Арктическая станция «Снежинка»

О проекте

Международная арктическая станция «Снежинка» создается по инициативе Московского физико-технического института (национальный исследовательский университет).

МАС «Снежинка» — круглогодичный и полностью энергетически автономный комплекс, создаваемый на базе возобновляемых источников энергии и водородной энергетики.

Цель – тестирование и демонстрация природосберегающих технологий жизнеобеспечения, робототехники, телекоммуникаций, медицины, биотехнологий, новых материалов, решений с искусственным интеллектом.

Технико-экономические показатели МАС «Снежинка»:

Площадь участка (м2): 32,2 га
Вместимость (человек): 80
Общая площадь зданий (м2): 10200
Строительный объем зданий (м3): 49900

Станция состоит из двух основных комплексов: Главного и Технологического

Главный комплекс

4-х этажное здание из 7 корпусов купольного типа различного назначения. Корпуса расположены на равном удалении от центрального корпуса таким образом, что в плане образуют вписанный шестиугольник
и напоминают форму снежинки. Периметральные корпуса соединены с центральным корпусом отапливаемыми коридорами-переходами в уровне второго этажа.

• Центральный корпус (главный холл, гардеробная, медпункт, досуговая зона, кафетерий);
• Общественно-функциональный корпус (столовая, кухня, зона активного досуга, сауны, массажная);
• Два лабораторно-исследовательских корпуса (физические лаборатории);
• Административно-бытовой корпус на 20 человек (кабинеты, стоматология, номера проживания персонала);
• Два корпуса общежития для студентов на практике и командированных научных сотрудников на 30 мест (комнаты временного проживания, постирочная, комната приёма пищи).

Главный комплекс – это:

2-х этажное здание, предназначенное для размещения:

• Энергетических установок;
• Систем инженерного обеспечения работы станции;
• Электротехнической лаборатории;
• Испытательного полигона экспериментальной инженерии;
• Мастерских различного назначения, в т.ч. хранения, ремонта и обслуживания беспилотных летательных аппаратов и вездеходной техники.

Технологический комплекс

• Ветропарк (комплекс ветроэнергоустановок) суммарной мощностью до 1050 кВт;
• Солнечная электростанция (СЭС) суммарной мощностью до 300 кВт;
• ЭХГ ПОМТЭ (электрохимический генератор на основе топливных элементов с протонообменной мембраной с жидкостным теплообменником) – энергоустановки суммарной электрической мощностью до 500 кВт для энергоснабжения Главного и Технологического комплексов;
• Тепловые насосы мощностью до 1000 кВт для обогрева/охлаждения корпусов Станции за счет энергии водоема, расположенного рядом со станцией;
• Комплекс ресиверов водорода и азота – в арктическом исполнении для длительного хранения энергии в водородном цикле общей емкостью не менее 1200 куб. м. и ресиверы азота общей емкостью не менее 40 куб. м;
• Система водородопроводов для транспортировки водорода от электролизной станции в ресиверы водорода и далее в Технологический комплекс, для организации электро- и теплоснабжения с помощью энергоустановок ЭХГ ПОМТЭ;
• Накопители энергии на базе литий-ионных технологий – система накопления энергии на базе литий-ионных технологий общей энергоемкостью до 2500 кВт/ч для оперативного резервирования избыточной электроэнергии ВЭУ и СЭС, а также опорно-балансирующего регулирования.

Географическое расположение Станции

Земельный участок расположен в Приуральском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, Российская Федерация, в зоне Полярного Урала.

Энергообеспечение за счёт энергии ветра и солнца «Зелёный режим»

«Зелёный режим» работы станции предполагает получение электроэнергии от природных возобновляемых источников, таких как ветряные и солнечные энергоустановки.

Мощности расположенных на станции установок с избытком хватит на все потребности в электричестве для полноценного функционирования станции.

Также энергия будет направляться на постоянное поддержание полного заряда большой группы литий-ионных аккумуляторов.

Помимо того, от «зелёной» энергии будет запитано производство энергии «голубой». То есть, избытки энергии от солнца и ветра пойдут на производство и хранение чистого водорода для дальнейшего использования в качестве альтернативного источника электроэнергии.

