Основанный 100 лет назад Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) сегодня решает самые современные проблемы. Например, на кафедре электроэнергетики, электроснабжения и силовой электроники на грант Министерства образования и науки РФ развивают цифровую энергетику. Здесь разрабатывают так называемые гибкие сети (smart grid — "умные" сети электроснабжения), которые регулируют сетевые перетоки мощности в перегруженных сетях. В слишком протяженных электрических сетях теряется много электроэнергии.
"Умные" сети и защита от кибератак
"Давайте вспомним крупную аварию на подстанции "Чагино" в Москве (произошла 25 мая 2005 года — прим. ТАСС), когда подстанция погасла и полсевера Москвы оказались без электроэнергии и люди в панике находились в метро, в лифтах и так далее", — говорит заведующий кафедрой Алексей Лоскутов.
Если в больницах и роддомах существуют свои автономные источники электропитания, которые включают в случае аварийной ситуации, то, например, каждый лифт невозможно оснастить автономным источником. Адаптивные системы защиты электросетей и потребителей при возникновении аварий в условиях глобальной урбанизации крайне необходимы. Поэтому создание гибких сетей для энергетиков — одна из приоритетных задач.
За три года сотрудники кафедры должны создать такое управление электросетями, которое снизит потери мощности, удешевит электроэнергию и сделает экономику более конкурентной.
"Если в совокупном продукте стоимость электрической энергии превышает 20% — это плохо, это уже не конкурентоспособный продукт. И поэтому цели цифровой энергетики — это снижение затрат на электроэнергию, это внедрение новых устройств, внедрение новых способов регулирования. Ночью мы с вами не потребляем электроэнергию, а днем мы ее потребляем много, и ее нужно регулировать. Генерация электрической энергии — это самая затратная часть в тарифе, и если мы будем ее неравномерно потреблять, то затраты на пуск и остановку котлов, генераторов — это очень большие затраты", — рассказывает Лоскутов.
В последние годы электроэнергетика оснащается устройствами, приобретенными за границей, которые могут быть уязвимыми с точки зрения кибербезопасности.
"Многие российские компании, приобретая зарубежные элементы, ставят российский шильдик, и мы как бы прикрываемся тем, что это российское устройство. На самом же деле это не так, и когда мы начинаем применять псевдороссийские устройства и говорить о том, что они кибербезопасны, это тоже заблуждение. И мне кажется, что мы должны переходить на новые вычислительные платформы, на свои платформы. В том числе мы работаем с процессорами "Эльбрус" — это российская разработка, в которой мы используем собственное программное обеспечение, в результате никаких "жучков" в этих устройствах нет", — рассказал Лоскутов.
Чтобы получить полностью российский продукт на первоначальных этапах разработки и внедрения, требуются большие денежные вложения — создать свое выйдет дороже, чем купить импортное. С другой стороны, когда российская продукция встанет на производственный поток, она уже будет в 2–3 раза дешевле той, которую везут из-за границы.
Движение с нулевой аварийностью и вездеходы для Арктики
До конца 2019 года в университете должны создать прототип электроплатформы с функцией беспилотного управления. Этой разработкой занимаются в Институте транспортных систем НГТУ (ИТС).
"Прототипы беспилотников, безусловно, существуют, но чтобы автомобиль был полностью беспилотным и совершенно безопасным — такого еще нет. Многие инжиниринговые компании проводили испытания с такими беспилотниками — к сожалению, некоторые из них теряются на дорогах и не могут в полной мере выполнять свои функции", — рассказал заместитель директора ИТС Антон Тумасов.
Главная задача для инженеров — исключить человека из процесса управления автомобилем, чтобы человек перестал быть потенциальным виновником ДТП и чтобы создать дорожное движение с нулевой аварийностью. Переходный этап между привычной пока всем машиной и беспилотной — внедрение систем помощи водителю.
В ИТС НГТУ создают спецтранспорт для Арктики и Крайнего Севера. По мегагранту правительства РФ под руководством ведущего ученого, профессора Университета Тафтса из США Марка Качанова здесь создают новые материалы, которые можно было бы использовать для транспортных средств, работающих в условиях экстремально низких температур. По словам Тумасова, некоторые транспортные средства уже испытывались, но пока только в условиях нижегородской зимы и больше с точки зрения подвижности и проходимости.
