«Снежинка» — это круглогодичная арктическая станция нового поколения. Как она поможет осваивать регион в условиях глобального потепления, узнал «Огонек».
«Снежинка» похожа на городок марсиан
Фото: Институт арктических технологий МФТИ
«Снежинка» похожа на городок марсиан
Фото: Институт арктических технологий МФТИ
Арктический магнит
Предполагается, что «Снежинка» появится в нескольких сотнях метров от этностойбища «Земля надежды», в горах Полярного Урала, где уже много лет проживает древний ненецкий народ неркаги. Станция станет научным полигоном для отработки самых разных арктических технологий, именно они, по мнению экспертов, должны стать визитной карточкой освоения Арктики в ХХI веке. При этом акцент делается на так называемых зеленых инновациях. С этой точки зрения для России проект «Снежинка» в каком-то смысле принципиален: в 2021–2023 годах наша страна будет председательствовать в Арктическом совете, где разработка сценариев устойчивого развития Заполярья — один из основных вопросов повестки. Напомним, что Арктический совет — международная организация, которая объединяет страны с выходом в Арктику: Данию, Исландию, Канаду, Норвегию, Россию, США, Финляндию и Швецию, плюс еще 13 стран имеют статус наблюдателей. Вместе страны работают над сохранением природы региона.
— Мы хотим создать площадку, своеобразный магнит притяжения для ученых разных стран,— рассказал «Огоньку» один из авторов проекта «Снежинки», исполнительный директор Института арктических технологий МФТИ Юрий Васильев.— Если не говорить о военных исследованиях в Арктике, которые всегда стоят особняком, то до сих пор большинство существовавших арктических станций занимались изучением природы, в частности сбором метеорологических показателей. Это очень важно с точки зрения изучения климата, наблюдений за флорой и фауной. На нашей станции такие исследования тоже будут, но все-таки здесь упор сделан на инженерию. Наша задача — внедрение, демонстрация и популяризация инженерных решений.
По сути, на «Снежинке» будут отрабатывать технологические решения в области строительства, искусственного интеллекта, телекоммуникации, медицины, сельского хозяйства, робототехники, «интернета вещей», «умного дома», 3D-печати и в целом систем жизнеобеспечения в Заполярье.
А так как станция будет международной, то она в каком-то смысле станет местом научной конкуренции тоже. Это важно, потому что сегодня из-за изменения климата и развития технологий Арктика превратилась из потенциальной кладовой во вполне реальный ресурс. Правда, чтобы его освоить, нужно вложить немало ресурсов — как денежных, так и интеллектуальных. В этой ситуации развивать северные территории можно только как бизнес-проекты. А самые перспективные из них — в области наукоемких технологий.
— Инновации, в том числе в арктических технологиях, создаются для того, чтобы получить временное конкурентное преимущество, — говорит Юрий Васильев. — И срок действия этого преимущества будет зависеть от того, насколько далеко ты зашел в своих исследованиях и насколько быстро можно скопировать технологию. Я допускаю, что коллеги, как наши, так и зарубежные, будут применять свое оборудование и разрабатывать ноу-хау в условиях «черного ящика». То есть мы будем знать внешние параметры и характеристики, но как это устроено и работает — останется коммерческой тайной.
По словам ученого, сегодня во многих российских научных институтах есть хорошие портфели с арктическими технологиями, но вот кто будет оплачивать их внедрение — вопрос открытый.
Спасительный водород
Станция работает на возобновляемых источниках энергии
Фото: Институт арктических технологий МФТИ
Станция работает на возобновляемых источниках энергии
Фото: Институт арктических технологий МФТИ
Главная особенность «Снежинки» в том, что это — станция замкнутого типа, которая для выработки энергии не потребляет загрязняющих природу углеводородов и не производит отходов. До сих пор такие технологии отрабатывались в Антарктиде и то в основном не нами. Образцом для подражания считается бельгийская антарктическая станция «Принцесса Элизабет», построенная в 2009 году. Она расположена в горах Сер-Рондане в семи километрах к северу от Высоты Викингов Земли королевы Мод. Эта станция работает в режиме «нулевого выброса», то есть не производит никаких отходов генераторов и выхлопов в атмосферу. Необходимую энергию дают солнечные батареи и ветрогенераторы. Как и многие современные арктические постройки, у нее «многослойное» устройство стен. Плотная теплоизоляция стен позволяет сократить выброс тепла почти до нуля, так что помещения обогреваются за счет избыточного тепла от электрических и электронных систем. Солнечные панели преобразуют энергию солнца в электрическую, а термальные панели помогают топить снег и греть воду для ванн и кухонь.
«Снежинка» строится по тому же принципу. Ее основная фишка — в использовании водорода и возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Так, на территории станции будут установлены ветряки, солнечные панели и три купола. Водород на «Снежинке» будет производиться из воды и использоваться главным образом в холодное время года. С апреля по сентябрь станция сможет работать преимущественно на энергии ветра и солнца.
Важно, что такой зеленой энергией станция будет обеспечивать не только себя, но и питать небольшой поселок, где проживает несколько десятков ненецких семей. В Арктике вообще, как известно, многие небольшие поселения находятся далеко от общих энергосетей. Там электричество вырабатывают с помощью дизельных генераторов. Поставки топлива стоят больших денег, да и погодные условия часто вносят свои коррективы, оставляя поселки отрезанными от «большой земли».
Водородная энергетика, по подсчетам экспертов, могла бы решить эту проблему, но технология эта дорогая, а оборудование требует квалифицированных специалистов. А где их найдешь в поселке на 50 человек, затерянном в бескрайней тундре? Поэтому МФТИ помимо прорывной и по-настоящему экспериментальной «Снежинки» запускает еще один, более приземленный проект. Уже летом 2020 года в деревне Лаборовая (почти 130 км от Салехарда) появится первая в регионе гибридная электростанция. Электричество там будут добывать всеми доступными способами: от солнца, ветра и дизель-генераторных установок на переменных оборотах, сохранять энергию — в современных литий-ионных накопителях. Управлять всей системой станет искусственный интеллект.
Дизельная генерация на переменных оборотах отличается от обычной тем, что может вырабатывать ток произвольной, нестандартной частоты. Это создает «гибкость» в производстве энергии и серьезном сокращении расхода топлива в периоды, когда нагрузка в поселке меньше пиковой мощности дизельной энергостанции, а это случается более 90% времени ее работы. Одна гибридная станция даже небольшого поселка — это несколько контейнеров высокотехнологичного оборудования: ветряные, солнечные панели и так далее. Самое главное, что средства, которые вкладываются в это оборудование, окупаются за приемлемые сроки. Это примерно семь-восемь лет, в зависимости от характера, площадки и мощности объекта.
— С точки зрения развития энерготехнологий Арктика — это очень важный полигон для тестирования новых решений,— говорит Юрий Васильев.— Там задаются очень высокие требования по надежности, качеству и экономичности. Если технология отработана в арктической зоне, то ее уже без особых опасений можно использовать в других населенных пунктах, где климат не столь суровый.
Также на «Снежинке» планируется испытать систему «умного дома». Часто такие технологии воспринимают как игрушку для избалованных горожан. Однако в условиях Крайнего Севера управление таким сложным объектом правильнее отдать нейросети. Она может следить за системами жизнеобеспечения, климатом и энергетическими установками.
Полюса мира
Полярные регионы всегда были площадками для отработки научных технологий. Если обратить внимание на другой полюс Земли, то там антарктические станции стали сегодня своеобразными «посольствами на льду». Каждая страна пытается показать, как именно она научилась приспосабливаться к самым экстремальным условиям на планете. Здесь стоит китайская станция «Тайшань» в виде летающей тарелки, бразильская и британская станция Halley VI, похожая на шагающих синих слонов, немецкая Neumayer-III напоминает ангар для подводных лодок. Есть даже индийская «Бхарати», которую собрали из сотни транспортных контейнеров и покрыли внешней изоляционной оболочкой. У себя на родине индийцы построили макет станции и проверяли его на прочность (в буквальном смысле) в аэродинамической трубе — смотрели, как станция сопротивляется сильному ветру и снежным заносам. Пока считается, что все это — сугубо научное соревнование, но через 40 лет, когда закончится мораторий на добычу в Антарктике полезных ископаемых, разговор приобретет совсем другой поворот.
Арктику осваивать сложнее. В советское время, когда северный регион развивался наиболее активно, вблизи месторождений вырастали города, строились военные базы и научные станции. Тогда огромный массив информации о регионе обеспечивали дрейфующие станции.
Первая такая станция, как известно, под руководством Ивана Папанина открылась в 1937 году. Регулярно работали они вплоть до 1991 года, когда активная экономическая, культурная и научная жизнь в Арктике начала умирать. Станции и базы закрывались, города начали пустеть. Оборудование бросали зачастую прямо там же, не увозили даже металл. Сейчас, по словам Юрия Васильева, ситуация изменилась. И Россия, и мировое сообщество вновь обратили свое внимание на Арктический регион. В том числе и из-за изменения климата, которое сильнее всего оказывает влияние на Крайний Север. Россия возобновила дрейфующие станции в 2003 году. Они нерегулярно работали вплоть до 2013 года. Но сегодня такого рода работа уже невозможна.
Как считает экс-глава Росгидрометра Максим Яковенко, для организации круглогодичных дрейфующих полярных станций в Арктике последние лет 15–20 уже не хватает толщины льда. Чтобы научный городок не ушел под воду, ледяной панцирь должен достигать хотя бы 210–220 см, а сейчас он всего 130–140 см. Из-за этого приходится придумывать новые формы работы (которые иногда оказываются хорошо забытыми старыми). Например, в прошлом году российские ученые вморозили в лед рядом с Землей Франца-Иосифа научное судно «Академик Трешников», которое затем дрейфовало вместе с льдом. Сейчас, кстати, на «Адмиралтейских верфях» в Санкт-Петербурге строится уникальная ледостойкая платформа «Северный полюс» — полярная станция нового поколения, которая будет вмораживаться в лед и дрейфовать вместе с ним. Аналогов в мире у этой станции нет.
Уехать нельзя остаться
Станция «Снежинка» по замыслу ученых будет стоять на земле. Глобальное потепление здесь, на севере Ямала, когда столбик термометра опускается до минус 70, кажется чем-то абстрактным. Международная научная лаборатория должна в какой-то мере олицетворять то будущее северного региона, которое должно тут когда-нибудь наступить — с комфортными жилищами, хорошей медициной (пусть и с приставкой «теле»), работой и культурным досугом.
Ведь Арктика — одна из самых богатых ресурсами территорий, но поселки, где живут коренные жители, до сих пор не обеспечены даже магистральным газопроводом. Зачастую есть перебои с электроснабжением, из-за этого в домах не всегда получается пользоваться бытовой техникой.
До некоторых поселков без специальной техники вообще не добраться. Получается отчасти парадоксальная ситуация, когда регион, в котором больше всего запасов энергоресурсов, не может обеспечить минимальное комфортное проживание. В итоге сегодня Север переживает отток населения, который местные власти предпочитают называть «регулируемым сжатием».
— Более крупные города привлекательны для людей не только в плане работы, как раз в Арктике ее много,— говорит Юрий Васильев.— Люди ищут разнообразную культурную жизнь. Уезжают туда, где жизнь бьет ключом. Однако благодаря технологиям качество жизни в небольших поселениях можно повысить. Есть хороший интернет, развита малая авиация — жизнь становится комфортнее. Но здесь также важна доступность технологий, то есть цена услуги с учетом уровня доходов местного населения.