Член-корреспондент РАН Николай ВОРОПАЙ, директор Института систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН (Иркутск)

19 августа 1960 г. Президиум Академии наук СССР принял постановление об организации в городе Иркутске Сибирского энергетического института. В 1997 г. он был переименован в Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН.

Для создания нашего научного учреждения полвека назад имелись объективные предпосылки. Дело в том, что ко второй половине 1950-х годов в экономике бывшего СССР, как и в других развитых странах, сложилась принципиально новая ситуация, связанная с формированием крупных, территориально распределенных и протяженных систем электроэнергетики, газо-, нефте- и теплоснабжения. В результате их взаимосвязей и взаимовлияния образовался единый топливно-энергетический комплекс как совокупность отраслевых его составляющих, один из базовых в народном хозяйстве. Назрела необходимость фундаментальных междисциплинарных исследований возникающих при этом системных проблем.

Тогда же в мире появились электронные вычислительные машины (ЭВМ), бурно развивались методы вычислительной математики. На этой базе открылись возможности решать сложные многомерные задачи функционирования и развития систем энергетики, отличающиеся нелинейными взаимосвязями множества факторов, а часто и динамическим характером поведения.

Были объективные причины и для организации института именно в Иркутске. С середины 1950-х годов значительная часть энергетики страны переместилась в азиатскую ее часть. Наряду с активно осваиваемыми месторождениями нефти и газа в Западной Сибири интенсивно развивались мощности в Восточной Сибири - Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс, крупные ГЭС Ангаро-Енисейского каскада.

С учетом требований времени основатель и первый директор института, замечательный ученый и организатор науки академик Лев Александрович Мелентьев (1908 - 1986) выдвинул три основных принципа будущего поиска. Первый из них - системность, когда все явления и процессы должны рассматриваться с позиций закономерностей целого и взаимодействия его частей. В основе второго лежит комплексный энергетический подход, сформулированный еще в 1920 - 1930-е годы школой академика Глеба Максимилиановича Кржижановского, воспитанником которой был Мелентьев. И, наконец, третий состоит в том, что необходимо изучать энергетику как совокупность непрерывно развивающихся и усложняющихся систем.

Лев Александрович сумел привлечь к работе нового учреждения лучших выпускников вузов Москвы, Ленинграда, Новосибирска, Иркутска - они и составили ядро коллектива. Первый период их деятельности - 1960-е годы - характеризовался утверждением методов математического моделирования в качестве основного инструмента и несколько преувеличенными, как показал опыт последующих десятилетий, надеждами молодежи (средний возраст сотрудников составлял тогда 26 - 28 лет) на то, что активное применение новых подходов быстро преобразует практику планирования, проектирования и эксплуатации энергетических систем. Но благодаря высоким результатам работ институт с первых лет выдвинулся в число лидирующих научных организаций нашей страны, решающих сложные комплексные проблемы энергетики, что подтвердили первые две всесоюзные конференции (1963 и 1966 гг.), проведенные в Иркутске.

Большое значение Мелентьев придавал не только математическому моделированию, но и физическим исследовательским установкам. Так, уже в 1960-е годы в институте спроектировали и построили высокотемпературный контур для изучения нестационарных процессов в паропроводах паровых котлов и атомных реакторов электростанций при высоких давлениях и температурах, ставший впоследствии уникальным исследовательским средством не только в СССР (а ныне - в России), но и в мире: он активно используется и модернизируется до настоящего времени. На другой экспериментальной установке - электродина-

мической модели, впоследствии преобразованной в цифро-аналого-физический комплекс для изучения аварийных процессов в энергосистемах, в 1960 - 1970-е годы был решен ряд важных задач, особенно по разработке и настройке автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов. Однако к началу 1990-х годов спрос на использование этого комплекса существенно снизился и его демонтировали. А к концу 1990-х - началу 2000-х годов возникла необходимость создания экспериментальной установки для газификации твердых топлив, на которой в последние годы получен ряд существенных результатов. Тем не менее основным научным инструментом на протяжении пяти десятилетий существования института остаются ЭВМ.

Возвращаясь к ранним страницам нашей истории, замечу, что 1970-е годы характеризовались переосмыслением возможностей математического моделирования, осознанием принципиальной важности управления в системах энергетики как основного средства придания им необходимых свойств. В конце этого периода вышла книга Л. А. Мелентьева "Системные исследования в энергетике: элементы теории, направления развития" (М.: Наука, 1979), фактически обосновавшей самостоятельное научное направление. Сформулированные автором базовые теоретические положения на долгие годы определили приоритеты фундаментальных и прикладных работ наших сотрудников.

