Возобновляемая энергетика России: подготовка научных кадров

0

В России подготовка аспирантов по ВИЭ в 2021 году велась в семи вузах и одном научном учреждении РАН в количестве 83 человек, что при планируемой ежегодной аттестации до 15-ти человек явно недостаточно. Только бакалавров и магистров по специальности «Электроэнергетика и электротехника» в стране готовят 50 вузов. В 2021 году эксплуатировались 69 сетевых СЭС, 22 сетевых ВЭС, более десяти заводов по производству фотоэлектрических модулей и оборудования ветроэнергетики.

В предлагаемой статье авторами представлены данные Международного экспертного сообщества по возобновляемой энергетике REN21 и Института экологических технологий AEE INTEC (Австрия) по электрои теплогенерации на ВИЭ за 2020 год. В России в том году установленная мощность и выработка энергии электрогенерацией на ВИЭ составили 4 ГВт и 4,2 ТВт·ч/год, соответственно. Согласно плану «ДПМ ВИЭ 2.0», установленная мощность должна увеличиться к 2035 году в три раза до 12 ГВт. Годовая выработка тепловой энергии в 2020 году при сжигании древесины и отходов в РФ превысила 30 ТВт·ч. Отмечены достижения советской научной школы в подготовке учёных по возобновляемой энергетике (ВЭ). Представлены основные сведения об аспирантурах семи вузов и одного научного учреждения, в которых в 2021 году велась подготовка учёных по направлению 14.06.01 «Ядерная, тепловая, возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии» со специализацией 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии». Всего в 2021 году на них обучались 83 человека. Приведены результаты анализа защит 117 кандидатских диссертаций по ВЭ с 2000 по 2021 годы с указанием ведущих по числу защит организаций, распределением по видам ВЭ в целом по всем организациям и по трём ведущим их них. Представлены данные 13 докторских диссертаций, защищённых в 1998–2021 годах по ВЭ, с распределением их по тематике. Отмечено, что научный уровень диссертаций определяется личностью руководителя диссертаций. Приведён список 12 научных руководителей, подготовивших к защите трёх и более аспирантов по ВЭ.

Развитие возобновляемой энергетики (ВЭ) является одним из ведущих трендов мировой энергетики. По данным Международного экспертного сообщества по возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) REN21, в мире в 2021 году электрогенерация на ВИЭ имела суммарную установленную мощность 2635 ГВт, выработку электроэнергии — 8563 ТВт·ч/год.

Мировая теплогенерация на ВИЭ в 2020 году достигла суммарной установленной мощности 609 ГВт с выработкой тепловой энергии 5014 ТВт·ч/год. Возобновляемая энергетика превратилась в масштабный, быстро развивающийся сегмент мирового энергетического рынка, в котором заняты миллионы людей, а подготовка специалистов осуществляется ведущими учебными учреждениями.

В России ВЭ представлена в основном электрогенерацией на основе гидравлических, сетевых солнечных (СЭС) и ветровых электростанций (ВЭС), а теплогенерация — котлами на биомассе. По итогам 2020 года суммарное значение установленной мощности электрогенерации на ВИЭ с учётом гидроэнергетики в стране составило 52,73 ГВт, выработка электроэнергии 210,76 ТВт·ч/год, в том числе ГЭС 50 ГВт, 20,74 ТВт·ч/год (so-ups.ru).

Установленная мощность сетевых СЭС составляла 1700 МВт с выработкой электрической энергии 1980 ГВт·ч/год, работали тысячи автономных СЭС, группировка спутников с космической фотоэнергетикой. В России налажено производство фотоэлектрических модулей (ФЭМ), инверторов, опорных конструкций СЭС. Солнечное теплоснабжение РФ, по экспертным данным, имеет установленную мощность 70 МВт.

Быстрыми темпами развивается также ветроэнергетика. Суммарная установленная мощность сетевых ВЭС составила 1030 МВт при выработке электрической энергии 1380 ГВт·ч/год. На шести заводах страны налажено производство ветроэнергетического оборудования. Малые ветроэнергетические установки мощностью менее 50 кВт в России работают в основном в изолированных энергосистемах.

Малая гидроэнергетика (МГЭС до 50 МВт) имела суммарную установленную мощность 1182 МВт. В России налажено производство основного оборудования для МГЭС.

