ИСТИНА

Изучение комплекса природных и социально-экономических факторов, обеспечивающих возможность и необходимость использования возобновляемых источников энергии, на основе географических методов и подходов. Поставленная цель предполагает проведение научных исследований, направленных на: 1. Разработку методов анализа территорий на региональном уровне для оценки и картографирования природного, географического, экономического и технического потенциалов возобновляемых энергоресурсов. 2. Исследования географии населения отдалённых, труднодоступных районов России, целью которых является подготовка материалов для изучения потребности в развитии на этих территориях распределенной электрогенерации на возобновляемых ресурсах. 3. Экспериментальное и теоретическое моделирование систем солнечной энергетики и водорослевой биоэнергетики для предложения новых практических решений и определения ниш применения этих систем в различных климатических условиях.

The purpose of the study is to study a set of natural and socio-economic factors that provide the possibility and necessity of using renewable energy sources, based on geographical methods and approaches. Scientific research is supposed to be carried out in the following areas: 1. Development of methods for analyzing territories at the regional level for the assessment, analysis and mapping of natural, geographical, economic and technical potentials for the development of renewable energy. 2. Studies of the geography of the population of remote, inaccessible regions of Russia, the purpose of which is to prepare materials for studying the need for the development of distributed electricity generation in these territories on renewable resources. 3. Experimental and theoretical modeling of solar energy systems and algal bioenergy to offer new practical solutions and determine the niches for the use of these systems in various climatic conditions.

По задаче 1 предполагается: 1. Создание баз данных по ресурсным характеристикам солнечной, ветровой и биоэнергетики с охватом территории регионов России, наиболее перспективных для развития данных отраслей (Арктическая зона, Республика Саха (Якутия), Иркутская область, Республика Бурятия, Забайкальский край, Республика Алтай, Краснодарский край, Волгоградская область, Республика Дагестан, Республика Калмыкия и др.) при максимально подробной пространственной сетке и на основе современных источников (реанализов, спутниковых наблюдений, цифровой модели рельефа (ЦМР), статистических данных РФ за 2016-2019 гг.). 2. Развитие методов расчета производительности станций возобновляемой энергетики (солнечных, ветровых, гибридных) с учетом природных условий, характеристик современных технологий ВИЭ и типа потребителей. Апробация методов расчета с использованием фактических данных о производительности сетевых солнечных станций, действующих в России. 3. Разработка и апробация алгоритма многокритериального анализа потенциала энергообеспечения территории регионального уровня (на примере пограничных областей Казахстана и России). 4. Развитие методов геоинформационного картографирования ресурсов ВИЭ, в том числе модернизация геоинформационной системы ГИС ВИЭ России [http://gisre.ru/], созданной и поддерживаемой НИЛ ВИЭ, в части детализации характеристик ресурсов ветровой энергии (для всей территории России), ресурсов биоэнергетики (для субъектов Южного и Северо-Кавказского Федеральных округов). По задаче 2. Как известно, только 2/3 населенных пунктов страны газифицированы, затраты на подключение к централизованному газо- и энергоснабжению для удаленных районов большие. Поэтому целесообразней и эффективней становится развивать там автономную генерацию на основе ВИЭ. Предполагается изучить систему энергоснабжения, определить количество населения (потребителей) и охват территории в отдалённых, труднодоступных районах России. Для этого в каждый субъект федерации в региональные учреждения в сфере энергетической отрасли (региональные министерства энергетики, ТЭК, ЖКХ и т.п.) был отправлен запрос: какие населенные пункты, с каким количеством населения подключены, а какие нет к системе централизованного энергоснабжения. В настоящий момент получены ответы от половины субъектов федерации. В конечно итоге, полученная информация позволит выявить географию населения изолированных энергорайонов России как на страновом, так и на локальном (муниципальном, районом) уровне, что позволит рассчитать потребность и, соответственно, производство энергии за счет местных возобновляемых энергоресурсов. В рамках задачи 3 предполагается: 1. Проведение мониторинга работы созданных ранее в НИЛ ВИЭ автономных и сетевых экспериментальных фотоэнергетических установок (ФЭУ) в различных режимах работы, соответствующих различным климатическим особенностям и условиям принятой в РФ системы поддержки установок на ВИЭ малой мощности (системы поддержки микрогенерации). 2. Экспериментальное и теоретическое моделирования влияния внешних факторов (температуры окружающей среды, спектральных характеристик приходящей солнечного излучения у поверхности Земли, затенения, оснежнения и т.д.) на производительность ФЭУ, а также режима эксплуатации – на экономическую привлекательность ФЭУ для просьюмеров (производителей-потребителей энергии малой мощности). В рамках задачи 4 предполагается: 1. Поиск штаммов микроводорослей (в том числе в природной среде при экспедиционных работах), которые являются перспективными по своему биохимическому составу и толерантности к условиям окружающей среды для эффективного и рентабельного массового культивирования. 2. Селекция и разработка методов культивирования микроводорослей для направленного синтеза целевых продуктов (углеродсодержащих соединений и иных веществ). 3. Апробация различных технологий переработки микроводорослей и оценка их эффективности в зависимости от штамма и конечного продукта (биодизель, бионефть, биоуголь).

Основными направлениями междисциплинарных исследований НИЛ ВИЭ являются: биологические источники энергии (водорослевая энергетика, биотопливо), экономико-географические исследования, геоинформационное картографирование и разработка ГИС в области возобновляемой энергетики, освоение возобновляемых источников низкопотенциального тепла. НИЛ ВИЭ имеет высокую патентную активность, в частности, в области разработки эффективных моделей систем-аналогов природных источников энергии (7 патентов РФ за 2016-2019 гг). За последние пять лет защищены 2 диссертации кандидата географических наук (2016, 2019гг.). НИЛ ВИЭ имеет значительный опыт экспериментальных исследований в области солнечной энергетики: созданы стенды (действующие автономная и сетевая фотоэлектрические установки) с измерительной аппаратурой (пиранометры Kipp&ZonenCMP3, системы непрерывного сбора данных). Результаты работ опубликованы в высокорейтинговых журналах, монографиях, атласах. Создана геоинформационная система «Возобновляемые источники энергии России» (ГИС ВИЭ России [http://gisre.ru/]). Совместно с кафедрами географического факультета МГУ создан и поддерживается web-атлас Возобновляемые источники энергии полуострова Крым [https://atlascrimea.000webhostapp.com/maps.html]; web-атлас доступной энергии волн и ветра прибрежной зоны морей России [https://doi.org/10.15518/isjaee.2018.16-18.039-054]. НИЛ ВИЭ ведет работы в области водорослевой биоэнергетики, имеет экспериментальную базу, практический опыт крупномасштабного культивирования и коллекцию микроводорослей для производства биотоплива 3-го поколения. Коллектив обладает современными приборами для микробиологических исследований; культиваторное оборудование для выращивания микроводорослей; бокс абактериальной воздушной среды БАВнп-01-«Ламинар-С»-1,2., спектрофотометры и т.д.

По задаче 1 в итоге будут получены: 1. Результаты анализа межгодовой изменчивости производительности солнечных сетевых электростанций в климатических условий регионов России с наибольшей установленной мощностью и востребованностью солнечной энергетики. Результаты будут опубликованы в статье в тематическом журнале уровня списка ВАК/Scopus и апробированы на конференции международного уровня. 2. Базы данных и интерактивные карты по характеристикам солнечной, ветровой и биоэнергетики для указанных регионов на основе реанализов ERA5 - ECMWF ReAnalysis, SARAH-2, статистическим данным Росстата за 2016-2019 гг. Базы данных и карты будут представлены на сайте ГИС ВИЭ России. 3. Результаты разработки и апробации алгоритма многокритериального анализа потенциала энергообеспечения для Акмолинской области. Публикация результатов в журнале уровня ВАК (совместно с аспиранткой 3 г/о. Защиты выпускной квалификационной работы аспиранта). Новизна задачи 1 и предлагаемых методов ее решения определяется: 1) специфическими физико-географическими и социально-экономическими условиями регионов России, в которых в наибольшей степени востребовано использование ВИЭ (Арктическая зона, островные территории, зоны децентрализованного энергоснабжения, южные регионы европейской и азиатской частей страны); 2) особенностями мер поддержки, принятых в России для объектов возобновляемой энергетики; 3) необходимостью применения комплексных методов и подходов для анализа природных и антропогенных факторов как системы со специфическими связями между компонентами, которая определяет возможности использования ВИЭ на уровне регионов. По задаче 2 в результате обработки, анализа информации, предоставленной региональными министерствами, будет: 1) Сформирована база данных населенных пунктов и территорий децентрализованного энергоснабжения России; 2) Созданы карты с различным уровнем картографической генерализации (как для территории России в целом, так и по некоторым субъектам федерации, в первую очередь Восточной Сибири и Дальнего Востока, а также по отдельным их районам). Такой экономико-географический подход для такого рода территорий применяется впервые. По задаче 3 будут получены: 1. Результаты годового мониторинга работы автономной и сетевой ФЭУ. Результаты экспериментальных исследований влияния затенения, оснежнения, температуры окружающей среды, спектрального состава падающей радиации на производительность ФЭУ. Результаты будут опубликованы в статье в тематическом журнале уровня ВАК/РИНЦ, представлены на международных и российских научных конференциях, XII Школе молодых ученых «Возобновляемые источники энергии», конференции Ломоносовские чтений – 2020 (совместно со студентом магистратуры МГУ). 2. Результаты моделирования работы сетевой ФЭУ в регионах РФ, относящихся к ценовым и неценовым зонам с различными тарифами продажи электроэнергии от систем микрогенерации. Публикация результатов в журнале уровня ВАК/Scopus. Новизна задачи 3. Работы будут проведены на созданном в НИЛ ВИЭ экспериментального стенде, который может обеспечить длительные непрерывные измерения характеристик нескольких типов фотоэлектрических модулей. Подобные детальные эксперименты и обобщающие исследования для российских климатических условий являются пионерскими. Новизна и практическая значимость исследования такого рода установок определяется, в частности, тем, что в декабре 2019 г. Госдума РФ приняла закон, регулирующий производство электроэнергии на объектах микрогенерации – находящихся в собственности потребителей электроэнергии объектах по производству электроэнергии, функционирующий в том числе на возобновляемых источниках энергии, установленная генерирующая мощность которого не превышает 15 кВт включительно. Таким образом, в России положено начало приему электроэнергии в сеть от частных производителей или просьюмеров, одновременно являющихся производителями и потребителями электроэнергии. Реальные масштабы практического использования солнечной микрогенерации в районах с благоприятными для этого климатическими условиями и наличием потребителей будут определяться ее экономической привлекательностью, зависящей, в свою очередь, от тарифных условий, а именно, розничной и сбытовой ценой на электроэнергию в ценовой и неценовой зонах (ЦЗ и НЦЗ) оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭЭМ) и в изолированных, децентрализованных энергорайонах России. По задаче 4: 1. Результаты скрининга штаммов микроводорослей и/или консорциумов микроорганизмов, способных расти на побочных продуктах гидротермального сжижения водорослевой биомассы при получении биотоплива 3-го поколения. 2. Результаты будут опубликованы в статье в тематическом журнале уровня ВАК /Scopus, представлены на международных и российских научных конференциях. Новизна задачи 4 и методов исследования определяется выбором объекта исследований (микроводорослей) в применении к получению биотоплива. В настоящее время поиск наиболее продуктивных по углеродсодержащим соединениям штаммов и видов микроводорослей, а также подбор условий культивирования и технологий их переработки ведется целым рядом зарубежных университетов и научных организаций. Создаются базы и банки данных и штаммов, пригодных как для получения биотоплива, так и разнообразных присадок к топливу, способных повысить его качество с точки зрения энергоемкости, сокращения вредных выбросов в окружающую среду и продления срока эксплуатации двигателей. В России исследования микроводорослей в применении к задачам производства биотоплива являются пионерскими, а созданная коллекция НИЛ ВИЭ штаммов микроводорослей энергетического назначения, адаптированных к низким температурам – одна из немногих коллекций микроорганизмов такого рода в России. Несмотря на изменения стоимости традиционного (углеводородного) топлива, которая во много определяет рентабельность применения возобновляемых источников энергии в целом, и биотоплива, в частности, фундаментальные и прикладные исследования в области микроводолрослевой энергетики, безусловно, являются актуальными в связи с возможностью получения не только целевого продукта (углеродсодержащих соединений – липидов, углеводов), но и иных попутных продуктов, которые могут (в силу своей высокой добавленной стоимости) обеспечить рентабельность получения биотоплива. Процесс культивирования микроводорослей может проводиться с использованием отходов промышленности и сточных вод, которые содержат ряд элементов питательных сред, необходимых для роста микроводорослей. Таким образом, исследования в области микроводорослевой биоэнергетики способны предложить ряд актуальных решений, как в области возобновляемой энергетики, так и для оздоровления окружающей среды.