В выработке энергии надо максимально использовать возобновляемые источники

– Юрий Владимирович, не секрет, что в России до сих пор сотни населенных пунктов относятся к категории «энергоизолированных», т.е. не подключенных к единой или региональным энергосистемам. Электричество в них вырабатывают, как правило, дизель генераторы… Какие суммы тратятся из региональных бюджетов на покрытие разницы между льготным тарифом для населения и реальными расходами энергокомпаний? Как можно решить проблему? 

– Энергоизолированных населенных пунктов в целом по стране более 1000, в том числе в Арктической зоне России их более 300, а, в частности, на Ямале – более 40. 

Если говорить о примерных расходах из региональных бюджетов энергокомпаниям на покрытие разницы между льготным тарифом на электроэнергию для населения и реальными расходами этих компаний, или, как правильно будет звучать, экономически обоснованными тарифами, которые эти компании защищают в регулирующих органах (в частности, в региональных энергокомиссиях), то в целом по стране это более 20 млрд рублей. Отмечу, что большую часть этих расходов региональные бюджеты возмещают из федерального бюджета. И эта сумма начала активно расти с 2018 года, когда серьезно поднялись цены на дизельное топливо. 

Почему именно дизтопливо? Электричество в подавляющем большинстве «энергоизолированных» населенных пунктах вырабатывают дизель-генераторы. Есть поселки, например на Дальнем Востоке, где используется местный уголь, но подавляющее большинство, повторюсь, – дизель-генераторы. 

Как решить эту проблему? Ответ прост: сокращать реальную стоимость производства электроэнергии дизель-генераторами. Снижение цен на дизтопливо даже в условиях сегодняшнего снижения цен в мире на энергоносители скорее относится к мечтам. Реальность в другом: снижение стоимости электроэнергии видится в снижении объемов потребления дизельного топлива, т.е. в снижении удельного объема топлива на выработку 1 кВт•ч при сохранении или даже увеличении объема выработки. 

В среднем по стране сейчас в энергоизолированных поселках на производство 1 кВт*ч электроэнергии тратится 300-400 гр. дизтоплива. Но есть населенные пункты, где эти объемы достигают 600-700 гр. От чего зависит? От графика нагрузки, от возраста дизель-генераторов, их технического состояния, эффективности работы энергокомпании и ряда других причин.  

Минимальный расход дизельного топлива на производство 1 кВт•ч электроэнергии видится в районе 200 гр. Я бы поставил «отлично» тем, кто держит среднегодовой расход на уровне 230–250 гр. Но таких примеров, к сожалению, практически нет. 

Второй фактор, помимо снижения удельного расхода дизельного топлива, – максимализация выработки электричества за счет возобновляемых источников энергии. На севере – это ветер, южнее – солнце, еще лучше – их объединение при наличии хорошего ветропотенциала и инсоляции. Про малые ГЭС, геотермальные станции, приливные электростанции и т.п. не говорю – это очень редкая «экзотика» и пока труднотиражируемые решения. Если в выработку энергии включать ветер/солнце и применять накопители энергии, а также современные технологии дизель-генераторов на переменных оборотах и новые системы управления энергосистемой, то удельный расход реально довести до 100-150 гр. дизтоплива на кВт•ч общей выработки электроэнергии в поселке. И при этом инвестиции в модернизацию станции окупать в пределах 10 лет. 

Но при всем этом мы понимаем, что возобновляемыми источниками энергии мы не можем 100-процентно заменить дизель с учетом экономики проекта. То есть, если поставим такую цель, то потребуются большие инвестиции на создание системы накопления энергии. И ветер, и солнце – это не постоянная, а очень «рваная» генерация, с возможно большими периодами безветрия, отсутствия солнца… 

Поэтому МФТИ и реализует в настоящий момент свой проект гибридной электростанции, где мы используем новые дизель-генераторы, небольшие системы накопления электрической и тепловой энергии, а также генерацию энергии из ветра и солнца. В состав гибридной электростанции мы включаем мультирежимную дизель-генераторную установку с переменными в зависимости от нагрузки оборотами (диапазон мощности 15–70 кВт), ветрогенератор (установленная мощность до 150 кВт) и очень небольшую солнечную станцию (скорее для отработки интеграции). Поскольку наш пилотный проект реализуется на Ямале, все это, естественно, в арктическом исполнении. Для южных регионов комплектация будет несколько иной. Плюс к этому опорно-балансирующие накопители энергии (установленная емкость ок. 50 кВт•ч), интеллектуальные инверторы (мощность около 300 кВт), тепловые аккумуляторы, размещаемые у потребителей, и децентрализованная система управления на базе технологии искусственного интеллекта. 

– Есть ли партнеры у МФТИ в реализации проекта? 

– У МФТИ несколько индустриальных партнеров в реализации этого проекта. С одной стороны, у нас, внутри ведущего этот проект Научно-технологического центра МФТИ есть лаборатории и инжиниринговый центр, которые фокусируются по специализациям: силовая электроника, «ветер», дизельные машины, накопители, управляемая нагрузка и др. 

С точки зрения более широкого круга партнеров, партнеров внешних, у нас старые, годами проверенные коллеги. В частности, это компания «Дизель», «Лаборатория Касперского», небольшие но перспективные команды «Ондер», «FMLab» и другие. 

Как вы понимаете, в МФТИ мы не делаем собственно дизель-генератор или ветрогенератор. Но мы разрабатываем на них конструкторскую документацию, заказываем изготовление у индустриального партнера, проводим тестирование, испытания, в том числе на полигоне МФТИ, на месте использования агрегатов проводим пуско-наладочные работы и тестовую эксплуатацию. 

В общем списке внешних партнеров больше десятка компаний. 

Отмечу, все, что делается в рамках проекта, имеет сертификаты, паспорта, проходит заводские испытания, получает гарантию… Т.е. все это, несмотря на название «пилотный проект», – не «кустарщина», не собранное «на коленке» отверткой и паяльником. Это профессиональная работа инженеров, конструкторов, квалифицированных рабочих. 

– «Пилотный проект» по гибридной электростанции планируется реализовать в Ямало-Ненецком автономном округе в поселке Лаборовая. Чем обусловлен выбор? 

– Ответ начну с небольшого «лирического» отступления. Когда разрабатываешь новый проект один из основных его этапов – презентация. Это когда «на словах», пусть и со слайдами, с «картинками» убеждаешь возможного инвестора в успешности задуманного. Многие проекты дальше презентации не идут. И это объяснимо. Потенциальные инвесторы прекрасно понимают, что любой новый проект – риск. Его надо, что называется «пощупать», попробовать руками, в деле… 

Мы, разработчики, это понимаем. Понимаем, как непросто воспринять некоторые идеи, порой кажущиеся если не сумасшедшими, то бесперспективными, как непросто выделить реальные деньги под «инженерные схемы» и «красивые картинки». 

У МФТИ уже были деловые и, самое главное, продуктивные отношения с администрацией ЯНАО. Причем, не только в сфере энергетики, но и в других направлениях. И в ходе серии встреч, обсуждений, в том числе на высшем для региона и института уровне, мы пришли к пониманию возможности сотрудничества. В 2019 г. на полях Арктического форума, прошедшего в Санкт-Петербурге, была достигнута принципиальная договоренность. В апреле того же года губернатор ЯНАО Дмитрий Андреевич Артюхов, приехал в МФТИ, более детально ознакомился с предлагаемым нами проектом, встретился с разработчиками. После было подписано соглашение о сотрудничестве.  

Мы совместно с администрацией ЯНАО выбрали поселок Лаборовая из более чем 40 энергоизолированных поселков Ямала. Почему? Во-первых, параметры «пилотного проекта» – мощность энергосистемы поселка в пределах 500 кВт, наличие ветропотенциала (ветра не очень сильные, но достаточные для работы ветрогенератора). 

Во-вторых, транспортная доступность. Лаборовая находитсяв 150 км от Салехарда. Вроде и не очень далеко, но, учитывая местные условия, добираться приходится 6-10 часов в зависимости от времени года и погоды. Но при этом транспортная доступность, в отличие от многих ямальских поселков, практически круглогодичная. Это важно. Все-таки «пилотный проект» не должен быть чрезмерно сложным, т.к. на нем только отрабатываются технологии. Но он должен быть и не самым простым – иначе будет много скептиков относительно его тиражирования. 

В-третьих, это развивающийся поселок. И мы чувствовали заинтересованность простых жителей в проекте. Это не только подпись губернатора – весьма важно. Считаю, что даже при поддержке «наверху», важна поддержка на муниципальном уровне и среди жителей – можно сказать, это почти гарантия для реализации любого проекта. В данном случае, есть все. 

– Каковы этапы реализации проекта? Что уже сделано? 

– В апреле 2019 г., после подписания губернатором ЯНАО Д.А. Артюховым и ректором МФТИ Н.Н. Кудрявцевым соглашения о сотрудничестве, проект был формально начат.  

Финансирование проекта – региональный бюджет ЯНАО при софинансировании МФТИ. Главная цель проекта – повышение надежности и качества электроснабжения потребителей. При этом предусматривается, скажем так, неувеличение финансовой нагрузки на потребителей, неухудшение бизнес-показателей гарантирующего поставщика, окупаемость инвестиций в течение 7-8 лет. А после окончания периода окупаемости инвестиций – снижение финансовой нагрузки на потребителей, а также на федеральный, региональный и муниципальный бюджеты за счет максимального замещения привозного дизельного топлива до 40-50 %.  

После подписания соглашения, что было первым этапом проекта, начали реализацию второго и третьего этапов – сбор исходно-разрешительной документации, разработка эскизного проекта и Технического задания на проектирование, разработка и согласование проектной документации. Сейчас идет реализация четвертого этапа: уже заказано практически все необходимое оборудование. Мы разместили заказы по нашей конструкторской документации на изготовление элементов энергосистемы на площадках партнеров. Подчеркну, что за редким исключением, – это экспериментальные образцы.  

Планируем, что в конце августа-начале октября текущего года, с учетом корректировок, вызванных пандемией коронавируса, все оборудование соберем непосредственно на объекте. Но эти сроки не критичны, у нас есть резерв времени.  

Тестовую эксплуатацию гибридной электростанции планируем на ближайшую зиму – самый ответственный период, чтобы показать и руководству округа, и Минэнерго, и региональной энергокомпании, и, главное, жителям, надежность нашего проекта, его реалистичность и экономику. 

В перспективе же планируем выйти к 2023 году на реализацию 3-5 аналогичных проектов в год, а затем – на 10-15 проектов в год, реализуя их в качестве инжинирингового партнера с крупными компаниями. 

При этом, повторюсь, понимаем, что «энергоизолированные» населенные пункты разные, соответственно, комплектация и инженерные решения гибридных станций будет отличаться. 

– У МФТИ есть еще один не менее интересный, чем гибридная электростанция, проект для Арктики – бездизельная станция. Расскажите о нем, пожалуйста. 

– В рамках предстоящего председательствования России в Арктическом совете – весна 2021-весна 2023 гг., Министерство по развитию Дальнего Востока и Арктики предложило МФТИ инициировать проект, который был бы интересен как России, так и другим странам в рамках развития новых технологий. Технологий прорывных, реализация которых позволяла бы одновременно улучшать условия жизни людей в арктической зоне и при этом сокращать расходы на эти улучшения. Нас поддержало Минобрнауки и МИД, а также Губернатор ЯНАО. 

МФТИ проработал такой проект, и Россия внесла его для рассмотрения Арктическим советом. Рабочая группа по устойчивому развитию при Арктическом совете в декабре прошлого года российскую инициативу поддержала и рекомендовала вынести заявку на рассмотрение сессии совета. 

По-английски название проекта звучит так: AHEAD – Arctic Hydrogen Energy Application and Demonstration, что в переводе означает «Арктическая водородная энергетика: применение и демонстрация».  

Мы предложили очень амбициозный проект: построить в Арктике в коротком временном интервале Международную арктическую станцию «Снежинка», сделав ее полностью безуглеродной, т.е без дизельного топлива. Генерация энергии только на ветре и солнце.  

Главный вопрос – сохранение энергии, как в коротких интервалах (часы, сутки), так и в длинных – 1-2-3 недели. Одно из ключевых технологических направлений работы – аккумуляция энергии в водородном цикле.  

С одной стороны ничего сложного нет – тот же самый электролиз воды, хранение водорода в сжатом виде под давлением, и известные топливные низкотемпературные элементы (ПОМТЭ). Но это будет первый объект в мире (!) подобного масштаба (станция – примерно 2 000 кв.м) в арктической зоне, полностью безуглеродный. С точки зрения энергетики – это высший класс экологической чистоты. 

Важно понять, что в основу проекта мы закладываем не только энергетику, но делаем полигон – научно-исследовательскую инфраструктуру – на котором можно тестировать, опробовать в работе, внедрить, популизировать новые технологии, решения, которые уже сегодня готовы в рамках макетных образцов, как решения экспериментальные. Помимо энергетики, это также технологии водоподготовки, утилизации стоков и мусора, спутниковые телекоммуникации, интернет вещей для умного дома/поселения, телемедицина, биотехнологии и другое – все, что можно тестировать и внедрять в реальную жизнь человека в Арктике через данную станцию. 

Мы разместим этот объект рядом с поселением коренных малочисленных народов Севера, имеющего перспективное название «Земля надежды», в горах Полярного Урала. Проект, повторюсь, должен быть реализован в период председательствования России в Арктическом совете – в 2021–2023 гг. 

В начале июня в режиме онлайн-конференции планируется защита проекта в рамках заседания Арктического совета. Отмечу, что проектом уже заинтересовались норвежская сторона, как участник совета, и немецкая сторона, как страна-наблюдатель. С новыми международными партнерами по линии МИД и напрямую идет работа по привлечению их к участию как в проектировании и строительстве станции, а также в ее развитии. Более подробно о проекте можно посмотреть на сайте arctic-mipt.com. 

Комплексное технологическое решение пилотного проекта – автономная гибридная энергосистема с широким набором технологий, включая: 

• мультирежимная дизель-генераторная электростанция с переменными в зависимости от нагрузки оборотами (уст. мощность 15-75 кВт, 60 кВт, 100 кВт и 150 кВт); 
• ВИЭ (ветрогенератор уст. мощности 100–150 кВт и солнечная станция уст. мощности до 15 кВт) в арктическом исполнении; 
• опорно-балансирующие накопители энергии уст. мощности до 30 кВт; 
• интеллектуальные инверторы уст. мощности ~ 200 кВт; 
• тепловые аккумуляторы (размещаемые у потребителей) с управляемой нагрузкой суммарной емкостью до 300 кВт•час; 
• система управления на базе технологии ИИ, цифровая распределительная сеть (вкл. поселковую ВЛ 0,4 кВ), система дистанционного управления станцией с модулем кибербезопасности, каналы сотовой и спутниковой связи, система промышленного интернета вещей с умными счетчиками и датчиками, устанавливаемыми на всех модулях гибридной станции, а также в жилых домах, школе и ФАП.