Геотермальная энергетика имеет масштабную ресурсную базу (33 водяных и четыре пароводяных месторождения) с годовой добычей в 2020 году 35 млн м³ геотермальной воды и 13 млн тонн пароводяной смеси. Суммарная установленная мощность четырёх геотермальных электростанций (ГеоЭС) составила 84 МВт с выработкой электрической энергии 422 ГВт·ч/год. ГеоЭС оснащены в основном оборудованием отечественных производителей. Геотермальное теплоснабжение имеет общую тепловую мощность 100 МВт с выработкой тепловой энергии 280 ГВт·ч/год.

Биоэнергетика в России представлена биоэлектрическими станциями (БиоЭС) с суммарным производством электрической энергии 65 ГВт·ч/год. Выработка тепловой энергии при сжигании дров, пеллет, топливных брикетов оценивается в 29 ТВт·ч/год.

В основе развития ВЭ достижения науки, проблема подготовки кадров для которой весьма актуальна для нашей страны. В отличие от западных научных традиций, в России принята двухступенчатая подготовка учёных: кандидатов и докторов наук. Основы такой работы, в том числе в области солнечной энергетики, были заложены в 1930-х годах в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского (ныне АО «ЭНИН»), д.т.н., профессором В. А. Баумом (1904–1985), который подготовил к защите по гелиотехнике более ста кандидатов и докторов наук. До 2022 года защита диссертаций производилась в Российской Федерации по научной специальности 05.14.08 «Энергоустановки на основе ВИЭ возобновляемых видов энергии».

Аспирантуры в 2021 году

В 2021 году подготовка научных кадров по направлению 14.06.01 «Ядерная, тепловая, возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии» по специальности 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии» осуществлялась в РФ в семи вузах и одном научном учреждении (табл. 1). Четыре из них имели диссертационные советы по этой специальности: Московский энергетический институт (НИУ «МЭИ»), Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ), Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» («ФНАЦ ВИМ»). В 2021 году в указанных аспирантурах обучались 83 человека.

Наибольший в стране опыт с 1930-х годов имеет аспирантура НИУ «МЭИ» при кафедре гидроэнергетики и ВИЭ, руководимой к.т.н., доцентом Т. А. Шестопаловой. Диссертационный совет НИУ «МЭИ» по этой специальности возглавляет д.т.н., профессор М. Г. Тягунов. В 2021 году в данной аспирантуре по специальностям 05.14.08 и 05.04.13 обучались 18 человек (табл. 1), в том числе шесть иностранцев.

С 1970-х годов аспирантов по ВЭ готовит крупнейший в стране вуз — СПбПУ, где в НОЦ ВИЭ в 2021 году по специальностям 05.14.08 и 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» обучались шесть аспирантов, в том числе два иностранца. Научный руководитель НОЦ ВИЭ — гидроэнергетик, д.т.н., профессор, академик РАН Ю. С. Васильев, директор — д.т.н., профессор В. В. Елистратов.

В Южно-Уральском госуниверситете (ЮУрГУ) инициатором ВЭ является завкафедрой «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» д.т.н., профессор И. М. Кирпичникова, которая в аспирантуре по специальности 05.09.03 готовит специалистов в том числе по использованию ВИЭ. В 2021 году здесь обучались 16 человек. В аспирантуре Уральского федерального университета (УрФУ) при кафедре «Атомные станции и ВИЭ» под руководством д.т.н., профессора С. Е. Щеклеина по специальности 05.14.08 в 2021 году обучались 11 человек, в том числе восемь иностранцев (табл. 1). Диссовет этого вуза, также возглавляемый С. Е. Щеклеиным, ежегодно принимает две-три защиты кандидатских диссертаций.

Подготовку научных кадров по специальности 05.14.08 в 2021 году вели также Севастопольский государственный университет (СевГУ), Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина (КубГАУ, г. Краснодар) и ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», в котором работает диссертационный совет (табл. 1).

Диссертации в 2000–2021 годах

В 2000–2021 годах по возобновляемой энергетике были защищены 117 (100%) кандидатских диссертаций, в том числе по специальности 05.14.08–109 работ, по 05.14.01 «Энергетические системы и комплексы» — пять работ, по 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» — две работы. На рис. 1 представлено распределение диссертаций по диссертационным советам. Наибольшее их число у НИУ «МЭИ» — 41 диссертация (35%). На втором месте «ФНАЦ ВИМ» — 35 диссертаций (30%), на третьем СПбПУ — 24 (20%).