В 1980-е годы исследования института под руководством директора, члена-корреспондента АН СССР, а затем академика Юрия Николаевича Руденко (1931 - 1994) приобретают все более комплексный характер. Иркутские ученые активно участвуют в разработке государственных программ и стратегий развития энергетики страны. Формируются новые научные направления, такие, как теория надежности и живучести энергетических систем, методические основы обоснования развития энергетики регионов, проблемы развития мировой энергетики и ряд других.

В это же время была издана трехтомная монография института, обобщившая результаты труда его ученых и удостоенная премии СО АН СССР в конкурсе теоретических работ. В 1986 г. четыре наших сотрудника в составе авторского коллектива под руководством Руденко получили Государственную премию СССР в области науки и техники. С 1960 г. по начало 1990-х годов наши специалисты 6 раз удостаивались другой престижной награды - премии имени Г. М. Кржижановского АН СССР за теоретические результаты в решении комплексных энергетических проблем.

Резкое изменение экономических и социально-политических условий в стране в начале 1990-х годов, в значительной мере затронувшее и энергетику, потребовало, конечно, определенной корректировки структуры и содержания изысканий. Но это не оказалось болезненным для коллектива, поскольку теоретические основы системных энергетических исследований, сформулированные еще Мелентьевым как фундаментальные составляющие этого научного направления, не подверглись существенной ревизии. Разумеется, другими стали структура и механизмы отношений в этой важнейшей отрасли экономики, что вызвало необходимость поиска новых методов управления ее развитием и функционированием. Однако важно то, что наши сотрудники оказались готовыми к такой трансформации. И уже в 1993 г. коллектив института, руководимый директором членом-корреспондентом РАН Анатолием Петровичем Меренковым (1936 - 1997), включился в разработку первой в новейшей истории России Энергетической стратегии страны. В последующие годы вплоть до настоящего времени мы активно участвуем в доработке этого основополагающего документа.

С середины 1990-х годов и особенно в 2000-е годы развитие исследований в институте характеризуется рядом особенностей. Тенденция глобализации привела к усилению связей России с другими странами и необходимости анализа места и роли ее энергетики в межгосударственной и мировой инфраструктуре. Это потребовало не только создания соответствующего научного направления, но и активизации кооперации с энергетическими организациями других стран. В 1998 г. состоялась первая международная конференция "Энергетическая кооперация в Азии", ставшая затем регулярной (проходит раз в два года). В 2002 г. постановлением Президиума СО РАН при институте создан международный исследовательский центр энергетической инфраструктуры "Азия-Энергия", координирующий ряд международных проектов. Наши ученые трудятся в таких организациях, как, например, Азиатско-Тихоокеанский энергетический исследовательский центр, базирующийся в Токио.

В 2008 г. институт стал координатором с российской стороны крупного международного проекта по совершенствованию принципов и систем управления большими электроэнергетическими системами, выполняемого в соответствии с 7-й рамочной программой сотрудничества Европейского Союза и России. По данному направлению в рамках регулярно проводимой институтом с 2001 г. международной конференции "Либерализация и модернизация энергосистем" идет активный диалог между ведущими учеными и специалистами-энергетиками по обсуждению проблем и результатов работ. Мы участвуем и в других авторитетных международных научных мероприятиях, представляя оригинальные результаты своих работ, находящихся на мировом уровне, а часто и превышающих его.

Либерализация и реструктуризация отраслей энергетики радикально изменили их организационную структуру и характер взаимоотношений между заинтересованными субъектами. Это потребовало пересмотра методов управления на основе рационального сочетания рыночных механизмов и государственного регулирования при возросшей неопределенности условий функционирования и, особенно, развития энергетических систем. Вместе с тем усилилось значение внешних связей, а также влияние на энергетику экономических, политических, правовых и других факторов, что потребовало разработки нового научного направления - энергетической безопасности.

В последние годы продолжалось изучение природы энергетических систем, в том числе протяженных, какой является, например, единая энергосистема нашей страны. Одно из присущих им свойств - неоднородность структуры: на одних участках все элементы тесно связаны между собой, на других - связи слабые, что ведет к снижению пропускных способностей, риску аварийности. Разработаны методы выявления указанной неоднородности, оценки в виде численных характеристик. Другой пример - изучение закономерностей развития распределенной генерации, представляемой малыми энергетическими установками, в том числе на возобновляемых источниках энергии*.

Ныне, как и ранее, объектами фундаментальных исследований института являются не только собственно технологии, но и системы электро-, тепло-, газо-, нефте-, углеснабжения, энергетические комплексы от региональных, межрегиональных и государственных до межгосударственных. В конечном счете речь идет о создании системы производства, транспорта и распределения топлива и энергии как соответствующей инфраструктуры, обеспечивающей эффективность, надежность и качество снабжения потребителей. На

* См.: П. Безруких. Перспективы возобновляемой энергетики. - Наука в России, 2003, N 4 (прим. ред.).

основе полученных результатов мы решаем прикладные задачи, в чем активно сотрудничаем с Минэнерго РФ, профильными компаниями федерального и регионального уровней, администрациями и правительствами регионов, организациями других стран и международными институтами.

Регулярно выполняя прогнозные исследования, институт имеет свои обоснованные представления о перспективах развития энергетики России и ее регионов как неотъемлемой и важной составляющей мира. Тем более что на рубеже XX-XXI вв. эта отрасль во многих странах оказалась на переломном этапе, и ее будущее характеризует ряд объективных тенденций.

Во-первых, ископаемые ресурсы еще долго будут основой топливо- и энергоснабжения экономики и населения. Тем не менее со временем все больше будет сокращаться использование нефти и нефтепродуктов с заменой их газом, а в последующем - синтетическим жидким или газообразным топливом, получаемым из угля. Что касается природного газа, то его роль может сохраниться и даже увеличиться, если начнется освоение промышленных технологий добычи и переработки газогидратов, запасы которых в Мировом океане весьма велики. Видимо, определенную нишу займет биогаз* (в России - из древесных отходов), хотя его доля не будет очень уж велика.

Масштабному использованию других возобновляемых энергоресурсов (ветра, солнечной энергии) в нашей стране пока препятствует высокая стоимость соответствующих технологий и эйфория от больших запасов природного газа. При поддержке государства эти возобновляемые энергоресурсы займут свое, хотя и не определяющее место в топливно-энергетическом балансе.

Еще длительное время будет сохраняться роль ядерной** и гидроэнергетики. При этом следует ожидать появления новых технологий в первой из них, в том числе в удаленной перспективе - на основе термоядерного синтеза***. Получит развитие водородная энергетика, особенно при совершенствовании топливных элементов, преобразующих топливо в электроэнергию химическим способом, и снижении их стоимости.

Во-вторых, предстоит повысить эффективность добычи, транспортировки и потребления ресурсов, производства электроэнергии и тепла, их передачи, распределения и потребления на основе инноваций. В топливной энергетике - это повышение отдачи нефтегазоносных пластов месторождений, новые материалы для трубопроводных транспортных и распределительных сетей, более эффективные способы переработки нефти и получения нефтепродуктов. В электро- и теплоэнергетике - высокопроизводительные газотурбинные и парогазовые установки, угольные экологически чистые и эффективные технологии на суперсверхкритических параметрах пара. Все большее распространение получат комплексные установки по производству нескольких видов энергоресурсов, например, жидкого топлива и электроэнергии путем переработки угля. Повышению надежности и управляемости электрических сетей и электроэнергетических систем будет способствовать внедрение инновационных технологий на основе гибких электропередач переменного тока, накопителей энергии и др.

Третья тенденция проявляется в активном развитии в последние десятилетия уже упоминавшейся распределенной генерации. Этому способствует внедрение возобновляемых источников энергии, особенно ветровых электростанций****. Для России актуально распространение малых газотурбинных установок, на основе которых будут сооружаться мини-ТЭЦ с высоким коэффициентом полезного действия (они целесообразны взамен старых неэффективных котельных в городах и поселках городского типа). При благоприятных экономических условиях доля их может составить от 15 до 30% установленной электрической мощности всех электростанций страны. Заметную роль могут сыграть малые ГЭС. В топливном секторе возрастут стимулы к освоению малых месторождений нефти и газа, строительству небольших нефтеперерабатывающих установок.

И, наконец, четвертая тенденция. Бурное развитие в последние десятилетия информационных технологий и методов искусственного интеллекта резко расширяет возможности эффективного управления энергетическим комплексом. На этой основе развиваются концепции построения "умных" электроэнергетических систем, актуальные и для систем тепло-, газо-, а также нефтепродуктоснабжения. Реализация этих подходов будет придавать энергетике в целом все более инфраструктурные функции. Подобно телефонной связи и Интернету она сможет предоставлять потребителю свои услуги требуемого качества с необходимым уровнем надежности в удобной для него точке.

В заключение хочу отметить следующее. В нашем институте сложился активный, работоспособный коллектив, треть которого сегодня составляют молодые сотрудники. А единомышленникам, какими мы все являемся, по плечу решение самых сложных научных проблем.

* См.: А. Синицын. Универсальные ферменты. - Наука в России, 2007, N 4 (прим. ред.).

** См.: А. Гагаринский, В. Цибульский. Ядерные технологии: большие ожидания. - Наука в России, 2008, N 5 (прим. ред.).

*** См.: В. Глухих. На пороге термоядерной эры. - Наука в России, 2003, N 3 (прим. ред.).

**** См.: Я. Улановский, Ю. Кашфразиев. Энергию даст ветер. - Наука в России, 2007, N 2 (прим. ред.).

Publisher:

Permanent link for scientific papers (for citations):

Comments: