В настоящий момент в России 11 вузов и один научный центр Российской академии наук (ФНАЦ «ВИМ») готовят специалистов с высшим образованием по специальности «Нетрадиционная и возобновляемая энергетика». Только в 2021 году было выпущено более 300 специалистов. В шести вузах и одном учреждении РАН работали аспирантуры по подготовке специалистов высшей квалификации по возобновляемой энергетике, в четырёх из них действовали диссертационные советы по этой специальности.
Развитие возобновляемой энергетики (ВЭ) является одним из ведущих трендов мировой энергетики. По данным Международного экспертного сообщества по возобновляемым источникам энергии (REN21), суммарная установленная мощность мировой электрогенерации на ВИЭ в 2020 году достигла 2635 ГВт, а выработка электрической энергии составила 8563 ТВт·ч/год. Суммарная установленная мощность мировой теплогенерации на ВИЭ в 2020-м достигла 609 ГВт с выработкой тепловой энергии 5014 ТВт·ч/год. Возобновляемая энергетика во всём мире превратилась в масштабный, быстро развивающийся сегмент энергетического рынка, в котором заняты миллионы людей, а подготовка специалистов для него осуществляется ведущими мировыми учебными учреждениями.
В России ВЭ представлена в основном электрогенерацией на основе гидравлических, сетевых СЭС и ВЭС, а теплогенерация — котлами на биомассе.
По итогам 2021 года суммарное значение установленной мощности электрогенерации на ВИЭ в нашей стране, включая большую гидроэнергетику, составило 53,44 ГВт (выработка электрической энергии — 215,39 ТВт·ч/год), в том числе ГЭС — 49,85 ГВт (209,52 ТВт·ч/год), ВЭС — 1,94 ГВт (3,3 ТВт·ч).
Установленная мощность сетевых СЭС в России достигла 1,65 ГВт с выработкой электрической энергии 1,9 ТВт·ч/год, работали тысячи автономных ветродизельных и ветросолнечных энергокомплексов общей мощностью 32,7 МВт. В РФ налажено производство фотоэлектрических модулей (ФЭМ), инверторов, опорных конструкций СЭС. Солнечное теплоснабжение страны, по экспертным данным, имеет установленную мощность 70 МВт.
Российская ветроэнергетика также развивается относительно быстрыми темпами. Суммарная установленная мощность сетевых ВЭС составила 1,94 ГВт при выработке электрической энергии 3,3 ТВт·ч/год. На заводах шести отечественных компаний было локализовано производство ветроэнергетических установок мегаваттного класса единичной мощностью 2,5–3,45 МВт. Малые ветроэнергетические установки мощностью менее 50 кВт в России работают в основном в изолированных энергосистемах.
Малая гидроэнергетика (МГЭС мощностью до 50 МВт) в РФ имела суммарную установленную мощность 1,182 ГВт. В нашей стране налажено производство основного оборудования МГЭС.
Геотермальная энергетика России имеет масштабную ресурсную базу (33 водяных и четыре пароводяных месторождения) с годовой добычей 35 млн м³/год геотермальной воды и 13 млн т/год пароводяной смеси в 2020 году. Суммарная установленная мощность трёх эксплуатируемых геотермальных электростанций (ГеоЭС) составила 74 МВт с выработкой электрической энергии 422 ГВт·ч/год. ГеоЭС оснащены в основном оборудованием отечественных производителей. Общая тепловая мощность установок геотермального теплоснабжения — 100 МВт, выработка ими тепловой энергии достигает 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.
Востребованность возобновляемой энергетики определяется в основном экономическими условиями страны и формализуется в виде законов, программ и соответствующего финансирования. Полная обеспеченность России ископаемыми энергоресурсами обусловила отсутствие федерального закона об использовании ВИЭ, государственной стратегии развития и, как следствие, целевого финансирования. Действующая программа развития ВЭ до 2035 года в объёме 12 ГВт (в 3,5 раза больше, чем в 2021-м) утверждена распоряжением Правительства РФ от 1 июня 2021 года №1446 (план ДПМ ВИЭ 2.0) и предполагает финансирование сооружения только СЭС, ВЭС и малых ГЭС за счёт тарифов на электроэнергию. Программные документы развития теплогенерации на основе возобновляемых источников энергии отсутствуют.
Для эксплуатации энергоустановок на основе ВИЭ требуются бакалавры, а для проектирования и производства оборудования — магистры. Наиболее компетентные из них получают высшее научное образование в аспирантурах и после защиты диссертаций пополняют штаты преподавателей вузов и сотрудников научно-исследовательских институтов.
В 2021 году в России отсутствовали данные о численности специалистов в области возобновляемой энергетики и об их перспективной востребованности.
Финансирование образования по ВЭ в настоящее время осуществляется в рамках бюджетных средств каждого вуза и фактически зависит от инициатив их руководителей и заведующих кафедр. Софинансирование образования по ВЭ в ограниченных объёмах обеспечивают ПАО «РусГидро» и ПАО «Роснано». Достижения вузов в подготовке кадров для возобновляемой энергетики во многом определяются личностями руководителей кафедр, научно-образовательных центров и традициями российских научных школ.
Общая характеристика образовательных центров в сфере возобновляемой энергетики
Структура образования в области возобновляемой энергетики определяется запросами общества, производства, степенью вовлечения ВЭ в мировую экономику. В России сложилась трёхуровневая структура. Основы данного вида энергетики дети изучают в энергоклассах кванториумов более чем в 130 городах страны. Высшее образование (подготовка бакалавров, магистров) по ВИЭ получают студенты некоторых гуманитарных университетов и технических вузов по программам, утверждённым каждым из них. Научные кадры высшей квалификации готовят в аспирантурах как вузов, так и научных учреждений.
Углублённую подготовку специалистов по ВЭ ведут основные энергетические вузы страны. Наибольшее в стране количество специалистов (144) в 2021 году подготовили Московский энергетический институт (НИУ «МЭИ») и Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ). При этом НИУ «МЭИ» специализируется на подготовке проектировщиков, а СПбПУ — на подготовке строителей объектов ВИЭ. В 2021 году в аспирантурах этих вузов по линии ВЭ обучалось 24 человека, в том числе восемь иностранцев. Подготовку бакалавров по профилю «Возобновляемые источники энергии» ведёт также Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ).
В семи федеральных и национальных университетах России велась подготовка бакалавров (по специальности 13.03.02) и магистров (13.04.02) по направлениям «Электроэнергетика и электротехника» по профилям «Энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии», «Возобновляемые источники энергии», «Комплексное использование возобновляемых источников энергии», «Энергетические установки, электростанции на базе традиционных и возобновляемых источников энергии», «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», а Ульяновский государственный технический университет в 2021 году выпустил 25 первых в стране бакалавров (13.03.01) по направлению «Теплоэнергетика и теплотехника» по профилю «Ветроэнергетические системы и комплексы».
Почти 35-летний опыт обучения в сфере возобновляемой энергетики накоплен в ведущем вузе нашей страны — Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова (МГУ), в том числе в Научно-исследовательской лаборатории ВИЭ на географическом факультете МГУ.
Подготовка научных специалистов высшей квалификации в области возобновляемой энергетики ведётся в аспирантурах шести вузов и одного учреждения РАН. В четырёх из них работали специализированные диссертационные советы по профилю 05.14.08 «Энергоустановки на основе ВИЭ». В 2021 году в них обучались 78 человек, в том числе 21 иностранец.
Московский энергетический институт
Подготовка специалистов по гидроэнергетике в Московском энергетическом институте (НИУ «МЭИ») была начата ещё в 1930-х годах. В 1998–2013 годах большой вклад в развитие ВЭ внёс заведующий кафедрой ВИЭ, д.т.н., профессор Владимир Иванович Виссарионов (1939–2014). По числу подготовленных кандидатов наук (45 диссертаций) он — безусловный лидер. Его творческое наследие включает несколько учебников и методических пособий, в основном по гидроэнергетике и комплексному использованию ВИЭ, 310 научных статей и 17 монографий.
Образовательные программы и исследования по возобновляемой энергетике в данном вузе в 2021 году велись на кафедре «Гидроэнергетика и ВИЭ», возглавляемой к.т.н., доцентом Татьяной Александровной Шестопаловой, в Научно-техническом инновационном центре энергосберегающих технологий и техники (НТИЦ ЭТТ) под руководством д.т.н., профессора Евгения Геннадьевича Гашо и на кафедре «Теоретические основы теплотехники» по солнечному теплоснабжению под руководством д.т.н., профессора Бориса Ивановича Казанджана. В НИУ «МЭИ» велась подготовка бакалавров (13.03.02) по направлению «Электроэнергетика и электротехника» по профилям «Энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии» (в 2021 году выпущено 22 человека) и «Гидроэлектростанции» (в 2021-м выпущено 22 человека), а также магистров (13.04.02) по направлению «Электроэнергетика и электротехника» по названным профилям (в 2021 году выпущено 19 и 13 человек, соответственно).
Кафедра «Гидроэнергетика и ВИЭ» сотрудничает с самой большой по объёмам использования возобновляемой энергетике в РФ компанией ПАО «РусГидро» и располагает учебно-экспериментальными ветроэлектроустановками с агрегатами двух типов и автоматической метеостанцией. Энергетический учебный комплекс (фотоэлектрическая станция и тепловая гелиоустановка), геотермальные зонды с тепловыми насосами интегрированы в системы инженерного обеспечения здания НОЦ «Износоустойчивость» НИУ «МЭИ» и позволяют изучать работу ВЭ в реальных условиях.
Помимо макетов солнечно-дизельного и ветродизельного комплексов кафедра располагает компьютерными классами для обучения основам ВIМ-проектирования энергоустановок, а также программного обеспечения интеллектуальных сетей Smart Grid для ВИЭ.
На кафедре «Гидроэнергетика и ВИЭ» проводятся научно-исследовательские работы по гидроэнергетике, ветроэнергетике, солнечно-дизельным электростанциям. Из выполненных научных работ следует отметить труды по исследованиям проточной части гидротурбин, бесплотинной МГЭС со встроенной осевой турбиной, подземной гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) тоннельного типа, оптимизации управления ВЭУ в централизованных и децентрализованных энергосистемах, управлению каскадами крупных ГЭС, МГЭС и ГАЭС. По результатам этих работ с 2016 по 2022 годы опубликованы 185 статей, в том числе по гидроэнергетике — 30, по ветроэнергетике — 25, по солнечной энергетике — 11. Из последних монографий следует отметить учебное пособие Г. В. Дерюгина и Е. В. Игнатьева [2], книгу ведущего российского специалиста д.т.н. П. В. Илюшина [3] по интегрированию возобновляемой энергетики в энергосистемы. В монографии д.т.н., профессора Е. Г. Гашо [4] представлены результаты анализа европейского опыта эксплуатации ВЭ в объединённой системе, а также описано состояние и перспективы развития водородной энергетики. В работах [5, 6] представлены результаты эксплуатации в России энергоустановок с использованием ВИЭ. Сотрудниками кафедры «Гидроэнергетика и ВИЭ» за последние три года получены девять патентов на изобретения в сфере возобновляемой энергетики.
Подготовка научных кадров высшей квалификации в НИУ «МЭИ» осуществляется в аспирантуре по научному направлению 14.06.01 «Ядерная, тепловая, возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии». В 2021 году здесь обучались 18 аспирантов, в том числе шесть иностранцев.
Диссертационный совет НИУ «МЭИ» работал по специальностям 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии» и 05.14.13 «Гидравлические машины и гидропневмоавтоматы», его возглавлял д.т.н., профессор Михаил Георгиевич Тягунов. Он специализируется в области системного анализа процессов и систем управления энергетическими объектами, опубликовал 200 работ, является автором и научным руководителем образовательной программы «Производственный менеджмент и управление проектами», автор ряда методических материалов для дистанционного обучения специалистов, обучающихся в рамках Государственного плана подготовки управленческих кадров для организаций народного хозяйства РФ, в том числе совместно с специалистами из Германии, а также автор и участник образовательных программ высшего и дополнительного профессионального образования в области управления процессами и проектами, участник нескольких международных проектов по образованию в энергетическом секторе.
НОЦ «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» СПбПУ
Основы системной подготовки кадров и отечественной школы гидроэнергетики в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (Политех, СПбПУ) были заложены ещё в 1921 году, когда профессором А. А. Морозовым на инженерно-строительном факультете Политехнического института была образована кафедра «Утилизация водных сил», в дальнейшем переименованная в кафедру «Использование водной энергии» (ИВЭ), где обучались студенты-гидроэнергетики. Кафедра выпускала инженеров-гидротехников до 1973 года, после чего начала осуществлять выпуск инженеров-гидроэнергетиков с правом производства общестроительных работ. В 1995-м, в связи с увеличением интереса к развитию альтернативных и возобновляемых видов энергии, произошло переименование кафедры, получившей название «Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетики» (ВИЭГ).
Заведующим кафедрой ИВЭ-ВИЭГ с 1976 по 1999 годы являлся д.т.н., профессор, академик РАН Юрий Сергеевич Васильев. В 1995-м была получена лицензия на подготовку инженеров по специальности «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (НВИЭ) и началась подготовка в двух группах по специальности «Гидроэлектроэнергетика и НВИЭ», а с 2001-го — только по НВИЭ.
Заведующим кафедрой ВИЭГ с 1999 по 2013 годы являлся д.т.н., профессор, заслуженный энергетик РФ Виктор Васильевич Елистратов. Стратегический принцип подготовки специалистов в области гидроэнергетики и ВИЭ в СПбПУ на протяжении многих лет опирался на понимание того, что объект возобновляемой энергетики является уникальным природно-техническим комплексом, поэтому выпускник по этой специальности должен обладать системными знаниями и широким политехническим образованием, позволяющим объединить базовую физико-математическую подготовку, технические и технологические дисциплины, а также знания в смежных областях — электроэнергетики, строительства, экологии и экономики.
В связи с реорганизацией структуры обучения в университете и слиянием нескольких кафедр научно-методическое обеспечение в подготовке кадров по ВИЭ взял на себя образованный в 2005 году Научно-образовательный центр «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» (НОЦ ВИЭ). Научным руководителем Центра является академик Ю. С. Васильев, а директором — д.т.н., профессор В. В. Елистратов. В состав НОЦ входит отделение «Технологии и преобразование энергии ВИЭ» и учебно-научная лаборатория «Информационные технологии в энергетике».
Направления научной деятельности НОЦ ВИЭ: разработка научно-технических и технологических основ проектирования, исследования водно-энергетических режимов и потенциала больших и малых ГЭС с учётом изменения климата. Цифровые технологии расчёта и проектирования арктических энергетических сооружений и энергокомплексов на основе ВИЭ для реальных природно-климатических условий территории с использованием современных программных средств расчёта и моделирования.
В Инженерно-строительном институте (ИСИ) СПбПУ при методическом обеспечении НОЦ «ВИЭ» ведётся подготовка в области строительства объектов энергетики по профилю бакалавров и специальности магистратуры «Гидротехническое и энергетическое строительство». В 2022 году было подготовлено 36 бакалавров и 16 магистров. С 2023 года в ИСИ впервые в России лицензирована сетевая магистерская программа «Проектирование объектов возобновляемой энергетики с использованием цифровых технологий», дающая возможность получить выпускникам диплом магистра по направлениям «Строительство» и «Энергетика и электротехника», то есть присваивается квалификация «строитель-энергетик», что значительно расширяет спектр трудоустройства выпускников.
В связи с реформой в 2021 году специальностей ВАК и созданием специальности 2.4.5 «Энергетические системы и комплексы», в которую включена специальность 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии», в СПбПУ образован диссертационный совет У2.4.5.45, который возглавил д.т.н., профессор В. В. Елистратов. В 2021 году в аспирантуре СПбПУ по специальности 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии» обучались шесть человек, в том числе два иностранца.
Лабораторная база НОЦ содержит: автономный энергокомплекс в составе фотоэлектрической установки (2 кВт) и ветроагрегата (2 кВт) с горизонтальной осью вращения и системами мониторинга, аккумулирования и резервного электропитания; учебно-демонстрационная система теплоснабжения с тепловым насосом и аккумулятором (5 кВт); гелиосистема с вакуумированными тепловыми коллекторами площадью 4 м²; установка дистанционного зондирования ветрового потока SODAR WindExplorer; экспериментальный стенд для исследований параметров и режимов работы гибридного ветроэлектрического энергокомплекса, включающего: имитатор ветроагрегата (5 кВт), дизель-генераторную установку (16 кВт), АКБ, управляемую балластную нагрузку, интеллектуальную САУ.
За время существования НОЦ с 2005 по 2022 годы выполнены НИОКР на сумму более 150 млн руб. В 2020–2022 годах в рамках созданного в СПбПУ научного центра «Передовые цифровые технологии» под руководством В. В. Елистратова выполняется проект «Цифровые технологии создания арктических энергетических сооружений с применением адаптированных материалов нового поколения и роботизированных систем».
Сотрудниками центра опубликовано более 200 научных работ по ВИЭ, 16 монографий, в том числе монографии [8–10], 20 учебных пособий, в том числе изданное в 2022 году пособие на двух языках [11], получены 15 патентов.
Кафедра «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» ЮУрГУ
Кафедра «Электротехника и возобновляемые источники энергии» Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) была создана в 2007 году, а с 2016 года, в связи с реформированием структуры университета, кафедра называется «Электрические станции, сети и системы электроснабжения» (ЭССиСЭ).
В её составе — Лаборатория ВИЭ, Международный инновационный центр «Альтернативная энергетика», Центр коллективного пользования «Ветроэнергетика».
Кафедрой ЭССиСЭ заведовала д.т.н., профессор Ирина Михайловна Кирпичникова. Темой её докторской диссертации являлась электронно-ионная технология очистки воздуха. И. М. Кирпичникова ведёт научно-прикладные исследования, в том числе по защите солнечных модулей от запыления. За последние три года она опубликовала 74 статьи и монографии по ВИЭ и получила 15 патентов, приняла участие в 11 международных и более 20-ти российских научных конференциях, подготовила к защите десять кандидатов наук, в том числе трёх по ВИЭ, и одного доктора технических наук по ветроэнергетике.
Кафедра вела подготовку бакалавров (13.03.02) и магистров (13.04.02) по направлению «Электроэнергетика и электротехника», бакалавров по профилю «Возобновляемые источники энергии» (в 2021 году выпущено 15 человек) и 16 магистров по профилю «Комплексное использование возобновляемых источников энергии». Исходя из опыта ЮУрГУ, для подготовки квалифицированных специалистов по возобновляемой энергетике необходимы программы обучения бакалавров продолжительностью четыре года, включающие теоретические занятия (не менее 2100–2200 ч, в том числе 50% времени должно быть отведено на лабораторные работы и исследования), а также производственную практику (100–150 ч). Для подготовки магистров предусмотрено два года обучения, что подразумевает 1250–1270 ч теоретических занятий, в том числе 100–170 ч лабораторных работ и исследований, а также не менее 300 ч производственной практики.
Учебно-исследовательская лаборатория «Возобновляемая энергетика» представлена лабораторными комплексами и стендами, а также виртуальными исследовательскими комплексами с модулями по отдельным видам ВЭ. Все стенды и комплексы выполнены по методическим разработкам и учебным пособиям преподавателей кафедры и изготовлены в Челябинске при помощи ООО «НПП «Учтех-Профи». Это ведущий в России производитель по учебным комплексам ВИЭ, который изготовил 20 тыс. единиц учебных пособий.
Помимо лабораторий кафедра располагает Центром коллективного пользования «Ветроэнергетика» Международного инновационного центра (МИЦ) «Альтернативная энергетика», на полигоне которого имеется ВЭУ с вертикальной осью вращения и метеостанцией. МИЦ — одна из ведущих научных организаций России по ветроэнергетике, здесь разработаны новые цифровые системы ориентации крупных ВЭУ, многоярусные вертикально-осевые ВЭУ и интеллектуальные системы управлениям ими, в том числе с элементами искусственного интеллекта на основе нечёткой логики и нейросетей. Обучение в аспирантуре проводилось по специальности 05.09.03 «Электрические комплексы и системы». В 2021 году здесь обучалось 16 человек. За последние пять лет (2017–2022) учёными и сотрудниками кафедры опубликованы 133 работы: из них 75 работ проиндексированы в международных базах данных рецензируемой научной литературы Scopus и Web of Science, а 58 работ опубликованы в журналах по перечню ВАК, получены 16 патентов, сотрудники кафедры приняли участие в российских научных конференциях и опубликовали более 100 докладов, издано десять методических пособий. Основные значимые публикации — работы [12–14].
Кафедра имеет многолетний опыт сотрудничества с зарубежными университетами: Чешским техническим университетом (ČVUT); американскими Университетом штата Невада (University of Nevada), Калифорнийским университетом (The University of California) и Государственным университетом Сономы (Sonoma State University); Университетом Кадиса (Universidad de Cádiz, Испания); Лаппеенрантским технологическим университетом (Lappeenranta University of Technology, Финляндия); Александрийским (Alexandria University) и Даманхурским (Damanhour University) университетами (Египет); Сюйчанским университетом (Xuchang University) в Китае.
Лаборатория возобновляемых источников энергии МГУ
Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии (НИЛ ВИЭ) была основана в 1988 году на географическом факультете Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ) для междисциплинарных исследований научных проблем ВИЭ. Со дня основания до 2007 года Лабораторией руководил д.ф.-м.н. Вячеслав Викторович Алексеев (1940–2007), инициатор развития возобновляемой энергетики. Он первым в СССР разработал метод анализа затрат энергии, в том числе возобновляемой, на производство конечной продукции с составлением отраслевых и межотраслевых энергетических балансов. Идеи В. В. Алексеева с 2007 по 2020 годы успешно развивал д.ф.-м.н. Александр Алексеевич Соловьёв (1943–2020). В настоящее время Лабораторией руководит выпускница физического факультета МГУ, к.ф.-м.н. Софья Валентиновна Киселёва, специализирующаяся на оценке ресурсов ВИЭ, образовании по ВИЭ, моделировании динамических процессов в океане. Она опубликовала более 200 работ, 13 книг, получила ряд патентов.
Основные научные направления работы Лаборатории — методы оценки и картографирования ресурсов ВИЭ, экономика возобновляемой энергетики, экспериментальное исследование функционирования систем солнечной энергетики. По числу публикаций и широте экономических исследований электрогенерации на основе ВИЭ, в том числе оценке рисков и особенностей инвестиционных процессов, выделяется к.г.н. Л. В. Нефёдова. Экономической географией и экономикой ВИЭ занимаются к.г.н. К. С. Дегтярёв и М. Ю. Берёзкин, к.э.н. О. А. Синюгин, экологическими и климатическими аспектами использования ВИЭ — к.г.н. А. М. Залиханов. Ведущий специалист лаборатории в области картографирования энергоресурсов и геоинформационного обеспечения их исследований и использования — к.г.н. Ю. Ю. Рафикова. Проблемами энергетического использования биоресурсов занимаются к.б.н. Т. И. Андреенко и Н. И. Чернова.
Лаборатория МГУ — одна из немногих, которая выполняет в Российской Федерации исследования по проблемам водорослевой биоэнергетики. Создана и поддерживается коллекция энергетических культур микроводорослей, разработаны, запатентованы и апробированы технологии их крупномасштабного производства. В последние годы совместно со специалистами Объединённого института высоких температур РАН (ОИВТ РАН) разработаны технологии получения из микроводорослей жидкого биотоплива (бионефти) методом гидротермального сжижения. Ведущим специалистом Лаборатории по этому направлению является к.б.н. Н. И. Чернова. Важным научным результатом работы лаборатории является разработка и апробация (совместно со специалистами ОИВТ РАН) веб-версии ГИС «Возобновляемые источники России», содержащей интерактивные карты ресурсов ВИЭ, объектов электрогенерации на основе ВИЭ на территории РФ, методики расчётов ресурсов возобновляемой энергетики и результатов моделирования работы энергообъектов.
В Лаборатории имеется следующее лабораторное оборудование: экспериментальные стенды для анализа характеристик работы фотоэлектрических модулей; автономных (мощность до 600 Вт) и сетевых (3 кВт) солнечных энергоустановок, снабжённых измерительной аппаратурой, в том числе пиранометрами Kipp & Zonen CMP3, системами непрерывного сбора данных; установки для апробации технологий крупномасштабного культивирования микроводорослей; коллекция микроводорослей энергетического назначения; современные приборы для микробиологических исследований (набор микроскопов); культиваторное оборудование для выращивания микроводорослей; спектрофотометры и др.
В Лаборатории проходят подготовку студенты и аспиранты географического факультета, тема работ которых связана с возобновляемой энергетикой (специальности: геоэкология и рациональное природопользование, экономическая география и др.). Идёт подготовка бакалавров и магистров географического факультета МГУ. Сотрудники Лаборатории читают учебные курсы на географическом, биологическом факультетах, в том числе о международном сотрудничестве. Несколько выпускников географического факультета работает в НИЛ ВИЭ.
Студентам естественнонаучных специальностей (география, биология) даются основы технологий возобновляемой энергетики в условиях ограниченной подготовки по физике и химии (не профилирующие предметы), что приводит к определённому упрощению излагаемого материала. В то же время компетенции студентов в области гидрологии, метеорологии и климатологии, рационального природопользования, картографии и геоинформатики позволяют им легко овладевать проблематикой оценки ресурсов ВИЭ, экономики энергетики, экологических аспектов энергетики (возобновляемой и невозобновляемой); создавать печатные и электронные карты и геоинформационные системы. Таким образом расширяется специализация и, следовательно, возможность выпускников естественнонаучных факультетов МГУ заинтересовать потенциальных работодателей.
Лаборатория ВИЭ МГУ каждые два года проводит Научные молодёжные школы «Возобновляемые источники энергии» (XIII Школа была проведена в 2022 году). С 2019 года Лаборатория издаёт журнал «Окружающая среда и энерговедение» (основное содержание — статьи по проблемам возобновляемой энергетики и смежным вопросам). Общее число монографий и пособий, опубликованных Лабораторией за последние пять лет, — 23, в том числе «Атласы ресурсов ВИЭ», учебные пособия по географии и экономике возобновляемой энергетики, картографированию ресурсов ВИЭ и другим вопросам [15–17].
Кафедра «Атомные станции и ВИЭ» УрФУ
Кафедра «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» Уральского федерального университета имени первого президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ) ведёт работу по возобновляемой энергетике с 1997 года с подготовкой бакалавров и магистров по профилю «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». Руководит кафедрой с 1987 года д.т.н., профессор Сергей Евгеньевич Щеклеин, выдающийся специалист в области теплофизики, процессов и оборудования атомных электростанций и ВИЭ, автор 450 научных работ, в том числе трёх монографий, 80 авторских свидетельств и патентов. Его усилиями создан коллектив уникальной Белоярской АЭС с натриевым теплоносителем в активном контуре. Он является руководителем подготовки инженеров по специальности «АЭС: эксплуатация, проектирование, инжиниринг», магистров по специальности «Энергетические установки и электростанции на базе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии». Им подготовлено более 300 специалистов, в том числе 23 кандидата и доктора технических наук. Сергей Евгеньевич — руководитель ведущей научной школы России «Проблемы безопасности и эффективности АЭС». Общая численность сотрудников кафедры — 48 человек, в том числе 14 специалистов по ВИЭ.
Научными результатами работы кафедры в области ВЭ являются: разработка и сооружение полигона ВИЭ «Энергоэффективный сельский дом» с ветровой, солнечной, биогазовой электрогенерацией, солнечной тепловой установкой и тепловыми насосами; разработка и натурные испытания новых отечественных солнечных коллекторов и сравнение их характеристик с зарубежными конструкциями ведущих производителей; исследование гидротехнического потенциала Свердловской области и проектирование МГЭС мощностью 200 кВт. Кафедра оснащена следующим оборудованием, размещённым в лаборатории и на натурном полигоне: биогазовая установка, ветроэнергетические установки трёх конструкций, солнечные коллекторы (плоские и вакуумные, отечественных и зарубежных производителей), фотоэлектрические станции двух типов, тепловой насос, низкотемпературный топливный элемент.
Основные результаты работы кафедры обобщены в учебниках, патентах, статьях в научно-технических журналах. С 2005 по 2021 годы сотрудниками кафедры получены 52 патента на изобретения и полезные модели, в том числе по ветроэнергетике — 12, по биоэнергетике — девять; по гидроэнергетике — восемь; по солнечной энергетике — пять. С. Е. Щеклеиным и сотрудниками кафедры с 2013 по 2021 годы опубликовано по тематике ВИЭ 82 научно-технических статьи, в том числе 46 в зарубежных изданиях.
С 2020 года в Екатеринбурге регулярно проводятся «Даниловские чтения», посвящённые с 2015 года известному учёному, д.т.н., профессору Н. И. Данилову (1945–2015), а также олимпиады студентов и аспирантов, научно-технические конференции студентов и молодых учёных, выставки достижений в энергосбережении и использовании ВИЭ. Эти мероприятия имеют три основных номинации, в частности — «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии».
При этом впервые в России на научно-техническиой олимпиаде проводится конкурс разработок студентов, в том числе по ВИЭ, по состоянию на 1 декабря 2021 года издано 15 сборников трудов конференций. Очередное такое мероприятие состоялось 13–17 декабря 2021 года и было посвящено 60-летию кафедры «Атомные станции и возобновляемые источники энергии» УрФУ.
С 2014 года при кафедре работает Научная лаборатория «Евроазиатский центр возобновляемой энергетики и энергосбережения», при которой обучаются 15 аспирантов, а в 2019-м начал работу диссертационный совет по специальности 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии». Из девяти учебников и методических пособий кафедры следует выделить работы [18, 19].
Кафедра «Ветроэнергетические системы и комплексы» УлГТУ
Единственная (в 2022 году) российская специализированная кафедра «Ветроэнергетические системы и комплексы» Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ) была организована в 2017 году к.т.н., доцентом Русланом Владимировичем Фёдоровым. В 2011-м он защитил кандидатскую диссертацию по математическому моделированию и численному анализу эффективности плёночного охлаждения поверхности, обтекаемой высокоскоростным потоком. За последние пять лет им опубликованы три работы в журналах, цитируемых в Scopus и Web of Science.
Кафедра ведёт подготовку бакалавров (13.03.01) по специальности «Теплоэнергетика и теплотехника» по профилю «Ветроэнергетические системы и комплексы», и в 2021 году здесь состоялся выпуск первых 25 специалистов. В обучении студентов задействованы преподаватели пяти факультетов УлГТУ.
Кафедра сотрудничает с базовой кафедрой «Технологии ветроэнергетики» Ульяновского нанотехнологического центра ULNanotech Фонда инфраструктурных и образовательных программ ГК «Роснано». Лабораторное оснащение кафедры включает учебные комплексы компании ООО «НПП «Учтех-Профи», а также компаний ООО «Мицубиси Электрик (Рус)», ООО «ОВЕН» и Legrand.
Кафедра «ВИЭ, электрические сети и системы» СевГУ
Кафедра «Возобновляемые источники энергии, электрические сети и системы» Севастопольского государственного университета (СевГУ) была основана в 1998 году, с 2018 года её возглавляет д.т.н., профессор Борис Анатольевич Якимович. Здесь проводят обучение бакалавров (13.03.02) по направлению «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Нетрадиционная и возобновляемая энергетика» (в 2021 году выпущено десять человек); магистров (13.04.02) по направлению «Электроэнергетика и электротехника», профиль «Нетрадиционная и возобновляемая энергетика», аспирантов по направлению 14.06.01 «Ядерная, тепловая, возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии», профиль «Энергетические установки на основе возобновляемых видов энергии». Общая численность сотрудников кафедры — 21 человек.
Научная специализация сотрудников: д.т.н., профессор Б. А. Якимович — системный анализ и управление энергетическими системами ВЭ; к.т.н., доцент В. В. Кувшинов — солнечная энергетика [20, 21]; к.т.н. доцент П. Н. Кузнецов — фотоэнергетика, ветроэнергетика, информационно-управляющие системы СЭС; к.т.н., доцент В. В. Чебоксаров — морская ветроэнергетика; к.т.н. Н. М. Шайтор — ветроэнергетика, интеллектуальные системы электроснабжения. Актуальными направлениями научной деятельности кафедры являются: повышение энергетической эффективности солнечных энергоустановок, резонансные волновые энергоустановки, опреснение воды на основе ВИЭ.
На кафедре «Возобновляемые источники энергии, электрические сети и системы» СевГУ имеется научно-исследовательская лаборатория «Возобновляемая энергетика», полигон в микрорайоне Любимовка с вертикально-осевой энергоустановкой, ФЭУ с аккумулированием энергии, трековая ФЭУ.
В 2021 году сотрудниками кафедры опубликованы 13 работ в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science, 32 работы в РИНЦ. Налажено научное сотрудничество с университетами Италии, Польши, Словакии, Сирии.
В 2022 году в аспирантуре кафедры «ВИЭ, электрические сети и системы» СевГУ обучались 25 человек, в том числе пять иностранцев. Кафедра ежегодно организует в Севастополе секции ВИЭ на конференции «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность», студенческие конференции «Современные проблемы энергетики и экологии».
Кафедра «Электроэнергетика и электротехника» КФУ
Кафедра «Электроэнергетика и электротехника» Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского (КФУ) основана в 2000 году, возглавляет её д.т.н., профессор Эскендер Алимович Бекиров. В 2008-м он защитил докторскую диссертацию «Научно-технические способы повышения энергоэффективности источников энергии». По состоянию на 1 апреля 2022 года Э. А. Бекиров опубликовал 205 научных трудов и методических пособий, он автор 103 свидетельств и патентов, удостоен звания «Заслуженный изобретатель Украины».
В 2022 году на кафедре проводилось обучение бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника», профиль — «ВИЭ» (в 2021 году выпущено 26 человек), магистров по тому же направлению и профилю — 11. При кафедре работала аспирантура по направлению 14.06.01 «Ядерная, тепловая и возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии», профиль 05.14.08 «Энергоустановки на основе ВИЭ». Численность кафедры — 13 человек, в том числе один доктор и один кандидат технических наук. Сотрудники получили 12 патентов, в том числе четыре по ВИЭ. Д.т.н., профессор Э. А. Бекиров с соавторами опубликовали 15 книг и пособий [22, 23] в сфере ВЭ.
Лабораторное оборудование кафедры включает солнечный коллектор, модель ветроустановки мощностью 750 Вт, тепловой насос мощностью 4,5 кВт, модель солнечной электростанции.
Образовательная и научная деятельность
В 2021 году в России в 11 вузах и одном учреждении РАН велась подготовка специалистов в сфере ВЭ. Общая численность сотрудников, специализирующихся на ВИЭ в этих учреждениях, — 121 человек.
Ими были подготовлены 219 бакалавра и 108 магистра, в том числе по специальности «Электроэнергетика и электротехника по профилям ВИЭ», соответственно, 144 и 100 человек, по специальности «Теплоэнергетика и теплотехника», по профилю «Ветроэнергетические системы и комплексы» — 25 бакалавров; по специальности «Строительство», по профилям «Строительство объектов ВИЭ», «Проектирование, строительство и менеджмент объектов ВИЭ» — 40 бакалавров и восемь магистров.
Подготовку учёных высшей квалификации в аспирантурах в 2021 году по научному направлению 14.06.01 «Ядерная, тепловая, возобновляемая энергетика и сопутствующие технологии» по профилю 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии» вели семь учреждений, в которых обучались 83 человека. В четырёх указанных учреждениях работали диссертационные советы по научным специальностям 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии» (НИУ «МЭИ», СПбПУ, УрФУ, ФГБНУ «ФНАЦ ВИМ»), 05.04.13 «Гидравлические машины и гидропневмоавтоматы» (НИУ «МЭИ») и 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» (СПбПУ, ЮУрГУ).
Деятельность по подготовке кадров в сфере возобновляемой энергетики в России административно не организована. Государственные образовательные стандарты (ГОС) регламентируют содержание программ обучение по специальностям (направлениям), а подготовка по профилям ВЭ ведётся по программам, утверждёнными каждым вузом. Методическая деятельность Министерства науки и высшего образования РФ не охватывает это направление энергетики. Вузы самостоятельно объединяются для проведения конференций по ВИЭ для студентов, аспирантов и молодых учёных (МГУ, УрФУ), обмену опыта по оснащению лабораторным оборудованием (НИУ «МЭИ»).
В образовательной деятельности учреждений важное значение имеет методология, обеспеченность литературой, компьютерными программами, лабораторным оборудованием и обучающими стендами. Обзор литературы показал, что, помимо общеизвестных зарубежных источников, в России издано около 50 книг и пособий по возобновляемой энергетике. В большинстве своём они основаны на европейских источниках, учитывают специализацию вуза (гуманитарный, технический, энергетический) и опыт научной деятельности авторов. Актуально обсуждение научной общественностью этих книг, выработка рекомендаций по использованию наиболее удачных из них, создание доступной компьютерной базы источников информации.
Оснащение образовательных центров лабораторным, стендовым, полигонным оборудованием определяется финансовыми возможностями учреждения, его сотрудничеством с производственными организациями, выполнением прикладных научных исследований. Обучающие стенды, компьютерные классы по ВИЭ имеют НИУ «МЭИ», СПбПУ и ЮУрГУ. Под методическим руководством д.т.н., профессора И. М. Кирпичниковой разработаны обучающие стенды по технологиям электрои теплогенерации на основе ВИЭ, а их изготовление осуществляет компания ООО «НПП «Учтех-Профи». Стенды солнечно-дизельных и ветродизельных установок имеет НИУ «МЭИ». Полигонами с работающими СЭС, ВЭС, ТНУ, гелиоустановками оснащены СПбПУ, НИУ «МЭИ», УрФУ, ЮУрГУ и СевГУ. Единственная в России структура, специализирующаяся на биоэнергетике на основе морских аквакультур — Лаборатория ВИЭ МГУ оснащена всем необходимым оборудованием и приборами. Ведущие вузы России располагают лабораториями и полигонным оборудованием, позволяющим выполнять научно-исследовательские работы на высоком уровне. В НИУ «МЭИ» работает ФЭС мощностью 5 кВт, на которой моделируются различные режимы работы, как автономно, так и с энергосистемой. На ФЭС ЮУрГУ исследуются вопросы эффективности работы при запылении солнечных модулей.
Лаборатория ВИЭ МГУ издаёт журнал «Окружающая среда и энерговедение», в котором печатаются наиболее значимые статьи в сфере возобновляемой энергетики. С 2021 года журнал из перечня ВАК «Энергосбережение и водоподготовка» стал издаваться в КубГАУ под научным руководством д.т.н., профессора Р. А. Амерханова [24]. В нём в основном обобщаются результаты исследований по ВИЭ.
Девять образовательных центров ведут активную научно-исследовательскую деятельность. Кафедра «Гидроэнергетика и ВИЭ» НИУ «МЭИ» выполняет (в том числе по заказам ПАО «РусГидро») разработку новых конструкций гидротурбин, ветроустановок, занимается решением проблем адаптации режимов работы СЭС и ВЭС в единой энергосистеме, развитием водородной энергетики. НОЦ «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» СПбПУ ведёт исследования по созданию СЭС и ВЭС для работы в арктических условиях, методологии ВIМ-проектирования энергоустановок, новых конструкций малых ГЭС. На кафедре электрических станций, сетей и систем электроснабжения ЮУрГУ созданы научные школы малых ВЭУ, надёжности СЭС, разработана методология создания лабораторных стендов по исследованиям ВИЭ. Для научной школы кафедры «АЭС и ВИЭ» УрФУ д.т.н., профессора С. Е. Щеклеина характерна адаптация технологий ВИЭ к суровым климатическим условиям, их интеграция в существующие системы энергоснабжения, использование в энергоустановках ВЭ промежуточных энергоносителей.
Лаборатория ВИЭ МГУ отличается российской школой экономики и управления энергообъектами на основе ВИЭ, базами климатических данных солнечной, ветровой и других видов энергии. Лаборатория каждые два года проводит национальные научно-технические конференции по ВИЭ для молодых учёных и издаёт журнал по проблемам ВИЭ «Окружающая среда и энерговедение».
Для кафедры «Возобновляемые источники энергии, электрические сети и системы» Севастопольского государственного университета и кафедры «Электроэнергетика и электротехника» Крымского федерального университета характерны научные работы по повышению надёжности эксплуатации СЭС и ВЭС, а также систем солнечного теплоснабжения.
Выводы
1. В России высшее образование в области ВЭ осуществляют один гуманитарный вуз, два энергетических университета, восемь технических вузов и одно учреждение РАН. В 2021 году было подготовлено 219 бакалавров и 108 магистров.
2. Подготовку учёных высшей квалификации по возобновляемой энергетике вели в 2021 году восемь учреждений, в аспирантурах которых обучались 78 человек. Четыре учреждения при этом имели диссертационные советы по трём научным специальностям, в основном по 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых источников энергии».
3. Методологическая деятельность вузов по ВИЭ разобщена. Учебная литература при всём её многообразии имеет посредственное содержание, большинство отечественных и зарубежных книг и пособий недоступны. Отдельными вузами накоплен большой опыт сотрудничества с зарубежными университетами по ВЭ, однако эта работа не поддерживается Министерством науки и высшего образования РФ. Началась работа по общественной самоорганизации вузов по ВИЭ.
4. Лабораторное, стендовое, полигонное оснащение оборудованием по ВИЭ определяется в основном финансовыми возможностями вузов и профилем их научно-исследовательской работы. Компания ООО «НПП «Учтех-Профи» специализируется на производстве лабораторного оборудования по всем технологиям электро- и теплогенерации на основе ВИЭ. Стендовое и полигонное оснащение ряда вузов позволяет им выполнять НИР на высоком научном уровне.
