Вместе с ветром: новые направления, которыми занимаются энергетики Кольского научного центра

Давайте проведем эксперимент. Предложите тому, кто сейчас рядом с вами, назвать какую-нибудь очень важную для науки формулу. Скорее всего, это будет «E=mc2»: формула, лежащая в основе современной физики. Согласно теории относительности, полная энергия физического тела или системы в состоянии покоя равна его массе, умноженной квадрат скорости света в вакууме. Энергией обладает все в нашем мире. Тепловая, химическая, электрическая, даже нервная энергия – любой процесс происходит с ее поглощением или выделением.

С 1966 года в нашей стране поздравляют людей, чья профессия связана с тем, что движет миром. День энергетика – это профессиональный праздник всех работников промышленности, охватывающей выработку, передачу и сбыт электрической и тепловой энергии. Не случайно этот праздник отмечается в самый короткий, холодный и темный день года, 22 декабря.

Сотрудники Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра по праву считают День энергетика своим профессиональным праздником. Две лаборатории Центра занимаются исследованиями в области электроэнергетики и электротехники, энергосбережения и возобновляемых источников энергии. Ученые не только совершенствуют технологии традиционных способов передачи и производства энергии, но и находят новые пути ее получения.

Кандидат технических наук, заместитель директора ЦЭС КНЦ РАН по научной работе Валерий Минин рассказал, насколько интересны и перспективны для Арктики возобновляемые источники энергии.

Из всех нетрадиционных источников энергии в Мурманской области в первую очередь ученые обратили внимание на возможность использования ветра. На севере Европы циклоны с Атлантики большей частью движутся с юго-запада на северо-восток, а незамерзающие воды Гольфстрима соседствуют с холодными берегами материковой части. Такое соседство вызывает усиленное перемещение воздушных масс от холодных центральных районов Кольского полуострова в сторону более теплого Баренцева моря, а бескрайние просторы тундры не задерживают потоки ветра.

Более детально за изучение практического использования ветра в районах Севера взялись в начале 1970-х годов. Тогда небольшая группа энтузиастов из Кольского филиала АН СССР активно включилась в разработку ветроэнергетического кадастра европейского Севера, начала оценивать потенциал ветра и выявила самые перспективные для развития ветроэнергетики территории Мурманской области. В 1974 и 1975 годах в районе поселка Дальние Зеленцы организовали ветроэнергетический полигон. В самом поселке тогда располагался Мурманский морской биологический институт КФАН СССР, так что новый полигон оказался под крылом родственного академического учреждения.

Как показали многолетние измерения, площадка для изучения энергии ветра была выбрана более чем удачно: среднегодовая скорость ветра здесь на высоте десяти метров составляет около 7,5 метров в секунду, что в два с лишним раза больше, чем в центральных районах полуострова. Зимой ветра усиливаются и могут превратиться в шторм и даже ураган. Двадцать лет на полигоне вели непрерывные наблюдения за скоростью и направлением ветра, испытывали ветроэнергетические установки.

Исследователи планировали продолжать работы, разместить и испытать более мощные ветроустановки и начать системное развитие ветроэнергетики в Мурманской области и в соседних районах. В 1992 году Кольский научный центр РАН откликнулся на просьбу иностранных коллег и провел в Мурманске международный семинар испытательных ветроэнергетических полигонов (Wind Test Stations). Однако в 90-е годы эти планы пришлось отложить. Мурманский морской биологический институт переехал в Мурманск, нарушилась транспортная связь, прекратила работу вся инфраструктура, обслуживающая и обеспечивающая жизнедеятельность поселка. К середине 1990-х годов работу на полигоне прекратили, все наиболее ценное оборудование эвакуировали.

Но контакты с международным научным сообществом продолжались. При поддержке Комиссии ЕС был реализован проект «Кольский ветер» (Kola Wind), участниками которого стали промышленные, исследовательские и образовательные организации из Финляндии, Дании, Германии и Греции. С российской стороны «Кольский ветер» координировал КНЦ РАН. По итогам исследований были намечены перспективы развития системной и автономной энергетики на Кольском полуострове.

В 2001 году на сопке неподалеку от Мурманска смонтировали и запустили эксплуатацию ветроэнергетическую установку Wincon-200. Она стала первой частной ветроустановкой, производящей электроэнергию не только для владельца – отеля «Огни Мурманска», но и для городской электросети. В 2016 году близ Колы установили сетевую ветроустановку мощностью 500 киловатт. Она и сейчас является самым большим источником электроэнергии, работающим за счет энергии ветра.

Сотрудники ЦЭС КНЦ РАН оценили технические ресурсы ветра прибрежных районов и предложили развивать ветропарки на северном побережье полуострова вблизи действующих гидроэлектростанций. Так можно будет использовать уже развитую инфраструктуру и компенсировать нестабильность мощности ветровой энергии гидроэлектросистемой. В состав Кольской энергосистемы можно ввести крупные ветропарки мощностью в несколько сотен мегаватт. В 2018 году была обоснована техническая возможность и экономическая целесообразность создания первого в Арктической зоне РФ энергетического кластера на основе возобновляемых источников энергии: ветро- и гидроэлектростанций. Концепция реализуется в рамках Соглашения о сотрудничестве между Правительством Мурманской области и ПАО «Энел Россия». Инвестиционный проект строительства ветропарка мощностью 201 МВт стоимостью около 270 млн. евро будет завершен в 2022 году.

По оценкам исследователей, одним из возможных направлений использования энергии ветра является теплоснабжение. Это направление поможет превратить ветер, который очень мешает жизни на Севере, в полноценный источник энергии. Самые холодные месяцы года на Кольском полуострове являются и самыми ветреными. Аккумулирующие способности системы теплоснабжения позволяют сгладить колебания мощности ветра.

Исследования, которые ведет Центр физико-технических проблем энергетики Севера, нашли свое применение в частной энергетике. Например, для отопления страусиной фермы недалеко от Мурманска ветроустановку используют уже более семи лет, а в 2014 году в Новой Титовке установили три установки для электроснабжения дайвингового центра. Появляются ветроэнергосистемы и на юге Кольского полуострова. В 2014 году при поддержке областного бюджета в селе Пялица запустили ветро-дизельно-солнечную электростанцию. В 2016 году подобные электростанции начали работать еще в трех селах на побережье Белого моря. Это позволило обеспечить круглосуточное электроснабжение сел, запустить работу интернета и сотовой связи.

Понятие «зеленой» энергетики не ограничивается использованием ветра. Сотрудники ЦЭС КНЦ РАН активно изучают и другие варианты. Ресурсы энергии Солнца, морских приливов и волн, ископаемые запасы торфа в регионе достаточно велики, но в ближайшие годы смогут найти только ограниченное применение. А вот энергии малых рек стоит уделить пристальное внимание: у малых ГЭС в нашей области могут открыться большие перспективы. Валерий Минин приглашает молодых специалистов присоединиться к развитию новой «зеленой» энергетики в регионе. И поздравляет всех коллег-энергетиков с профессиональным праздником, желает безаварийных рабочих смен, надежной и стабильной работы оборудования, покорения новых профессиональных вершин и ярких событий в жизни.