Группа старшеклассников разработала проект системы энергоснабжения на основе ветрогенерации для Научно-исследовательского стационара «Ледовая база Мыс Баранова», которая может существенно сократить затраты на энергообеспечение станции. Работы проводились под руководством ученых Арктического и антарктического научно-исследовательского института в Образовательном центре «Сириус» в рамках программы «Большие вызовы».

Научно-исследовательский стационар «Ледовая база мыс Баранова» – крупнейшая российская гидрометеорологическая полярная обсерватория, расположенная на мысе Баранова на острове Большевик архипелага Северная Земля. Энергоснабжение станции осуществляется при помощи нескольких дизель-генераторов мощностью от 70 до 200 кВт при придельном энергопотреблении 240 кВт. Завоз топлива осуществляется во время ежегодного снабжения станции при помощи судна, что сопряжено со значительными логистическими трудностями. Из-за сложной ледовой обстановки судно не может подойти вплотную к берегу, поэтому разгрузка топлива производится с использованием шланголинии.

В течение трех недель школьники совместно со специалистами Арктического и антарктического научно-исследовательского института изучили все возможные альтернативные источники энергии и разработали концепцию системы энергообеспечения стационара с использованием силы ветра. При расчетах учитывались физико-географические особенности расположения станции, экономическая целесообразность проекта и наличие на российском рынке необходимого оборудования и комплектующих.

Готовых решений с необходимыми параметрами для использования в условиях Арктики у отечественных производителей на текущий момент нет. По этой причине команда создателей самостоятельно произвела расчет основных параметров необходимого ветрогенератора. Их расположение определено с учетом преобладающих направлений ветра, удаленности от жилых строений и мористой части, а также принимая во внимание пути захода на посадку самолетов, следующих на снежно-грунтовую взлетно-посадочную полосу, находящуюся в трех километрах от научно-исследовательского стационара.

Максимальная вырабатываемая мощность расчетного ветрогенератора в проекте составляет чуть более 60 кВт. С учетом развития станции и увеличением её энергопотребления в схему включены пять ветрогенераторов для обеспечения 300 кВт электроэнергии. При этом полностью отказаться от дизельных энергетических установок нельзя, поскольку на станции необходим резервный источник питания в условиях непостоянного ветра, а также из-за труднодоступности станции и отсутствия возможности быстро отреагировать на любые поломки или форс-мажорные обстоятельства.

«Наша команда разработала цифровой двойник всей системы энергоснабжения станции, который позволяет рассчитывать ежедневную выработку электроэнергии в зависимости от скорости ветра и ее распределения по потребителям с учетом реальных ежесуточных данных по скорости ветра. Программа также может моделировать потребление каждого здания с учетом его индивидуальных характеристик. Дополнительно рассчитывается суммарная вырабатываемая мощность ветрогенераторов, общее потребление станции, объем сэкономленного топлива и необходимые средства на его приобретение. Если вырабатываемой мощности недостаточно для станции, программа автоматически включает оптимальный для данной ситуации дизельный генератор. Цифровой двойник протестирован на реальных ежесуточных данных по скорости ветра за один календарный год. Исходя из показаний симуляции за анализируемый период при установке ветрогенераторов затраты на дизельное топливо сократились на 75%», - рассказала Анна Тимофеева.

Система энергоснабжения для НИС «Ледовая база Мыс Баранова» визуализирована на специально созданной 3D модели и в макете. Проект получил высокую экспертную оценку профильных специалистов ГК «Росатом», «РусГидро», «Зарубежнефть», ЦКБ «Айсберг» и других компаний. Подробности о проекте и его создании на сайте: https://bigchallenges.ru/projects2024/energo_4

Проект системы энергоснабжения НИС «Ледовая база Мыс Баранова» был реализован в рамках направления «Современная энергетика» Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы», где принимают участие старшеклассники и студенты, увлечённые научной или изобретательской деятельностью. В этом году на конкурс «Большие вызовы» было подано более 14 тысяч заявок. По итогам отбора, участниками проекта стали 426 старшеклассников из 71 региона России. Школьники будут работать над 79 проектами совместно с представителями от организаций-партнеров – ведущих научных институтов, вузов и компаний. 

Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ) — ведущий мировой научный центр по исследованию полярных областей Земли. Институт проводит весь цикл работ в высоких широтах в интересах Российской Федерации и коммерческих компаний. Научные подразделения института занимаются фундаментальными и прикладными исследованиями климата, процессов в атмосфере, ближнем космосе, морской среде и ледяном покрове. ААНИИ является государственным оператором для организации и осуществления деятельности в Антарктике. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 8.10.2012 г. №1872-р Арктический и антарктический научно-исследовательский институт назначен государственным оператором для организации и осуществления деятельности в Антарктике в интересах Российской Федерации. За 100 лет научной работы специалистами института организовано около 1 100 экспедиций в Арктику и Антарктиду. В 1994 году институту был присвоен статус государственного научного центра Российской Федерации. В настоящее время ААНИИ входит в структуру Росгидромета. С 2017 года институт возглавляет доктор географических наук, профессор РАН Александр Макаров