Рис. 1. Число кандидатских диссертаций в 2000–2021 годах по диссоветам (всего 117 работ)

На рис. 2 приведено распределение диссертаций по темам. Больше всего защищено работ по солнечной энергетике — 43. На втором месте работы по комплексному использованию ВИЭ — 25. На третьем и четвёртом, соответственно, гидроэнергетика (20) и ветроэнергетика (17).

Рис. 2. Тематика кандидатских диссертаций в 2000–2021 годах

Для научной школы НИУ «МЭИ» характерно преобладание темы комплексного использования ВИЭ — 15 работ (рис. 3), далее следует солнечная энергетика (13) и гидроэнергетика (11). Для третьего лидера РФ по числу диссертаций «ФНАЦ ВИМ» лидируют темы по солнечной энергетике — 23 работы (рис. 4), что объяснялось научной специализацией руководителя «ФНАЦ ВИМ», академика РАН, д.т.н., профессора Д. С. Стребкова (1937–2021). Аналогично в деятельности диссовета СПбПУ преобладает гидроэнергетика (рис. 5), лидер — академик Ю. С. Васильев.

Рис. 3. Тематика кандидатских диссертаций НИУ МЭИ

При рассмотрении 13 докторских диссертаций по ВИЭ за период 1998–2021 годов установлено, что бóльшая часть работ (восемь) посвящена комплексному использованию ВИЭ, три работы по ветроэнергетике. Преобладают диссертации, защищённые во «ФНАЦ ВИМ» (четыре).

Рис. 4. Тематика кандидатских диссертаций ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ»

На втором месте — диссовет СПбПУ (три работы). Диссертанты в основном представляют научные школы Д. С. Стребкова («ФНАЦ ВИМ»), Ю. С. Васильева и В. В. Елистратова (СПбПУ), В. И. Виссарионова (НИУ «МЭИ») и д.т.н., профессора Б. В. Тарнижевского (АО «ЭНИН»).

Рис. 5. Тематика кандидатских диссертаций СПбПУ

Лидеры научно-образовательной деятельности

В подготовке учёных большое значение имеет личность и идеи руководителя диссертации. Выбор темы и подготовка квалификационных работ осуществляется наиболее опытными учёными, имеющими научный авторитет и умение воспитывать достойную смену. Таких людей можно назвать лидерами возобновляемой энергетики как научной дисциплины.

Среди учёных, подготовивших более трёх кандидатов наук, лидером является С. Е. Щеклеин, который подготовил к защите кандидатских диссертаций 22 человека, в том числе по ВИЭ — восемь, пять докторов наук, в том числе одного по ВИЭ. С. Е. Щеклеин защитил докторскую диссертацию по ядерной энергетике в 1991 году, а подготовкой специалистов по ВИЭ занимается с 1997 года. Он автор 450 научных работ, в том числе трёх монографий, 80 патентов, с 2019 года руководит диссоветом УрФУ по специальности 05.14.08. По инициативе Сергея Евгеньевича ежегодно проводятся конференции и олимпиады для студентов, аспирантов и молодых учёных по тематике ВИЭ.

На втором месте — д.т.н., профессор М. Г. Тягунов, который воспитал 12 кандидатов наук, в том числе трёх по ВЭ. После защиты докторской диссертации по гидроэнергетике в 1996 году он специализируется на системном анализе процессов и систем управления энергетическими объектами, в том числе с использованием ВИЭ, возглавляет диссовет НИУ «МЭИ», имеет опыт реализации программы по образованию управленческих кадров, автор 170 научных трудов.

Под руководством д.т.н., профессора В. В. Елистратова были подготовлены десять кандидатских диссертаций, в том числе шесть по ВИЭ (солнечная, геотермальная энергетика и биоэнергетика). Он с 1999 года заведовал кафедрой «ВИЭ и гидроэнергетика», а в сейчас руководит НОЦ «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» СПбПУ. В центре его научных интересов разработка теоретических и технологических основ преобразования, комплексного использования и аккумулирования возобновляемой энергии в арктических условиях.