Энергообеспечение водородным топливом «Голубой режим»

«Голубой режим» работы станции предполагает получение электроэнергии из ранее запасённого водорода.

Накопленный в ресиверном газохранилище водород поступает на группу электрохимических генераторов.

В безветренную погоду при помощи ЭХГ (электрохимический генератор) вырабатывается количество электроэнергии, достаточное для поддержания жизнеобеспечения и основного функционала станции. В том числе подача электропитания на тепловые насосы, отвечающие за теплоснабжение станции.

Таким образом предполагается обеспечение перманентной энергетической независимости станции от погодных условий.

Ветроэнергоустановки

Одним из основных добывающих компонентов системы энергоснабжения будут две группы ветроэнергоустановок (ВЭУ).

ВЭУ работает в автоматическом режиме и преобразует кинетическую энергию ветра в электрическую.

Модификация применяемых установок позволяет эксплуатировать их в экстремальных режимах Арктики, с учётом порывистого ветра и обледенения лопастей.

ВЭУ относится к экологически чистым производством и не имеет существенных негативных факторов воздействия на окружающую среду.

Суммарная мощность ВЭУ для электроснабжения МАС «Снежинка» 1050 кВт

Солнечная электространция

Целью строительства солнечной электрической станции (СЭС) является использование солнечного света, преобразуемого с помощью фотоэлектрических модулей в электрическую энергию.

Технологическая схема СЭС предусматривает применение оборудования:

- фотоэлектрических модулей,
- инверторов стрингового типа.

Предусматривается СЭС установленной мощностью 308кВт

Для выработки требуемой электрической мощности расчетом определена необходимость размещения на данном земельном участке 560 фотоэлектрических модуля

Для преобразования постоянного тока от панелей в переменный предусмотрено применение 3 инверторов

Отопление и обеспечение теплотой. Тепловые насосы

В связи с полной автономностью объекта и задачей максимальной экономии энергии в Арктических условиях для нужд отопления и горячего водоснабжения принято использование тепловых насосов суммарной мощностью 750 кВт.

Тепловые насосы используют постоянный уровень плюсовой температуры на дне водоёма в качестве источника тепла. К примеру, на обогрев одного купола площадью 650 м² достаточно 8 кВт теплоты, на подогрев приточной вентиляции в холодное время года в том же куполе тратится около 60 кВт теплоты.

Тепловые насосы экономнее традиционных электрических котлов в 2,5-3 раза.

В соответствии с нормативами предусматривается установка резервных электрических котлов.

Генерация водорода. Электролиз

В качестве альтернативного источника энергии будет использоваться водород.

С этой целью планируется строительство электролизной станции. В которой организуется площадка производства водорода методом электролиза специально подготовленной деионизированной воды.

Подготовка воды для электролиза производится в отдельном помещении технологического комплекса.
Принцип действия электролизных модулей основан  на применении электрохимического способа производства водорода методом электролиза воды под давлением.

Электролизные модули производят водород и кислород путем электролитической диссоциации молекулы воды.

Молекула воды под действием электрического потенциала распадается на газообразный водород и кислород.

Накопление и хранение водорода. Ресиверный парк

Накопление и хранение водорода, как бессрочного источника энергии, является одним из приоритетов работы станции. Для этого организуется площадка ресиверного хранения водорода и азота.

Ресиверы водорода предназначены для приема, накопления, хранения и выдачи сжатого водорода, используемого в качестве топлива в энергоустановке на водородных электрохимических генераторах.

Ресиверы азота предназначены для продувок системы водородопроводов и технологического оборудования с водородом.

Комплекс ресиверов водорода включает в себя 24 ресивера суммарным объемом 42 000 нм3.

При этом номинальная выдача составит 554,4 нм3/ч в течение не менее трех суток

 

Контактная информация

Институт арктических технологий МФТИ

141701, Московская облаcть, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9

Сайт проекта: https://arctic-mipt.com/

e-mail:  arctic@mipt.ru