Разработчик станции «Снежинка» — о новых технологиях энергообеспечения в Арктике

Строительство уникальной арктической станции «Снежинка» может начаться в течение 2023 года — после выбора государством генерального подрядчика. Об этом в интервью RT заявил исполнительный директор инжинирингового центра «Автономная энергетика» МФТИ Юрий Васильев. Основное предназначение объекта — отработка промышленных технологий так называемого водородного цикла и безуглеродной возобновляемой энергетики. Новые решения позволят уменьшить стоимость киловатт-часа в Заполярье и поднять на новый уровень качество жизни в этом суровом макрорегионе.

— МФТИ является автором проекта арктической станции «Снежинка», которая будет расположена в так называемой Нефритовой долине Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). В чём предназначение станции и когда стартуют строительные работы?

— «Снежинку» мы создаём для проведения междисциплинарных прикладных исследований, экспериментов, натурных испытаний и демонстраций.

Эти работы имеют большое практическое значение для запуска в серийное промышленное производство нового оборудования зелёной энергетики, передовых разработок телекома для высоких широт, новых образцов строительных технологий — в первую очередь в части мониторинга и термостабилизации вечномёрзлых грунтов.

Кроме того, исследования, которые будут проводиться на «Снежинке», необходимы для создания и последующего выпуска специализированных робототехнических средств для сурового климата, медицинских арктических изделий, разработки решений в области продовольственной безопасности на Севере и лучших практик природосберегающих технологий с целью значительного повышения качества жизни в Арктике.

Функционал «Снежинки» будет полностью отвечать задачам, которые стоят перед нашим государством и компаниями, работающими в Заполярье.

Станция будет располагаться на грунтах, промёрзших на десятки метров, вблизи Салехарда. Если говорить точнее, это Нефритовая долина, известная тем, что там находится один из красивейших перевалов в горах Полярного Урала. Данная географическая точка была выбрана неслучайно. Нефритовая долина — хорошо продуваемая площадка, позволяющая, как мы надеемся, в полной мере применить ветропотенциал для выработки зелёной энергии.

К настоящему моменту силами инжинирингового центра «Автономная энергетика» МФТИ полностью разработана проектно-сметная документация для строительства станции, а 6 марта мы получили положительное заключение ФАУ «Главгосэкспертиза». Процесс экспертизы был небыстрым, поскольку наша технологическая документация крайне нестандартная, в первую очередь из-за так называемого водородного цикла. Хочу подчеркнуть, что Россия первой в мире создаёт подобный объект.

Далее проект «Снежинки» ожидает согласования в Минобрнауки и других ведомствах для включения в ФАИП (Федеральную адресную инвестиционную программу. — RT), которая станет источником финансирования строительных работ. Естественно, мы будем привлекать и частные инвестиции, но уже на стадии экспериментальных работ для доработки, тестирования и демонстрации на практике технологических решений, особенно в сфере водородной энергетики и систем жизнеобеспечения.

Рассчитываем, что весной — летом нынешнего года государство определит генерального подрядчика и стройка на Полярном Урале начнётся.

По проекту «Снежинки» МФТИ работает в кооперации со многими организациями-партнёрами. Например, по вопросам изготовления водородного технологического оборудования мы сотрудничаем более чем с десятью крупными вузами и академическими институтами. Это лучшие команды России.

— Как будет выглядеть станция и какие исследования будут на ней проводиться?

— Главный комплекс «Снежинки» будет состоять из строений куполообразной формы. Это не только красивый дизайнерский ход, но и продуманное функциональное решение, продиктованное необходимостью снижения ветровой и снеговой нагрузок. Также сфера означает меньший объём здания при той же полезной площади, а соответственно, и более скромные энергозатраты на вентиляцию и обогрев помещений.

По плану будет возведено семь куполов, соединённых переходами. Помещения будут приспособлены под всё необходимое для жизни, работы и досуга персонала станции и гостей в суровом климате. На станции будет функционировать система «умный дом / поселение», в научной работе и повседневной жизни будет задействован искусственный интеллект для поддержки принятия инженерных решений по эксплуатации станции в сложных климатических условиях.

В главном комплексе разместятся комфортные жилые помещения, столовая, спортивный зал, медицинский центр, а также лаборатории. К нему примкнёт технологический комплекс. Это будет Н-образное (Н символизирует водород. — RT) одноэтажное здание с мастерскими, гаражом, инженерными и электротехническими помещениями, а также пожарным депо и складом хранения материалов.

Для большей части работ инженерам и учёным не придётся выходить на улицу, так как все ключевые объекты будут соединены крытыми всепогодными переходами.

Некоторые сооружения будут располагаться отдельно. Например, астрономическая обсерватория разместится на некотором отдалении от основных зданий из-за так называемого светового загрязнения (эффекта, создаваемого искусственными источниками, свет которых рассеивается в нижних слоях атмосферы и мешает проведению астрономических наблюдений. — RT).

Также на территории станции оборудуют площадки с открытыми полигонами.

Мы планируем развернуть на «Снежинке» более десяти направлений прикладных научных исследований, для чего будет создана соответствующая инфраструктура — астрономическая и геомагнитная обсерватории, малоапертурная сейсмическая группа (широкополосная обсерватория), небольшая аэрологическая станция, полигон тестирования перспективных образцов оборудования ВИЭ (возобновляемых источников энергии) и водородной энергетики, а также полигон тестирования новых технологий термостабилизации вечномёрзлых грунтов.

Наряду с этим на территории станции разместятся павильон геотехнического мониторинга деградации вечной мерзлоты, а также площадка измерения мощности сезонного талого слоя и термического состояния вечной мерзлоты.

— Не могли бы пояснить, почему в Арктике, которая богата тем же природным газом, так необходимо развивать именно возобновляемые источники энергии и водородную энергетику?

— Природный газ рационально использовать в централизованных сетях. Но проводить в Заполярье газификацию чрезвычайно дорого и потому практически нереально.

С советских времён в северных широтах основа энергетики — дизельное топливо, которое нужно завозить в период очень короткого лета. Логистика крайне дорогая, условия выработки энергии на дизель-генераторных установках никогда не будут сопоставимы с работой централизованных материковых энергостанций. В результате стоимость киловатт-часа в Заполярье доходит до 200 рублей, местами сильно выше.

В удалённых поселениях Арктики и Дальнего Востока себестоимость электроэнергии превышает средние показатели в десятки раз, тарифы для населения субсидируются государством, на которое ложится основное бремя финансирования отрасли.

Учитывая специфику Арктики, намного рациональнее как можно шире использовать ВИЭ, а вместе с ними и водородные накопители с учётом будущей практики их безопасного внедрения и серийного производства российскими компаниями.

Таким образом, в северных широтах получится создать автономные источники энергии и системы жизнеобеспечения замкнутого типа. Условно говоря, в изолированном посёлке будут работать ветрогенераторы, солнечные электростанции и водородные системы накопления энергии, что позволит использовать дизель-генераторные установки только в качестве резервного источника питания.

Это не произойдёт завтра — весь мир к этому идёт постепенно. В сфере применения ветроустановок на Севере мы смотрим в том числе на опыт арктических коллег из других стран. Они также опираются преимущественно на дизель, но вместе с тем активно экспериментируют с ВИЭ.

В полярный день работают солнечные фотопанели. Это относительно простой дополнительный источник энергии, который, к сожалению, неактуален в период полярной ночи, когда кратно увеличиваются нагрузки в локальной электросети из-за низкой инсоляции и максимального режима работы теплогенерирующего оборудования. Поэтому зимой в Арктике из локальных ВИЭ энергия будет только от ветра. Её избыток можно аккумулировать в водороде для последующего использования в безветренные дни.

Естественно, для перехода на новую энергетическую модель нужны инвестиции, причём на первом этапе в период экспериментальных тестовых внедрений это финансирование «Снежинки» ляжет преимущественно на плечи государства. Эти средства будут направлены на создание полигонов и специализированной инфраструктуры для водородных технологий.

Вместе с тем безусловным главным достоинством зелёного водорода, полученного электролизом воды из энергии ВИЭ, является его практически абсолютная экологичность. В силу этого фактора зелёный водород — один из ключевых элементов национальных и корпоративных стратегий перехода на углеродную нейтральность в климатических повестках во всём мире, в том числе в России.

Повторюсь, водород преимущественно используется в качестве аккумулятора зелёной энергии ВИЭ, то есть, по сути, мы говорим о «водородной батарейке». На финише водородного цикла включаются топливные элементы, где на мембранах происходит обратный электролизу процесс: мы получаем электрическую и тепловую энергии, а также дистиллированную воду.

Хочу подчеркнуть, что суть наших работ с водородом сводится к апробированию практических экспериментальных решений, которые при дальнейшем тиражировании в различных секторах экономики приведут к снижению себестоимости киловатт-часа, повышению качества и надёжности электроснабжения.

Наши исследования в сфере водородной энергетики — не наука ради науки. Мы видим, как в мире постепенно формируется рынок водородных технологий. России по силам конкурировать на этом рынке своими решениями, продавать не только сам водород, но и оборудование для его производства, хранения, транспортировки и использования. И если сегодня водородная экономика пока имеет характер пилотных дорогих проектов, то с переходом на промышленное масштабирование мы увидим существенное изменение. По ряду ключевых секторов в мире уже наблюдается экономический базис так называемого энергоперехода.

— Почему нельзя вместо водорода развивать в Арктике ядерную энергетику?

— Я ни в коем случае не ставлю под сомнение необходимость разработок и внедрения на Севере новых решений в атомной энергетике. Но здесь также много нюансов, и ответы неоднозначны.

В Арктике могут быть актуальны атомные реакторы сверхмалой мощности. Но стоит понимать, что такие энергоустановки значительно превышают реальные потребности 99% арктических поселений. К тому же оборудование атомной отрасли всё равно достаточно габаритное, что объективно затрудняет его логистику в Заполярье.

Реакторы сверхмалой мощности гораздо целесообразнее использовать для снабжения промышленных крупных объектов, а не для энергообеспечения изолированных населённых пунктов.

Мы стараемся уместить водородное и иное инженерное оборудование в габаритах 40-футового контейнера для транспортировки не только железной дорогой, но и автомобильной техникой на «последней миле».

— Как вы продумали вопросы безопасности при использовании водорода?

— Чтобы минимизировать опасность работы с водородом на «Снежинке», мы применили множество технических решений. Электролизная зона, технические помещения энергоустановок на водородных топливных элементах, распределительные водородные газовые шкафы — везде используем современные системы обнаружения опасных концентраций газов, автоматического перекрытия водородопроводов и специализированную систему пожаротушения.

Дополнительно мы дробим ёмкости баллонов с водородом для минимизаций последствий их потенциальной разгерметизации.

— Первоначально «Снежинка» планировалась как международный проект, к которому могли быть привлечены страны — участницы Арктического совета (США, Канада, Дания, Финляндия, Исландия, Норвегия и Швеции), а также представители стран-наблюдателей. Понятно, что по политическим причинам широкое сотрудничество с зарубежьем невозможно. Тем не менее есть ли перспективы сотрудничества с другими государствами?

— Не буду отрицать, что интенсивность контактов с иностранными коллегами несколько снизилась. Однако диалог о совместных программах на «Снежинке» по-прежнему ведём с рядом партнёров, в первую очередь из Китайской Народной Республики и Индии. Ведём консультации с арабскими коллегами и даже с Латинской Америкой.

К сложившейся ситуации мы относимся спокойно. Россия с самого начала по созданию МАС «Снежинка» опиралась исключительно на свои заделы и ресурсы, активная работа с зарубежными коллегами планировалась и сейчас планируется с момента введения станции в тестовую эксплуатацию и физической возможности выполнять ряд исследовательских проектов на ней. Поэтому работаем дальше с ещё большей энергией, впереди начало строительства и реализация всех намеченных смелых инженерных планов. Скучать не приходится!