Отдел энергетики Поволжья и его интеграция с вузовской наукой

УДК 001.002

А.Ф. Шкрет

ОТДЕЛ ЭНЕРГЕТИКИ ПОВОЛЖЬЯ И ЕГО ИНТЕГРАЦИЯ С ВУЗОВСКОЙ НАУКОЙ

Приведена информация о научной и научно-организационной деятельности, основных направлениях и главных результатах научных исследований Отдела энергетики Поволжья СНЦ РАН и его интеграции с вузовской наукой.

A.F. Shkret

THE ENERGY DEPARTMENT OF THE VOLGA REGION

AND ITS INTEGRATION WITH THE SCIENTIFIC DIVISION OF THE HIGHER EDUCATION SCHOOLS

The information on scientific and scientific-organizational activity, the basic directions and the main results of scientific researches of the Department of Energy of the Volga Region in Saratov Scientific Center Russian Academy of Sciences and its integration with a high school science is given in this article.

Отдел энергетики Поволжья СНЦ РАН создан в 1994 году на базе Саратовского филиала Института энергетических исследований РАН, который был образован в 1990 году.

На всем протяжении функционирования Отдела его бессменным директором является заведующий кафедрой «Тепловые электростанции» Саратовского государственного технического университета (СГТУ), Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Р.З. Аминов. Причем кадровую основу сотрудников Отдела составили ученые научной школы саратовских теплоэнергетиков - Проблемной лаборатории СГТУ и его выпускники.

В 2000 г. постановлением Президиума РАН в составе Отдела открыта Лаборатория нетрадиционной энергетики в г. Астрахани при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ). Ее руководителем является Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор А.К. Ильин.

Штатная численность Отдела составляет 14 человек, в том числе 4 доктора и 3 кандидата наук. Научной работой занимаются 11 человек, т.е. 78% численности Отдела (в целом по академии наук эта величина составляет 48%).

Сотрудники Отдела работают по тематике фундаментальных исследований РАН, по конкурсным программам ОЭММПУ РАН, по грантам РФФИ и Минобразования РФ, по хоздоговорам с предприятиями.

Основными направлениями научных исследований ОЭП СНЦ РАН являются:

- разработка научных основ и принципов развития и функционирования энергетического комплекса;

- разработка научных основ новой энергетической политики и механизмов ее реализации в условиях рыночной экономики;

- изучение возможных и обоснование приоритетных направлений научнотехнического прогресса в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК);

- разработка научных основ устойчивого и безопасного развития и функционирования объектов энергетики, а также рекомендаций по охране окружающей среды;

- исследование приоритетных направлений энергосбережения и комплексного использования возобновляемых источников энергии;

- развитие теории векторной оптимизации применительно к решению оптимизационных балансовых задач в топливно-энергетическом комплексе.

По основным направлениям научно-технической деятельности Отдела получены следующие главные результаты:

1. Разработаны рабочие гипотезы и критерии оценки эффективности реализации энергетической политики в новых экономических условиях, включающих выбор направления развития и обновления основных производственных фондов действующих электростанций. Выполнен цикл работ по определению критериев устойчивого развития систем «производитель-потребитель энергии». Разработана методология оценки эффективных направлений развития ТЭК с учетом долгосрочных последствий.

2. Выполнены фундаментальные исследования по оценке вероятности состояний и структурной безопасности в режимах обесточивания АЭС. Проведено изучение влияния неблагоприятных природных явлений и катаклизмов (ураганов, землетрясений и т.п.) на устойчивость системных связей атомных электростанций и надежность функционирования их собственных нужд. Разработаны принципы снижения риска запроектных аварий на реакторах ВВЭР-1000 путем дополнительного резервирования каналов собственных нужд. Предложен ряд новых решений, в том числе и комбинирование газотурбинных установок на органическом топливе с АЭС, с целью повышения безопасности АЭС. Разработан и предложен механизм нормирования показателей безопасности атомных электростанций.

В 2002 г. за комплекс работ по защите окружающей природной среды и человека энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 на базе Балаковской АЭС директор ОЭП СНЦ РАН Р.З. Аминов удостоен премии Правительства РФ.

3. Проводится изучение путей эффективного использования возобновляемых источников энергии в южных регионах страны. Выполнено изучение располагаемого потенциала солнечной энергии на юге Поволжья, а также возможных путей его полезного использования. Ведутся работы по созданию экспериментальной гелиохолодильной и ге-лиоэнергетической установок.

Отдел принимал активное участие в разработке программ энергосбережения Саратовской и Астраханской областей.

4. Разрабатывается методология векторной оптимизации для решения структурных, балансовых и распределительных задач в энергетике. В основе разрабатываемой методологии применительно к сложным функциям с ограничениями в виде уравнений связи, лежит принцип строгого раскрытия «неопределенных» множителей Лагранжа и перевод их в категорию «определяемых». Реализация этого принципа позволяет создавать безытерационные модели вектора-градиента функций Лагранжа практически неограниченной степени сложности. Это открывает новые горизонты создания программ и методов оптимального управления, отличающихся высокой точностью и быстродействием. На этой основе разрабатывается программное обеспечение нового поколения, способное решать задачи оперативного управления режимами работы электрических станций.

К важнейшим научно-исследовательским работам Отдела, готовым к практическому использованию, можно отнести следующие.

1. Программа оперативной оптимизации загрузки оборудования электростанций.

Разработана методология векторной оптимизации режимов работы оборудования электростанций и оптимального оперативного распределения активных нагрузок между электростанциями в энергосистеме. Созданы программы нового поколения, позволяющие выбирать рациональный состав работающего оборудования, определять оптимальную загрузку каждой из установок, общую экономию топлива и денежных затрат, а также получать интегральную характеристику относительных приростов затрат станции в целом. Реализация

таких программ позволяет снизить расход топлива на станции на 3-5 г у.т./кВт.ч, на 3-4 кг у.т./Гкал и экономию затрат в энергосистеме на 3-5%.

В отличие от известных программ данная методология позволяет реализовать безыте-рационные принципы расчета, что значительно повышает точность расчетов, существенно сокращает время счета и полностью исключает возможность получения ошибочного результата при наличии невыпуклых характеристик. Получено свидетельство Российского агентства по патентам и товарным знакам об официальной регистрации программы на ЭВМ № 990081 «Программа оптимизации оперативного распределения активной нагрузки в энергосистеме».

Программа расчета полностью готова, но требует индивидуальной доработки для конкретных объектов.

2. Обоснование экономической эффективности и целесообразности завершения строительства и ввода в эксплуатацию 5-го энергоблока с оценкой перспектив строительства 6-го блока Балаковской АЭС.

В основе исследования лежит прогноз развития электроэнергетики региона, техникоэкономическое сопоставление различных вариантов развития генерирующих мощностей и обоснования путей обеспечения расширения Балаковской АЭС базисной электрической нагрузкой. Кроме этого, разработана методика, позволяющая определять оптимальные параметры систем теплоснабжения от АЭС. Проведены исследования различных схем теплоснабжения с учетом удаленности теплоисточника, надежности и экологической безопасности теплоснабжения от АЭС. Выполнена оценка системной и социальной эффективности теплоснабжения от АЭС.

3. Методология нормирования показателей надежности и безопасности атомных электростанций с водо-водяными реакторами.

В основе методики лежит сопоставление рисков от крупных аварий АЭС и затрат на их снижение. При этом учтены следующие виды рисков: материальный, экономический, социальный и политический риск, а также снижение полного системного риска АЭС с ВВЭР. Методика позволяет определять социально-приемлемые уровни безопасности современных АЭС.

За последние годы большое внимание научной и научно-педагогической общественности страны уделяется проблемам интеграции науки и образования, привлечению в науку молодежи.

Научные сотрудники Отдела участвуют в подготовке инженерных и научных кадров в Саратовском и Астраханском государственных технических университетах, проводят совместные научные исследования по прикладным и фундаментальным проблемам энергетики. Это способствует обеспечению фундаментальной основы подготовки специалистов - инженеров и аспирантов, объединению знаний и научных кадров академического учреждения и университетов для совместного проведения фундаментальных исследований, использования научной, информационной и лабораторной базы этих учреждений для проведения научных исследований и образования.

Участие ученых ОЭП СНЦ РАН в учебно-образовательном процессе не только повышает качество подготовки молодых специалистов, но во многом способствует привлечению молодежи в фундаментальную науку. Отдел постоянно привлекает студентов старших курсов к выполнению научно-исследовательских работ, ежегодно принимает на работу двух-трех молодых специалистов, которые в дальнейшем поступают в аспирантуру университетов.

В то же время необходимо отметить, что активное участие в фундаментальных исследованиях ОЭП СНЦ РАН принимают такие ученые СГТУ и АГТУ, как профессора А.И. Андрющенко, В.А. Хрусталев, доценты М.С. Доронин, С.В. Новичков, В.Д. Доронина, Н.Д. Шишкин, М.Ф. Руденко и другие.

Можно выделить следующие совместно выполненные за последние годы научноисследовательские работы:

1. Программы энергосбережения Саратовской и Астраханской областей на перспективу.

2. Социально-экономическая и экологическая приемлемость сооружения 2-й очереди Балаковской АЭС.

3. Разработка критериев и изучение эффективных путей повышения безопасности и надежности АЭС с ВВЭР в энергосистемах.

4. Исследование направлений и методов повышения эффективности использования солнечной энергии.

Все эти работы в той или иной мере получили внедрение на отдельных предприятиях и в народном хозяйстве региона.

Совместно написано учебное пособие для вузов «Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС», авторы Р.З. Аминов, Г.П. Гладышев, Д.П. Елизаров, Е.А. Ларин, под редакцией А.И. Андрющенко.

Практически ежегодно совместно готовятся и издаются сборники научных статей по различным проблемам развития энергетики, организуются и проводятся всероссийские и международные научно-практические конференции. Здесь можно отметить такие конференции, как «Энергетика Поволжья - проблемы развития», г. Пенза, 2001 г.; «Проблемы развития централизованного теплоснабжения» г. Самара, 2004 г.

В Ученый совет ОЭП СНЦ РАН входят такие ученые СГТУ, как профессора А.И. Андрющенко, В.А. Хрусталев, доценты М.С. Доронин, В.А. Медведев. Их опыт и знания помогают формировать планы НИР Отдела по актуальным проблемам энергетики, их ценные замечания и рекомендации учитываются в исследованиях ученых.

На всех этапах развития и функционирования Отдела энергетики Поволжья в вопросах формирования направлений научных исследований, обсуждения программ и результатов исследований неоценимую помощь оказывал и оказывает профессор А.И. Андрющенко, являющийся членом научно-технического Совета ОЭП СНЦ РАН.

Интеграция академической и вузовской науки взаимовыгодна. Например, директор Отдела Р.З. Аминов заведует кафедрой «Тепловые электростанции» СГТУ, является председателем диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, членом экспертного совета ВАК России. Кроме этого, он является членом Совета по науке и высоким технологиям при губернаторе Саратовской области, членом Научного совета РАН «Теплоэнергетика и теплофизика», председателем Поволжского межрегионального отделения Международной энергетической академии.

Заведующий Лабораторией нетрадиционной энергетики ОЭП СНЦ РАН А.К. Ильин заведует кафедрой «Теплоэнергетика и гидромеханика» АГТУ, является председателем ученого совета по защите докторских и кандидатских диссертаций, членом бюро Объединенного научного совета Миннауки и РАН по проблеме «Нетрадиционная энергетика».

Молодые специалисты Отдела учатся в заочной аспирантуре Саратовского и Астраханского государственных технических университетов. За последние 5 лет под научным руководством сотрудников Отдела подготовлены и защищены две докторские и три кандидатские диссертации, подготовлены к защите одна докторская и три кандидатские диссертации.

Сотрудники Отдела активно участвуют во всероссийских и международных конференциях и симпозиумах, результаты исследований публикуют в центральных журналах и сборниках научных трудов. За последние пять лет опубликовано 72 статьи и уже в этом году подготовлены и сданы в печать 14 статей. Отдел ежегодно выпускает сборник трудов под названием «Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса».

Сотрудники Отдела имеют тесные связи с Институтом высоких температур РАН, Институтом энергетических исследований РАН, Институтом проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, с кафедрами энергетического профиля Самарского, Ульяновского государственных технических университетов, Лабораторией нетрадиционной энергетики ДВО РАН, Региональной энергетической комиссией и Лабораторией энергосбережения «Астраханьгосэнергонадзора», Международной энергетической академией, Международной

академией экологии и безопасности жизнедеятельности, ОАО «Самараэнерго», «Сарато-вэнерго» и «Астраханьэнерго», Балаковской АЭС и др.

В настоящее время в Российской академии наук, следуя курсу, объявленному правительством (бюджетирование, ориентированное на результат), проводится внедрение программно-целевого планирования и конкурсного финансирования научных исследований с усилением инновационной деятельности и внедрение фундаментальных исследований в производство. В этой связи тесные интеграционные связи академических институтов и вузов будут расширены не только в плане совместного проведения научно-исследовательских работ, но и в инновационной деятельности, так как вузы располагают соответствующими кадрами и внедренческими структурами.

Шкрет Александр Филиппович -

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Отдела энергетики Поволжья СНЦ РАН