Итоги работы Центра физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН в 2024 году

Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН совсем небольшой – в нем трудятся 28 человек.

– Сокращение идет быстрыми темпами, притока научных сотрудников почти совсем нет – сегодня у нас их 13. Дело в невероятном кадровом голоде на энергетических предприятиях, и мы с ними конкурировать за молодежь не в состоянии, – прокомментировал положение вещей директор Центра Василий Селиванов.

И невзирая на это, Центр включает две лаборатории – это Лаборатория энергосбережения и возобновляемых источников энергии и Лаборатория электроэнергетики и электротехнологии – и успешно трудится по двум направлениям: разработка путей эффективного развития и функционирования энергетических систем в условиях Арктики, включая проблемы энергобезопасности, энергосбережения и рационального освоения природных энергоресурсов, а также исследование физико-технических и экологических проблем энергетики Севера, электрофизических свойств материалов и развитие высоковольтных электротехнологий для электроразведки, добычи и переработки минерального сырья.

Одна на две лаборатории тема была в 2024 году успешно завершена – это комплексное исследование научно-технических проблем функционирования и устойчивого развития энергетических систем в Арктической зоне РФ на новой технологической основе. Самые разные задачи, включая технические, а также междисциплинарные с другими подразделениями КНЦ решали специалисты Центра. Это исследование возможностей интеграции распределенных источников энергии в энергетическую систему для оптимизации структуры энергобаланса и повышения надежности работы Кольской энергосистемы; экспериментальные исследования разрушения композиционных материалов с использованием схем с комбинированными высоковольтными импульсными источниками; переработка схемы обработки аналоговых сигналов вторичного электронного умножителя масс-спектрометра МИ-201ИГ; анализ процессов в электрических цепях с нелинейными индуктивностями и подмагничиванием постоянным током; определение закономерностей появления искажений электроэнергии в энергосистеме Мурманской области; исследование импульсных электрических характеристик конструкционных материалов, используемых в качестве естественных заземлителей.

Традиционная тема, которой многие годы занимаются в Центре – перспективы внедрения ветроэнергетических установок (ВЭУ). На примере экономического эффекта от использования ВЭУ совместно с котельной на нужды теплоснабжения поселка Териберка исследованы возможности применения ВЭУ в системах теплоснабжения удаленных потребителей в прибрежных районах Кольского полуострова. Сюда же входят уникальные исследования фундаментальных закономерностей формирования искажений электроэнергии в сети Кольской ВЭС. В результате анализа данных, идентифицирован источник появления искажений в длинных подземных кабелях из сшитого полиэтилена, по которым электроэнергия от каждой ВЭУ передается в сеть. Сделан вывод, что для регионов с преимущественно каменистым и скальным грунтом такой тип кабелей, несмотря на современность и технологичность, наименее предпочтителен. Рекомендовано при монтаже в земле в условиях Арктики располагать его исключительно в кабельном канале, либо над поверхностью земли на эстакадах.

В рамках исследований было создано модифицированное измерительное устройство, повышающее точность измерений частотозависимых параметров грунта. О результатах этой работы сотрудники Центр физико-технических проблем энергетики севера сделали доклады на Международных конференциях высокого уровня в Риме и в Брюгге.

Выполнены экспериментальные исследования электроразрядного разрушения моно- и поликомпонентных материалов при использовании схем с одиночными и комбинированными высоковольтными импульсными источниками. Проведены серии опытов по электроимпульсной дезинтеграции образцов синтетического сырья с целью его переработки. Такая работа имеет и прикладное значение, и фундаментальное зерно. Занимался ею под руководством Василия Селиванова младший научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии ЦЭС КНЦ РАН Андрей Климов. В феврале 2024 года он успешно защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук с темой «Исследование энергетических характеристик электроимпульсного разрушения техногенного сырья» в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого.

Очередной этап модернизации масс-спектрометров МИ1201ИГ включал разработку термостатированного магнитоизмерительного канала. Применение новой схемы измерения магнитной индукции совместно с обновленным алгоритмом управления током электромагнита позволило повысить разрешающую способность комплекса при сканировании спектра масс и уменьшить погрешность определения изотопных отношений в режиме накопления.

С современными подходами и методами обработки удается получить новые характеристики и новые методы обработки данных. Например, был разработан метод автоматической классификации геоиндуцированных токов в нейтралях автотрансформаторов – это качественный скачок в исследовании больших данных.

Кроме работ по бюджетной тематике выполняются работы по грантам РНФ. Так в В АО «Апатит» произведен сбор и обработка диспетчерской информации за последние десять лет для получения статистических данных, проведены измерения параметров электроэнергии. Также шли работы по договору с САФУ: часть ЦЭС касалась разработки технических решений для обеспечения электроснабжения нового промышленного объекта Африкандского месторождения.

Особым достижением можно считать уникальный эксперимент «FENICS-2024» по глубинному электромагнитному зондированию земной коры в рамках совместной с Геологическим институтом КНЦ РАН работы по проекту Российского научного фонда «Глубинные электромагнитные зондирования литосферы с естественными и мощными контролируемыми источниками с учетом влияния свойств волновода Земля-ионосфера, статических искажений, горизонтальной неоднородности и анизотропии верхней части земной коры и геодинамические модели напряженно-деформированного состояния земной коры восточной части Фенноскандинавского щита». В ходе эксперимента выполнены глубинные электромагнитные зондирования с использованием линий электропередачи длиной 96 километров и 205 километров с использованием в качестве источника тока разработанного КНЧ-генератора мощностью до 200 кВт. Регистрация данных проводилась ГИ КНЦ РАН, ИЗМИРАН, ИФЗ РАН и другими на удалениях от 180 до 500 километров от центра питающей линии до измерительной установки.

Финансирование центра составило в 2024 году 53,9 миллиона рублей, из них бюджетное финансирование – 48,9 миллиона рублей, сверхбюджета (гранты, хоздоговора) – 5 миллионов. За отчетный год было создано 44 публикации, прочитано семь российских и семь международных докладов, подано три патентные заявки, получено два документа интеллектуальной собственности.