"Вездеходная школа нашего университета хорошо известна не только в России, но и за ее пределами. Сегодня ведутся весьма интересные разработки — вездеходы на самых разных типах движителей: колесные, гусеничные, роторно-винтовые. И самое похвальное, что у нас есть ученые и специалисты, которые могут не просто теоретически рассуждать, но в состоянии изготовить прототипы и испытать их. <…> Совместно с индустриальными партнерами разрабатываются снегоболотоходы, способные эффективно передвигаться по опорным поверхностям с низкой несущей способностью (снег, песок, болото и т.п.)", — добавляет заместитель директора Института транспортных систем.
Новые скафандры для Луны
На кафедре "Материаловедение, технология материалов и термическая обработка металлов" разрабатывают пористые проницаемые материалы для узлов системы жизнеобеспечения космических скафандров серии "Орлан".
Пористые проницаемые пластины — это главная часть теплообменника-сублиматора, которая обеспечивает жизнедеятельность человека в скафандре в открытом космосе.
"Взрослый человек при физической работе выделяет примерно 500 Вт в час тепловой энергии, то есть интенсивно нагревается. <…> Космонавт в скафандре, находясь в открытом космосе, не может работать без принудительного охлаждения, которое осуществляется с помощью теплообменника. Если не принимать меры к принудительному охлаждению космонавта в скафандре, то в течение нескольких секунд произойдет запотевание смотрового стекла на шлеме, а это значит, что он "ослепнет", — рассказывает доцент, кандидат технических наук, руководитель научно-исследовательской работы Евгений Беляев.
Ученые из НГТУ совместно с подмосковным АО "НПП "Звезда" участвуют в поисковых исследованиях по разработке нового высокопроизводительного теплообменника. Эта работа приобрела особое значение после принятия решения о создании станции на орбите Луны.
"Чтобы создать станцию, надо провести значительный объем работ в открытом космосе. Вероятно, что совсем скоро понадобятся новые теплообменники, поскольку эти используются уже около 35 лет, пора бы заменить, ведь у него ограниченный ресурс работы — в пределах семи-восьми выходов в открытый космос, а это около 40 часов — этого будет уже маловато", — говорит кандидат технических наук, старший научный сотрудник Владимир Хренов, который работает в университете с 1958 года.
Эксперименты для атомных станций
Разработки Института атомной энергетики и технической физики необходимы для предприятий атомной промышленности. Руководит исследованиями ректор университета Сергей Дмитриев.
Вместе с АО "Опытное конструкторское бюро машиностроения им. И.И. Африкантова" институт выиграл грант по созданию высокотехнологических производств, элементов и узлов реакторных установок, обладающих уникальным ресурсом. "Мы сегодня слышим, что наши атомные ледоколы должны работать 60 лет, так сказать, не заходя ни в какие порты — это принципиально новый этап развития. И сегодня очень часто говорят про новый ледокол, но очень мало говорят про ОКБМ Африкантова, которое разрабатывает и в том числе частично производит ядерные энергетические установки", — говорит Дмитриев.
В институте работают над созданием собственного программного обеспечения, здесь создан центр по верификации программных кодов. Работы проводят на самом большом в мире стенде по исследованию смешения потоков с различной температурой, которые происходят в корпусе ядерного реактора.
"Исследования происходят на стенде, который полностью имитирует ядерную энергетическую установку по температуре, по давлению, по всем характеристикам и параметрам", — рассказывает собеседник агентства.
На другом стенде исследуют гидродинамику и массообмен тепловыделяющих сборок ядерных реакторов. Разработки университета уже внедрены на атомных станциях России, Болгарии, Украины и будут использоваться на АЭС в Белоруссии. На третьем стенде изучают элементы оборудования ядерных энергетических установок, которые работают на тяжелом жидкометаллическом теплоносителе — свинце.
"Этот экспериментальный стенд тоже самый крупный в мире. Там при температуре 550 градусов циркулирует жидкий свинец с расходом 2 тысячи тонн в час", — говорит Дмитриев.
Сейчас на этом стенде испытывают насосы, которые будут устанавливаться на атомных станциях. Это не просто расчеты, это реальные эксперименты с настоящим реакторным оборудованием, работающим при штатных параметрах. Исследования института больше всего интересуют представителей атомной отрасли из Китая и Бельгии.
Полина Буянова