Топливо завтрашнего дня. Проекты российских учёных в области энергетики - «Наука»

Согласно плану Года науки и технологий, октябрь объявлен месяцем энергетики будущего. Главным мероприятием месяца станет международный форум «Российская энергетическая неделя», который пройдёт с 13 по 15 октября в Москве. На нём будут представлены передовые разработки отечественных учёных.

Форум «Российская энергетическая неделя» объединит ведущие российские компании, исследовательские организации и учёных в поисках новых подходов к развитию топливно-энергетического комплекса. В рамках форума состоится более 30 деловых мероприятий по шести направлениям: «Экономика и рынок: новые сценарии», «Цифровая трансформация», «Климатическая повестка», «Новые технологические решения», «Новая регуляторика в энергетике», «Кадровый потенциал ТЭК». Приоритетное внимание уделят климатической повестке. Лидеры мировых компаний вместе с экспертами рынка и представителями научного сообщества обсудят будущее отрасли в эпоху энергоперехода.

«Рулит» искусственный интеллект

Из-за пандемии COVID-19 и перехода миллионов людей на дистанционную работу появились новые требования ко всем отраслям экономики. Перенос физических и бизнес-процессов в цифровую среду и внедрение сквозных технологий управления стали жизненно необходимы. Это коснулось и топливно-энергетического комплекса. Уже сегодня крупнейшие отечественные компании применяют технологии искусственного интеллекта, а научные центры разрабатывают проекты внедрения полной цифровой автоматизации энергетической инфраструктуры. 

Большое количество нефтяных залежей находится на удалённых и труднодоступных территориях, особенно если речь идёт о шельфовых месторождениях. Организация добычи там крайне затруднена: нужно постоянно обеспечивать их вахтовыми сотрудниками и продовольствием. Чтобы не подвергать людей риску и не вынуждать их работать в суровых условиях, учёные из Западно-сибирского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ) разрабатывают проекты «умных» месторождений Smart Oilfields. Планируется создать абсолютно автономные платформы по добыче нефти и газа, работа которых будет контролироваться дистанционно. Координацию всех процессов на месте наладят с помощью технологий «цифрового двойника» скважины, искусственного интеллекта и анализа больших данных. 

Разработками по использованию цифровых систем при добыче углеводородов занимаются и в Пермском НОЦ «Рациональное недропользование». Исследователи создают глобальный проект по дистанционному мониторингу и управлению нефтегазовым оборудованием. Искусственный интеллект будет не только «рулить» добычей нефти и газа, но и регулировать их транспортировку. Это позволит существенно оптимизировать добычу и снизить затраты при увеличении объёмов месторождений. Кроме того, проект пермских учёных уменьшит риски при их разработке и сведёт к нулю вероятность экологической катастрофы.

Цифровизация нефтедобычи — приоритетное направление и для Евразийского НОЦ, расположенного в Республике Башкортостан. Учёные из ряда ведущих университетов и научных организаций региона создают комплексную систему по мониторингу состояния скважин. Такой контроль позволит принимать решения по добыче нефти из конкретной скважины в максимально быстрый срок, что увеличит её объёмы.

Также в Евразийском НОЦ занимаются созданием систем предиктивной аналитики для нефтегазового сектора. Они оптимизируют сложные процессы добычи углеводородов: благодаря цифровым решениям и искусственному интеллекту можно в режиме реального времени «предсказывать» поведение нефтенесущего пласта и отслеживать состояние добывающей аппаратуры. 

Разработки участников Евразийского НОЦ уже используются при бурении скважин в Чёрном море.

Будущее за водородом

Тренд современности — переход на чистые способы получения энергии. Наиболее перспективным заменителем ископаемого топлива считается водород: его сгорание не производит вредных соединений и не выделяет углекислый газ, влияющий на климат Земли.

На сегодняшний день исследования в области водородной энергетики в России ведутся в ряде научно-образовательных центров мирового уровня. Каждый из них раскрывает конкретные направления применения водорода в качестве энергоносителя. Так, учёные НОЦ «Север: территория устойчивого развития» сфокусированы на применении этого газа в арктическом регионе. Это позволит решить вопрос обеспечения инфраструктуры электроэнергией в условиях вечной мерзлоты. 

Созданием энергетических установок и двигателей на основе водорода занимаются в НОЦ «Инженерия будущего», куда входят университеты, научные организации и предприятия Самарской, Ульяновской, Пензенской и Тамбовской областей, а также Республики Мордовия. Исследователи ищут оптимальные пути получения, хранения и использования водорода, а также его применения в аэрокосмической отрасли, которая является приоритетной для этого НОЦ.

В России идут работы по созданию водородного транспорта: планируется внедрение автобусов, поездов, самолётов и автомобилей, использующих водород в качестве сжигаемого топлива. Молодые учёные из Центра компетенций НТИ «Технологии новых и мобильных источников энергии» при Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке разрабатывают проект автономной мобильной водородной заправки. 

Ставка на молодёжь

Глобальный энергетический переход требует притока молодых научных специалистов. Благодаря их таланту Россия сможет сохранить лидерство в этой сфере. 

Валерий Юрин, один из самых молодых докторов технических наук России, работает в отделе энергетических проблем СНЦ РАН в должности ведущего научного сотрудника. А ещё он преподает в Институте энергетики Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина.

В возрасте 30 лет Валерий защитил диссертацию по теме «Разработка научных основ обеспечения безопасности атомных электрических станций на основе комбинирования с многофункциональными энергогенерирующими установками». Предложенные им решения снизят риск ущерба от аварий с выбросом радиации, повысят эффективность и надёжность работы АЭС в штатных режимах, обеспечат регионы, где есть атомные станции, новыми производственными мощностями и рабочими местами.

Трансформация энергетики подразумевает переход на возобновляемые источники. Лаборатория новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ, возглавляемая молодым учёным Алексеем Тарасовым, ведёт разработки по применению инновационных практик в солнечной энергетике. В числе основных — применение перовскитов для создания солнечных элементов. Что это такое? Сейчас большинство солнечных панелей работает на основе кремниевых солнечных элементов. Но их КПД невелик. Использование перовскита в качестве основы солнечных элементов увеличит этот показатель. 

Алексей Тарасов является победителем президентской программы Российского научного фонда и обладателем множества наград. С момента основания лаборатории, в которой работает много молодых специалистов, ею зарегистрировано более 10 российских и международных патентов, а её международными партнёрами выступают ведущие международные институты, занятые проблемами солнечной энергетики. 

Есть молодые таланты и среди студентов. Аспирантка КузГТУ Ирина Боголюбова разработала технологию переработки угольных отходов в безопасный горючий газ. Для этого используется обезвоженный ил. По своим характеристикам и энергоёмкости полученное вещество аналогично природному газу, а спектр его применения варьируется от бытового использования до сжигания в гибридных двигателях и силовых установках. При этом в атмосферу выделяется в три раза меньше вредных выбросов по сравнению с углём и иными твёрдыми ископаемыми видами топлива.