

– Мы разработали генератор, который подключается к линиям электропередачи, и они выступают в роли антенн – излучают электромагнитную энергию, которая проникает в землю и отражается от различных неоднородностей – разломов, рудных проявлений, – поясняет Василий Николаевич.

Изменение климата и увеличение грозовой активности в Заполярье поставило перед учеными Центра новые задачи. Идет обработка данных за десятилетний период наблюдений, получен доступ к европейской системе грозопеленгации, поставлены датчики ЦЭС на Кольском полуострове, в планах на 2021 год – их установка в Архангельской области и в Карелии, возможно, в Коми.

– Датчики регистрируют разряды молний, которые негативно влияют на подстанции и ЛЭП, а система грозопеленгации позволяет довольно точно найти места повреждения изоляции в очень длинных, труднодоступных линиях электропередач – все это экономит время и деньги электросетевых компаний. Также мы исследуем грозозащиту подстанций с целью предупреждения аварий. Кроме того, большой цикл работ связан с повышением эффективности заземляющих устройств.

Еще одно интересное исследование Центр продолжает с 1980-х годов – технологии электроимпульсного разрушения горных пород. В сущности, это рукотворная молния, которая приносит пользу – дробит камни высоковольтным электрическим разрядом. Проводились эксперименты по электроимпульсному бурению, да и сегодня у ЦЭС есть множество предложений для промышленных предприятий.

– С 1986 года совместно с Полярным геофизическим институтом (ПГИ) мы изучаем влияние вспышек на Солнце на энергосистему, трубопроводы и железную дорогу, – рассказывает Василий Селиванов. – Полярные сияния не только красивы, но и опасны. Они и грозы – два электромагнитных природных явления, которые напрямую воздействуют на энергетическую и транспортную структуры. Когда вы видите полярное сияние, в длинных проводниках возникают индуктированные токи, которые вызывают коррозию нефте- и газопроводов, на железной дороге – ложно срабатывают системы сигнализации, происходят сбои в автоматике и управлении. А в электрических сетях эти токи могут перегревать и повреждать силовые трансформаторы.

Для наблюдения за подобными явлениями мы вместе с ПГИ создали сеть мониторинга – поставили несколько датчиков тока на трансформаторах в Мурманской области и Карелии. А в 2020 году РЖД и ФИЦ КНЦ РАН подписали соглашение о сотрудничестве, в рамках которого будем изучать воздействие геомагнитных бурь на железнодорожную инфраструктуру.

Отдельно нужно отметить работу сотрудников Центра в исследованиях возможностей распределенной энергетики – надежного и разнообразного обеспечения светом и теплом потребителей, удаленных от центра генерации энергии. Второй вопрос – распределенная генерация, внедрение самых разных установок с небольшими мощностями. С одной стороны, это веяния нового времени, а с другой, конкретно для Мурманской области, – историческая реальность, ведь, кроме ГЭС, ТЭЦ и АЭС у нас есть и приливная электростанция, Кислогубская, которая была построена еще в 1968 году. Так что модель «больше разнообразной энергии и энергетики» в наших краях действует почти век.

– Распределенная энергия создается с помощью более гибкой сети, и самый важный момент в ее работе – четкое управление с помощью цифровых ресурсов, которое требует тонкой настройки для эффективной работы. Возможно, мы займемся этим вопросом более плотно, – говорит Василий Селиванов.

Энергетиками Кольского научного центра за 72 года было сделано много интересного, многое еще впереди. Сегодня больше половины сотрудников Центра физико-технических проблем энергетики Севера – молодые сотрудники, выпускники филиалов КФ ПетрГУ и МАГУ. А значит, работа продолжается.

Василий Селиванов и сотрудники ЦЭС КНЦ РАН поздравляют с Днем энергетика всех коллег – энергетиков Мурманской области, а также преподавателей филиала МАГУ в Апатитах с профессиональным праздником. Всем – крепкого здоровья и интересной работы с хорошими результатами и большими успехами!

22 Декабря 2020