Лаборатория возобновляемых источников энергии при географическом факультете Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова существует и ведёт разработки с 1987 года.
Подобных исследовательских центров, фундаментально и комплексно занимающихся проблемой возобновляемых энергоресурсов, во всём мире немного, а в России Лаборатория ВИЭ практически уникальна.
Заведующий лабораторией, профессор Соловьев А.А.
Актуальность этой проблематики очевидна. Достаточно сказать, что примерно две трети выработки электроэнергии в мире приходится на тепловые электростанции, использующие невозобновляемые энергоресурсы – ископаемые углеводороды (уголь, газ, нефтепродукты).
В ещё большей степени от углеводородного сырья зависят отопление и транспорт. В итоге 80% всего мирового энергопотребления приходится на уголь, нефть и газ, и ещё 5% – на атомную энергетику. Таким образом, человечество зависит от невозобновляемых источников энергии примерно на 85%. Естественно, что это не может продолжаться бесконечно, особенно в условиях растущего энергопотребления.
Весьма обычна точка зрения, что к России это если и относится, то в наименьшей степени, поскольку обилие ископаемого углеводородного сырья снимает эту проблему для нас и, соответственно, не создаёт стимулов развития альтернативной энергетики.
Это, тем не менее, не так. Россия (тогда ещё СССР) в середине XX столетия была одним из мировых лидеров развития альтернативной энергетики, а вновь эта задача была серьёзно поставлена четверть века назад.
Для этого и была создана междисциплинарная Лаборатория возобновляемых источников энергии, объединяющая специалистов самого разного профиля. О целях, задачах, разработках лаборатории мы беседуем с её заведующим, доктором физико-математических наук, профессором и академиком Российской академии естественных наук (РАЕН) Александром Соловьёвым. Также Александр Алексеевич говорит о перспективах развития альтернативной энергетики в России и в мире.
О лаборатории
– Александр Алексеевич, кто, когда и почему создал лабораторию?
– Она была создана в 1987 году по решению ещё советского правительства. Инициатором организации лаборатории был профессор В.В. Алексеев. Первоначально планировалось создать лабораторию на физическом факультете МГУ, но его руководство считало эту тематику не физической и бесперспективной. И действительно, тогда ещё много было фантастического и неопределённого в проектах возобновляемой энергетики. Хотя энергетический кризис 1970-х годов стимулировал необходимость разработки альтернативных источников энергии.
Водорослевая плантация в тепличном комплексе
И в те годы были сделаны первые шаги в направлении развития исследовательской и образовательной деятельности в области возобновляемой энергетики – создание кафедр альтернативных источников энергии в Московском энергетическом институте, МВТУ имени Н.Э.Баумана. И здесь, в МГУ, было принято решение организовать лабораторию, которая должна была бы заниматься фундаментальными исследовательскими задачами в области ВИЭ.
После долгих переговоров решением академика В.А. Садовничего, в те годы проректора университета, лаборатория была организована на географическом факультете, на кафедре рационального природопользования, которую возглавлял Андрей Петрович Капица.
Через некоторое время лаборатория выделилась в самостоятельную структурную единицу.
С момента организации лаборатории начались фундаментальные научные исследования по трём направлениям: системному анализу, биоконверсии солнечной энергии и гидротермодинамических преобразователей возобновляемых энергоресурсов. Исследовательская деятельность шла параллельно с образовательными программами.
В лаборатории проводились и проводятся в настоящее время практические занятия со студентами разных кафедр географического факультета, выполняются курсовые и дипломные проекты, готовятся специалисты в процессе выполнения кандидатских и докторских диссертаций. В течение последних десяти лет проводятся Всероссийские научные молодёжные школы «Возобновляемые источники энергии».
Особо хочу сказать об основателе лаборатории – профессоре, докторе физико-математических наук, академике РАЕН Вячеславе Викторовиче Алексееве. Он первым осознал необходимость создания научно-образовательного подразделения университета, которое должно заниматься такими, как казалось тогда, далёкими от практики вопросами. Он очень много сделал для формирования научной тематики лаборатории, которая и сейчас продолжает активно развиваться. В прошлом году мы отмечали его 70-летие, был расширенный научный семинар с участием его учеников, единомышленников, последователей, которые сегодня продолжают работать в лаборатории и в других учебных и научных организациях страны.
– Какие специалисты у вас работают?
– Значительную часть лаборатории составляют физики, и я сам тоже физик. Биологическая группа, математики, химики, экономисты, инженеры, близкие к нашему энергетическому профилю, – например, закончившие авиационные и энергетические вузы, и, конечно, большая группа географов.
Направления работы
– Расскажите об основных направлениях вашей работы.
– Можно выделить три основных направления.
Экспериментальный модуль энергоустановки БИОСОЛЯР во время испытаний на Черном море
Первые работы, с которых всё началось и которые ведутся сейчас, связаны с биоэнергетикой. Это использование фотосинтеза как средства преобразования солнечной энергии в биомассу с выделением продуктов, которые могут использоваться в качестве топлива.
В частности, развивалось направление, которым никто тогда в Советском Союзе, да и за рубежом мало кто занимался – водорослевая энергетика, т.е. использование микроводорослей как источников энергии. Была разработана энергосистема, которую мы назвали «Биосоляр».
Это система наземного и морского базирования промышленного культивирования водорослей на больших водных территориях, включая морское базирование с плавучими фотореакторами. Проводились опыты в Крыму, в посёлке Кацивели, на базе Морского гидрофизического института НАН Украины в течение 10 лет, которые показали очень большую перспективность переработки водорослей в биогаз – метан (CH4).
Примечание
Подробнее о водорослях как перспективном источнике биотоплива читайте в наших следующих материалах.
Сейчас лаборатория перешла к разработке методов массового промышленного культивирования биотоплива третьего поколения – с использованием особых видов микроводорослей, содержащих в своих клетках большое количество липидов, т.е. максимально приближенных к использованию жидких моторных топлив.
Сейчас в лаборатории ведутся работы по поиску и конструирование оптимальных видов водорослей с большим содержанием липидов, самое важное – возможностью широкого культивирования. У нас сейчас большая коллекция и мы ведём скрининг, выбирая наиболее продуктивные, эффективные штаммы с возможностью массового выращивания. Опыт у нас есть. До этого мы выращивали хлореллу, спирулину и другие виды водорослей, сейчас объект наших исследований – микроводоросль батриококус брауни. Параллельно аналогичные исследования проводятся за рубежом, в разных институтах, но наша лаборатория в этом плане занимает одно из ведущих мест.
Проект электростанции Артификал ТОРНАДО в Италии
Второе направление работы нашей лаборатории – географическое. Лаборатория ведёт исследования в области географии возобновляемых источников энергии. А этим практически никто в России не занимается системно, есть только отдельные исследования.
Речь идёт о создании базы данных по возобновляемым источникам энергии, с описанием местоположения, потенциала, возможностей технической реализации этих систем, созданием полной системы информации.
Сейчас остро стоит проблема автономного энергообеспечения. 70% территории России лишено сетевого обеспечения энергией и живёт за счёт привозного дизельного топлива, поэтому одна из главных задач – задействовать местный энергетический потенциал.
Мы учитываем не только то, что даёт нам непосредственно природа, но и то, что мы можем использовать на нынешнем техническом уровне – сколько дают те или иные установки, насколько эффективно они могут использовать возобновляемые энергоресурсы.
В этом направлении наиболее перспективно создание полной информационной базы, с использованием современных средств, включая информацию со спутников. Всё, что нам предоставляет географический факультет, в частности геопортал, начавший свою работу в этом году – всё это систематизируется, оформляется в виде электронных карт и баз данных.
И третье ключевое направление – развитие технологии преобразования низкопотенциальной энергии.
Солнечная радиация имеет своей составляющей тепло, и у нас разработана схема, метод и технология преобразования солнечной энергии в энергию воздушных потоков, которые могут быть использованы для получения электрической энергии без термодинамического цикла.
Это направление получило в научно-технической литературе наименование Solar Chimney – «солнечный камин», оно уже достаточно давно разрабатывается, но теперь выходит на новый виток развития.
Эксперименты с культивированием энергосодержащих водорослей
Это электростанция, в которой солнце нагревает воздух в коллекторе, воздушные потоки из которого концентрируются в трубе, где стоят турбины, преобразующие энергию потока в электрическую энергию. В лаборатории предложен способ эффективной модернизации установок аэротермического преобразования солнечной энергии в электричество. В настоящее ведутся работы по определению оптимальных режимов генерации энергии.
Перспективное направление работ лаборатории связано с географией возобновляемых энергоресурсов в заповедных территориях. Предстоит установить и систематизировать информацию о том, какие виды источников возобновляемой энергии могут найти рациональное применение; где наиболее эффективно и экологически необходимо размещать энергоустановки, использующие потенциал местных источников возобновляемой энергии.
Параллельно мы расширяем сотрудничество с другими институтами, в том числе с периферийными высшими учебными заведениями. В частности, следует отметить сотрудничество с Калмыцким государственным университетом. Надеемся, что всё это примет более широкий характер, поскольку охватить весь круг обширных междисциплинарных проблем в области возобновляемой энергетики в рамках одной лаборатории МГУ не представляется возможным. Конечно, одна из бед последних лет – приостановка экспедиционных исследований, а нам очень нужны полевые наблюдения в разных местах. Да, есть современные методы наблюдения – например, спутниковая информация, другие данные, но их явно недостаточно.
Беседовал Кирилл Дегтярёв