Инициатором развития возобновляемой энергетики на Южном Урале является д.т.н., профессор И. М. Кирпичникова, заведующий кафедрой «Электрические станции, сети и системы электроснабжения». Ирина Михайловна подготовила к защите девятерых кандидатов наук, в том числе трёх по ВИЭ, а также специализирующегося на ветроэнергетике д.т.н. Е. А. Соломина, который подготовил к защите четырёх кандидатов наук по тематике использования ВИЭ.

Руководители диссертаций из «ФНАЦ ВИМ» д.т.н., профессор В. В. Харченко и д.т.н., профессор В. М. Евдокимов являются признанными специалистами по солнечной энергетике. В. В. Харченко подготовил к защите восемь кандидатов наук, в том числе пять по солнечной и геотермальной энергетике. В. М. Евдокимов подготовил по солнечной энергетике пять кандидатов и одного доктора наук.

В Краснодарском крае признанным лидером ВЭ является д.т.н., профессор Р. А. Амерханов, который на кафедре электротехники, теплотехники и ВИЭ Кубанского государственного аграрного университета (КубГАУ) подготовил к защите восемь кандидатов наук, в том числе шестерых по ВИЭ. Он является главным редактором журнала «Энергосбережение и водоподготовка», в котором в настоящее время преобладают статьи по ВИЭ.

Крупнейший российский специалист по геотермальной энергетике, д.т.н., профессор А. Б. Алхасов более 30 лет возглавляет единственную специализирующуюся на геотермии российскую организацию — Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики Объединённого института высоких температур РАН (ИПГВЭ ОИВТ РАН, г. Махачкала). Он подготовил по этой теме семь кандидатов и двух докторов наук.

Выводы

1. В России подготовка аспирантов по ВИЭ в 2021 году велась в семи вузах и одним научным учреждением РАН в количестве 83 человек, что при планируемой ежегодной аттестации до 15 человек явно недостаточно. Только бакалавров и магистров по специальности «Электроэнергетика и электротехника» в стране готовят 50 вузов. В 2021-м эксплуатировались 69 сетевых СЭС, 22 сетевых ВЭС, более десяти заводов по производству фотоэлектрических модулей и оборудования ветроэнергетики.

2. За последние 23 года в шести диссертационных советах были защищены 13 докторских диссертаций по возобновляемой энергетике. Их количество за последние четыре года (срок действия диссоветов) уменьшилось вдвое. По числу защит в области ВИЭ лидировала отменённая в 2022 году научная специальность 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии» (109 диссертаций). Отмена этой специальности выполнена без должной дискуссии, в том числе с ожидаемым участием ведущих учёных по возобновляемой энергетике.

3. Лидерами по числу защит являются НИУ «МЭИ», «ФНАЦ ВИМ» и СПбПУ, а по тематике: солнечная энергетика, комплексы ВИЭ, гидроэнергетика и ветроэнергетика. В постсоветское время темы диссертаций в основном определяются научной специализацией руководителей. Так, в работах «ФНАЦ ВИМ» преобладала солнечная энергетика. Подавляющее их большинство были выполнены под руководством крупнейшего учёного по фотоэнергетике, академика РАН, д.т.н., профессора Д. С. Стребкова.

4. За последние 23 года в шести диссоветах были защищены 13 докторских диссертаций по ВИЭ. Из них больше всего в «ФНАЦ ВИМ» — шесть. Преобладала тема использования комплекса ВИЭ — восемь работ. По ветроэнергетике были защищены три диссертации. Такое количество подготовленных докторов наук крайне малó, если учесть, что в России 15 кафедр готовят бакалавров и магистров по ВЭ. Тематика диссертаций должна основываться на научной концепции развития возобновляемой энергетики, в разработке которой определяющую роль должна играть РАН.

5. По результатам 20-летнего анализа защищённых кандидатских и докторских диссертаций установлены их руководители, подготовившие трёх и более учёных. В числе лидеров: д.т.н., профессор С. Е. Щеклеин (УрФУ); д.т.н., профессор М. Г. Тягунов (НИУ «МЭИ»), д.т.н., профессор В. В. Елистратов (СПбПУ); д.т.н., профессор И. М. Кирпичникова (ЮУрГУ).

Источник

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь