XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Освоение арктических регионов сегодня является одним из преимущественных направлений развития российской экономики.Арктическая зона – это регион с колоссальными экономическими возможностями, это кладезь природных богатств нашей планеты. С ней связано укрепление энергетического потенциала России, расширение логистических возможностей, и потому дальнейшее комплексное освоение этих территорий является для нашей страны несомненным приоритетом. Конечно, сложные климатические условия, низкая плотность населения и удаленность от основного потребителя создают большие проблемы, требуют особого высокотехнологичного подхода к разработкам в сфере перспективных энерготехнологий. Однако в настоящее время, в условиях глобального экологического кризиса, когда весь мир взял курс на декарбонизацию экономики и инновационную экологическую политику, именно Арктика может стать спасением цивилизации, ведь сама природа наделила этот регион огромным потенциалом для развития альтернативной энергетики. Это связано с наличием таких факторов, как продолжительность солнечных дней, сильные ветры, морские течения и приливы, температура почвы и воды, геотермальные источники, биотопливо, а также наличие международных морских торговых коммуникаций. Эта уникальная территория долгое время оставалась малоосвоенной, однако на сегодняшний день появились технологии, позволяющие в полной мере задействовать возобновляемые природные ресурсы севера на благо людей и окружающей среды.

Рассмотрим наиболее перспективные направления развития альтернативной энергетики Арктического региона:

1. Ветровые электростанции.

Это, пожалуй, самый многообещающий вектор в сфере возобновляемой энергетики в условиях Арктики. Уже сейчас успешно функционируют несколько ветроэлектростанций: экспериментальная ВЭС в Лабытнанги, проект «Полярис» в ЯНАО, Анадырская ВЭС-1 в Чукотском автономном округе. 1 марта 2023 года начала работу Кольская ВЭС под Мурманском, которая стала крупнейшей в мире ветроэлектростанцией Заполярья. Ее ежегодная выработка составляет порядка 750 ГВтч, что позволит предотвратить выброс до 600 тыс. тонн СО₂ в год. Это уникальный пилотный проект, который объединил многие международные практики, лучших специалистов, потенциал севера и инновационные технологии. Арктические и приморские зоны наиболее пригодны для развития ветряной энергетики. Среднегодовая скорость ветра превышает 5 м/с, что является лучшим условием для работы ветрогенераторов. Холодный ветер имеет большую плотность, чем теплый, что обеспечивает максимальную энергоэффективность. Уникальные высокотехнологичные Арктические ветроэнергоустановки, не имеющие аналогов в мире, адаптированы к суровым условиям севера. Разработки российских ученых позволили работать станции без перебоев в изолированных условиях, при температуре до -50 градусов по Цельсию, не покрываясь льдом и выдерживать порывы ветра до 60 м/с. Повышенная коррозийность, солевая стойкость и особенности конструкции, позволяют обходиться без технического обслуживания длительное время. Такими разработками занимается Научно-технологический центр Московского физико-технического института. Это ведущий центр по созданию проектов автономной энергетики, в том числе арктических проектов в энергетической отрасли. АркВЭУ позволят снизить затраты на энергоснабжение регионов и повысить энергоэффективность.

2. Использование солнечной энергии.

Ошибочно полагать, что на Севере мало солнечных ресурсов. Продолжительность потока светового излучения по всему земному шару, одинакова, просто он происходит в разные временные промежутки. Главным образом, количество солнечной энергии зависит от прозрачности атмосферного слоя и температуры воздуха, так как при низких температурах увеличивается производительность солнечных фотоэлементов. В результате низкого солнцестояния и соответствующих температур, северные широты имеют хорошие перспективы для производства солнечной энергии, конечно речь идет о сезонном использовании. Тем не менее практически с марта по сентябрь СЭС могут бесперебойно обеспечить подачу электроэнергии. Солнечные электростанции уже активно работают в Ямало–Ненецком автономном округе, в Якутии насчитывается около 21 СЭС, в поселке Батагай, за полярным кругом расположена одна из крупнейших станций. В республике Саха планируется построить гибридные установки, в которых будет совмещено СЭС, дизельная установка и накопитель энергии.

2. Гидроэнергетика.

Гидроэлектростанции широко распространены по всему миру и Арктика не исключение, но всем известно пагубное влияние ГЭС на экосистемы. Хочется отметить другое, скорее самое перспективное направление гидроэнергетики и альтернативной энергетики в целом– приливные электростанции. Это, пожалуй, единственный по-настоящему экологически безопасный, неиссякаемый способ получения электроэнергии, использующий стабильный ресурс Мирового океана. Принцип их действия основан на использовании энергии приливов и отливов, но экономически целесообразно строить ПЭС, в местах с большим перепадом высот. Перепады уровня воды должны быть не менее 4 метров. Именно северные широты обладают подходящим потенциалом. Первая и пока единственная в России приливная электростанция – Кислогубская ПЭС, находится в Мурманской области. Она начала свою работу в 1968 году, ее мощность составляет всего 1,7 МВт, затем ее деятельность была приостановлена из-за нерентабельности и финансовых трудностей и только в 2000-х годах возобновили ее использование в качестве экспериментальный базы для более мощных проектов ПЭС. Так, в скором времени заработает Северная ПЭС на Кольском полуострове в губе Долгая-Восточная, мощностью уже 12 МВт, которая может выйти уже на промышленный уровень поставки электроэнергии. А в Мезенском заливе Белого моря планируется строительство ПЭС мощностью 8 ГВт. Но одним из крупнейших проектов, перевернувших всю альтернативную энергетику, мог бы стать проект по созданию Пенжинской ПЭС в Охотском море [3]. Высота волн на Пенжинской Губе достигает 15 метров, а потенциал этой станции превышает 100 ГВт. Показатели годовой выработки являются рекордными в истории строительства ПЭС. Этого бы хватило не только на обеспечение энергией всего Дальнего Востока, но и других регионов России, а также на экспорт в страны зарубежья. Во всем мире ей не было бы потенциальных конкурентов, а россияне забыли бы, что такое дорогое электричество (табл.1) [6].

Таблица 1 – Сравнение крупнейших ГЭС в мире с проектом Пенжинская ПЭС

Мы видим, что данный проект превосходит по мощности и выработке энергии крупнейшие мировые ГЭС. Данный проект существовал еще с советских времен, а в 2021 году началась его реанимация. Но до сих пор непонятно, останется ли этот проект мифом или произведет революцию в энергетике. Ведь главная проблема заключается в финансировании, по предварительным расчетам, его осуществление требует более 300 млрд. долларов инвестиций, поскольку помимо самой ПЭС, при такой отдаче, необходимо построить вокруг многоуровневую инфраструктуру. Не остается сомнений, что в будущем он окупит себя сполна и возможно выведет экономику страны на новый уровень, но сейчас мобилизировать такие ресурсы явно не представляется возможным. Риски, связанные со сбытом и стоимостью электроэнергии слишком высоки.

Глобальный экологический кризис заставил весь мир взять курс на климатически-нейтральную экономику. Совершенствование энергоносителей, возобновляемые источники энергии, технологии водородной энергетики стали приоритетными направлениями в достижении этой цели.  В настоящее время исследовано, что слишком малое количество водорода получают из возобновляемых источников энергии посредством электролиза воды, а наибольшее количество по-прежнему производится из ископаемого топлива. Особое значение в условиях Арктики имеют установки по производству зеленого водорода, который может использоваться для производства жидкого топлива, а в будущем в чистом виде. Арктика может стать эколого-экономическим кластером в водородной энергетике. Именно зеленый водород станет энергией будущего, и Арктика возможно положит начало масштабным разработкам в этой сфере. В Мурманской области будет реализован пилотный проект по производству и экспорту зеленого водорода. Производство предполагает использование энергии ветра Кольской ВЭС и солнечной энергии. Экологичность, возможность транспортировки на дальние расстояния и удобство хранения станут решающими его преимуществами. Инновационный проект по производству водорода будет реализован на базе международной научной станции «Снежинка 2» [5]. Первая водородная электростанция станция уже функционирует на Ямале. Эти станции станут крупнейшими научно-исследовательскими центрами, ведущие объемные исследования по разного рода направлениям освоения Арктической зоны. Они запланированы как исследовательский комплекс, с целью проведения междисциплинарных научных исследований и экспериментов, прогрессивных разработок в области возобновляемой и водородной энергетики, связи, строительных технологий для сурового климата и др. Это будет на данный момент, единственный в мире круглогодичный и полностью автономный комплекс на базе альтернативных источников энергии. Если к тому же в будущем удастся воплотить в жизнь проект Пенжинской ПЭС, производство водорода стало бы переворотом в мировой энергетике.

Сегодня рынок экологически чистого водорода еще не сформирован. Это самый дорогостоящий способ производства и пока он экономически неэффективен. На данный момент не существует линий электропередач, которые бы обеспечили электропередачу на большие расстояния без потерь, нет надежных технологий по транспортировке водорода. Суровый климат Арктики, частый износ оборудования и его аварийность создают большие проблемы. Кадровый вопрос занимает не последнее место, необходимо достаточное количество высококвалифицированных профессионалов, однако малая населенность территории и отсутствие наземного транспорта создает проблему с доставкой сотрудников на объект и обеспечение их проживания. Но тем не менее эти задачи находятся в процессе решения и Арктика в перспективе станет определенной нишей на мировом рынке по производству альтернативной энергии. Россия обладает огромным потенциалом по технологичным разработкам в данной области. Создаются специальные программы в рамках государственной поддержки, совершенствуется нормативно-правовая база, привлекаются инвесторы, развивается государственно-частное партнерство для реализации проектов возобновляемой энергетики на территории Арктики. Очевидно, основополагающим фактором для формирования отрасли водородной энергетики на территории России, является внедрение конкурентоспособного российского оборудования, его апробация и использование в российских проектах по производству водорода. Но тем не менее, Россия открыта к развитию взаимовыгодного научного сотрудничества. Например, из зарубежных наших партнеров, в данный момент, интерес к проекту проявляет Китай. Страны готовят соглашение по арктической станции "Снежинка"[7]. Водородная революция – вопрос времени, но его то как раз нам и не хватает. Экологические проблемы необходимо решать здесь и сейчас, иначе будет поздно. Правительство всех стран объявило курс на экологизацию экономики, но политическая и экономическая разобщенность не делает нас ближе к цели. Необходимо понять первостепенность этой проблемы и сосредоточить на ней все силы.

Список литературы:

1. Грицан, Е.Д. Развитие ВИЭ в Арктике: перспективы и ограничивающие факторы / Е.Д. Грицан // Мировые цивилизации. – 2021. - №1.

2. Емельянова, М.Б. Перспективы использования зеленого водорода в России / М.Б. Емельянова, Жидких И.А., Коваль Г.Ю. // Молодой ученый. – 2023. - №1. – С.124-127.

3. Котеленко, С.В. Перспективы развития приливных электростанций / С.В. Котеленко, Д.В. Красников // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2019. - №11. – С. 201-204.

4. Митько, А.В. Перспективы ВИЭ в Арктике / А.В. Митько, В.К. Сидоров // Neftegaz.RU. - 2020. - № 8. - С. 65–67.

5. Челтыбашев, А.А. Возможности развития водородной энергетики в Мурманской области / А.А. Челтыбашев, Я.М. Караченцева // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2021. - Т. 23. - № 2. - С. 93-103.

6. Шамин, В.С. Перспективы Пенжинской приливной электростанции / В.С. Шамин, Л.И. Шевелева // Молодой ученый. – 2021. - №4. – (346). – С. 51-56.

7. Кислов, А. РФ и КНР подпишут соглашение о сотрудничестве по арктической станции «Снежинка» / А. Кислов // Комерсантъ. – 2023. – https://www.kommersant.ru/doc/6222816.

8. Shvetsova I.N., Zinovieva I.S., Yashin S.N., Plyusnina O.V., Veselova N.Yu. Open Innovations in Modern Radical Innovation Activity // Всборнике: Innovative Trends in International Business and Sustainable Management. Singapore, 2023. С. 373-383.