Современная энергетика

Энергия это то, без чего не может существовать наша цивилизация. Растущее население Земли, новые высокотехнологичные производства, «оцифровывание» человечества требуют все больше и больше источников энергии. Это не только традиционная энергетика, но и современная низкоуглеродная генерация, к которой можно отнести атомную, солнечную, ветровую энергетику. Важным направлением развития отрасли является аккумулирование энергии для ее дальнейшего использования как стационарными, так и мобильными потребителями. Кроме того, в настоящее время происходит активное внедрение цифровых технологий в энергетическую отрасль.

Создание цифровых двойников, систем управления, основанных на новой элементной базе и принципах работы, позволит значительно повысить конкурентоспособность и увеличить темпы развития современной российской энергетики. Не надо также забывать, что энергетика должна быть экономичной, доступной в любом уголке планеты и безопасной для окружающей среды. В рамках направления участникам предстоит исследовать работу различных источников энергии, создавать прототипы генераторов, работать с новыми материалами, конструировать накопители энергии, программировать системы управления энергетическими сетями.

1. Атомная станция малой мощности для работы на Крайнем Севере
2. Компактная ГАЭС
3. Определение оптимального варианта электроснабжения населенного пункта
4. Источники бесперебойного питания без аккумуляторных батарей
5. Создание powerbank с функцией подзарядки от колебательных движений при ходьбе

Описание проектов

1. Атомная станция малой мощности для работы на Крайнем Севере

Руководитель проекта: Калякин Д.С.

Аннотация: Атомные станции малой мощности являются одним из перспективных направлений развития ядерной энергетики. Госкорпорация «Росатом» обладает огромным опытом разработки и применения реакторов малой мощности. Первая в мире АЭС, построенная в Обнинске, атомные ледоколы, плавучая теплоэлектростанция – все это проекты, в основе которых лежат отечественные технологии малых реакторов.
В настоящее время ГК «Росатом» разрабатывает малые атомные станции в широком диапазоне параметров, как в наземном, так и в плавучем исполнении. Атомная станция малой мощности является оптимальным решением для обеспечения стабильного энергоснабжения потребителей на отдаленных от централизованных энергосистем территориях. Немаловажным является экологическая чистота данного типа электрогенерации, что позволяет значительно снизить выбросы углекислого газа в атмосферу и загрязнение территорий по сравнению с электростанциями на органическом топливе. Кроме того, атомные станции малой мощности, являясь надежными источниками низкоуглеродной электроэнергии и тепла, играют важную роль в достижении целей устойчивого развития ООН.

Одними из основных задач в рамках разработки концепции применения данного типа электрогенерации, является оптимизация стоимости реактора с целью снижения цены киловатта установленной мощности и выбор площадок, где строительство данных АЭС может быть экономически целесообразным. Одним из вариантов является размещение атомных станций малой мощности на отдаленных территориях Крайнего Севера, где по объективным причинам имеет место высокая себестоимость производства электроэнергии из других источников. 

Работа является продолжением исследований, начатых в рамках предыдущей проектной смены. В рамках проекта этого года будет необходимо проанализировать и аналитически обосновать возможность использования экологически чистых источников электроэнергии в населенных пунктах Арктической зоны Российской Федерации для реализации задач развития данных регионов нашей страны. После выбора мест возможного размещения стационарных источников электроэнергии, участникам команды проекта предстоит оценить сокращение объема выбросов углекислого газа и оценить эффекты от предложенной концепции размещения с точки зрения устойчивого развития и влияния на основные цели устойчивого развития. В результате работы будет создан макет атомной станции малой мощности, базирующийся на разработанных технических решениях.

Партнеры проекта: Госкорпорация «Росатом», акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации – Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского»

2. Компактная ГАЭС

Руководитель проекта: Глушкова Т.С.

Аннотация: Одним из перспективных направлений исследований в области аккумулирования энергии является изучение возможностей применения гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). В данном проекте будут изучены и рассчитаны параметры оборудования, необходимого для выработки и накопления энергии в зависимости от исходных условий, изучены типы потребителей, для которых наиболее эффективно применение компактных ГАЭС и на основе этой информации составлен каталог типовых решений. Также будет спроектирован, рассчитан, собран и запрограммирован прототип энергетического комплекса, включающего модель ГАЭС и потребителя энергии для отработки режимов работы компактной ГАЭС.

Партнер проекта: Публичное акционерное общество «Русгидро»

3. Определение оптимального варианта электроснабжения населенного пункта

Руководитель проекта: Перекальский И.Н.

Аннотация: ​Современные энергосистемы стремительно интегрируют в себя сложные кибер-физические системы. В России и других технологически развитых странах в настоящее время происходит переворот в энергетике, который часто называют «промышленной революцией». Его можно представить тремя основными тенденциями: декарбонизация, децентрализация, цифровизация.

Катализатором и ключевым фактором энергетического перехода национальных систем от традиционного уклада XX века к новым технологиям и практикам XXI века отраслевые эксперты называют распределенную энергетику. К 2016 производство энергии распределенной генерацией достигло 25% в мире. В начале 21 века была представлена концепция Smart Grid, характеризующая будущую электроэнергетическую систему как более «дружелюбную» к пользователю, эффективную и устойчивую к аварийным ситуациям. В России была разработана и представлена дорожная карта EnergyNET в которой определен порядок создания принципиально новых интеллектуальных электроэнергетических систем. Однако при разработке любых современных энергетических систем перед инженерами встает задача детальной проработки любых проектов как с точки зрения самой концепции, так и с точки зрения экономической эффективности и целесообразности самого решения.

В России с ее обширными территориями, климатическими поясами, линями электропередачи значительной протяженности, где электроснабжение является основой существования граждан страны, существует огромный потенциал для реализации проектов энергетических систем нового поколения. Объединив возможности централизованных систем электроснабжения и распределенной энергетики появляется возможность обеспечить надежное и качественное электроснабжение потребителей, ставя при этом во главу угла необходимость сделать электроснабжение оптимальным с точки зрения экономической эффективности.

В рамках проекта участникам будет предложено разработать и реализовать оптимальный вариант электроснабжения населенного пункта с учетом капитальных и эксплуатационных затрат на протяжении всего жизненного цикла оборудования, рассмотрев следующие варианты реализации решения: ремонт существующей инфраструктуры электроснабжения, реконструкция, новое строительство, автономное электроснабжение с применением ВИЭ, ДГУ, накопителей.

Партнер проекта: Публичное акционерное общество «Россети»

4. Источники бесперебойного питания без аккумуляторных батарей

Руководитель проекта: Харитонов Я.С.

Аннотация: ​Системы бесперебойного питания являются неотъемлемой частью любой автоматизированной системы. В условиях нестабильного электроснабжения, низкого качества электроэнергии источники бесперебойного питания с двойным преобразованием являются необходимым условием в системах электроснабжения вычислительной техники и элементов промышленной автоматизации и технологической связи. Высокие требования к условиям окружающей среды, несоблюдение которых приводит к существенному снижению срока службы аккумуляторов, накладывают ряд неудобств при использовании систем бесперебойного питания. Современные решения в области пассивных элементов могут позволить избавиться от недостатков аккумуляторных батарей, которые помогут создать «вечный» источник бесперебойного питания, элементы и узлы которого, при должном и своевременном техническом обслуживании, прослужат весь срок полезной эксплуатации не требуя замены в течение всего жизненного цикла оборудования.

Партнер проекта: акционерная компания «АЛРОСА» (публичное акционерное общество)

5. Создание powerbank с функцией подзарядки от колебательных движений при ходьбе

Руководитель проекта: Мягких М.К.

Аннотация: ​Разрабатываемое устройство представляет из себя компактную накладку, крепящуюся на заднюю часть ноги чуть ниже колена. Устройство включает в себя аккумуляторную батарею и шаговый двигатель, на вал которого крепится маховик со смещенным центром тяжести. Ось двигателя перпендикулярна плоскости движения ноги при ходьбе, что заставляет маховик совершать колебания, и, следовательно, ось будет совершать небольшие провороты при каждом шаге. Далее напряжение, производимое двигателем при его проворотах, будет повышаться и стабилизироваться специальной электрической схемой (сборка которой также входит в работу над проектом), и будет использоваться для зарядки аккумулятора, встроенного в устройство. На данный момент имеется пробный экземпляр устройства, который прошел успешную начальную проверку на удобство и возможность использования подобного гаджета.

Партнер проекта: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО)