Отдел возобновляемых источников энергии, историческая справка

Отдел возобновляемых источников энергии (ВИЭ) берёт своё начало от лаборатории использования ветра, организованной в 1935 году, через 5 лет после образования ВИЭСХа в 1930 году. Основной задачей лаборатории было внедрение ветродвигателей в сельское хозяйство страны. Руководителем лаборатории был назначен Е.М.Фатеев. В эти годы СССР являлся одной из ведущих стран по разработке ветродвигателей. Работы по этому направлению проводились также в Центральном Аэрогидродинамическом институте, Всесоюзном институте сельскохозяйственного машиностроения и Харьковском институте промышленной энергетики. В работах активно использовалось буферное инерционное аккумулирование, предложенное советскими учёными, позволившее поднять КПД ветроэнергетических комплексов на 6-16%. В годы войны, когда в стране не хватало жидкого топлива, расширилось строительство ветряных мельниц. Под руководством Е.М.Фатеева были разработаны методы реконструкции построенных ранее мельниц, что позволило поднять их производительность в 2,5-3 раза. Лаборатория принимала участие в строительстве мельниц в Чувашской АССР, а после освобождения – в Воронежской, Кировской и Харьковской областях. С 1937 по 1948 год ВИЭСХ и ВИМ были объединены в составе ВИМЭ, а с 1948г. лаборатория использования ветра перешла в состав ВИЭСХ. Е.М.Фатеев руководил лабораторией до 1967 года, когда лабораторию возглавил Я.И.Шефтер, аспирант Е.М.Фатеева. К этому времени относится разработка и широкое внедрение ветронасосных агрегатов для водоподъёма на пастбищах. В последующие годы лаборатория была преобразована в группу автономного электроснабжения в составе лаборатории овцеводства. В составе группы работали В.М.Усаковский, А.К.Сокольский, Г.Н.Метлов и другие специалисты. Основными результатами работы группы стали проведение Государственных испытаний и сопровождение выпуска на заводах страны опытной партии ветронасосных установок для пастбищного водоподъёма; разработка и утверждение ряда агрозоотехнических требований на ветроэнергетические установки сельскохозяйственного назначения; составление разделов по системе машин для пастбищной энергетики; разработка ГОСТа «Ветроагрегаты. Типы и основные параметры» (совместно с НПО «Ветроэн»).

Сельское хозяйство в сороковые годы, как и всё народное хозяйство, испытовало острый дефицит электроэнергии. Тогда не было возможности обеспечить сельских потребителей энергией  и приходилось сооружать мелкие сельские электрические станции, в основном гидравлические. Только в 1945г. было построено  600 сельских электростанций общей мощностью 18 тыс. кВт. В послевоенные годы положение с электроснабжением сельского хозяйства не изменилось. В 1953г. две трети электроэнергии, отпускаемой сельскому хозяйству, давали собственные электростанции небольшой мощности. После 1953г. сельских потребителей стали присоединять к государственным энергосистемам, что явилось мощным стимулом для развития сельского хозяйства. Одновременно уменьшилось количество гидроэлектростанций сельского типа. Если в 1958г. их было 4,8 тыс., то в 1964г. – 1,6 тыс.

Исследования по вопросам использования энергии малых рек, разработки ГЭС, их энергетических и эксплуатационных показателей в последующие годы проводила лаборатория ГЭС ВИЭСХ (М.В.Луговской, И.А.Гилинский), Тбилисский филиал (С.Г.Мелик-Нубаров), Ленинградский (М.И.Оранский, С.А.Стрелковский) и Свердловский (А.В.Баев, А.Л.Герман) филиалы. Значительное внимание ВИЭСХ уделял вопросам автоматизации сельских электростанций, работы в этом направлении проводил Тбилисский филиал ВИЭСХ.

В апреле 1983г. группа автономного электроснабжения была преобразована в лабораторию возобновляемых источников энергии и оптимизации энергобаланса. Заведующим лаборатории был назначен В.П.Муругов. В составе лаборатории работали В.М.Усаковский, А.Т.Беленов, А.К.Сокольсий, Г.Н.Метлов, Э.С.Пигальцев, Е.Б.Рождественская, О.Г.Шаумян. Лабораторией был выполнен целый ряд работ разработке схем размещения автономных ветро- и гелиоэнергетических установок  для пастбищного водоснабжения. По заданию Минсельхоза СССР были разработаны зоотехнические требования на гелиоэлектрическую водоподъёмную установку ФЭВУ-1-20, проведен анализ состояния НИР по использованию солнечной энергии в сельском хозяйстве, концепция и прогноз использования ВИЭ с предложением о создании НПО «Агрогелиоветробиоэнергия» с целью координации усилий всех НПО, НИИ, ЦОПКБ, СКТБ и заводов, занимавшихся разработкой и изготовлением установок на основе ВИЭ (не реализовано в связи с распадом СССР)

В эти годы лаборатория принимала активное участие в научно-организационной жизни. В частности, по инициативе В.П.Муругова в рамках Научного Совета ГКНТ СССР по возобновляемой энергетике (председатель – Н.С.Лидоренко, Ученый секретарь – Э.В.Тверьянович)  была создана и активно работала секция «Использование солнечной энергии в сельском хозяйстве», которая провела ряд заседаний не только в Москве, но и в союзных республиках. Совместно с НПО «Квант» была разработана солнечная батарея «Фрегат» для питания автоматики дождевальных машин, проводились поисковые исследования  по солнечным водоподъёмным установкам на пастбищах, разрабатывались солнечные батареи для питания электроизгороди. В 1981 – 1982г.г. В.П.Муругов и Д.С.Стребков работали в Монголии в качестве консультантов ООН по проекту UNDP MOH 75/006 «Солнечная энергия для развития сельских районов»

В 1988г. Приказом Госагропрома СССР № 676 на ВИЭСХ были возложены функции ведущей организации в системе Госагропрома СССР по энергетике, электрификации и автоматизации агропромышленного производства, а также по разработке и внедрению фотоэлектрических, гелиотехнических установок и функции координирующей организации по использованию энергии ветра, биологических отходов, микроГЭС,тепла грунта, наружного воздуха, технологических стоков, биологического тепла и других источников энергии. Были созданы филиалы ВИЭСХ в пяти союзных республиках, передан ВИЭСХу экспериментальный завод в г. Душанбе. В ВИЭСХе вместе с филиалами, ЦОПКБ и заводами работало 2000 человек.

Значительный объём работ был выполнен по региональным программам: энергообеспечение районов крайнего Севера и приравненных к ним территорий, а также мест проживания коренных малочисленных народов Севера и Дальнего Востока за счёт использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и местных видов топлива; экологически чистые источники энергии для зоны озера Байкал; энергообеспечение Ростовской области и сельских районов Нижегородской области, Республики Бурятии с использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии; по программе «Наука – Москве». На базе Восточно-Сибирского филиала ВИЭСХ при поддержке Правительства Бурятии в 1998г. создан первый и единственный в России Институт солнечной энергии.

В 1985-1988гг. на  испытательном полигоне ВИЭСХ (д. Никулино, Истринский район) строились фотоэлектрические станции (ФЭС-240) и проводились испытания по электроснабжению различных устройств, в частности, вибрационного электронасоса «Малыш». В Ростовской области системы солнечной фотоэнергетики разработки ВИЭСХ проходили испытания в составе с дождевальной машиной «Фрегат» с целью энергообеспечения аппаратуры радиотелеуправления. В солнечные дни фотоэлектрическая батарея обеспечивала до 85% энергопотребления этой системы.

Сотрудники лаборатории активно публиковались в различных журналах («Гелиотехника», «Техника в сельском хозяйстве», «Экономика и организация с.-х. производства» и др.), выступали с докладами как на Всесоюзных конференциях (Иркутск-1983, Москва-1984, Ереван, Ашхабад, Смоленск-1985, Зерноград-1986, Ташкент-1987), так и за рубежом (В.П.Муругов – 1985, А.Т.Беленов – 1986, 1987, С.Н.Трушевский – 1988).

В 1987г., с приходом в институт группы специалистов по солнечной электро- и теплоэнергетике, начались работы по нескольким новым направлениям,  научным руководителем работ по  возобновляемым источникам энергии становится директор института Д.С.Стребков, ныне академик Россельхозакадемии. Лаборатория была реорганизована в отдел Приказом по ВИЭСХ от 27.11.1987г. №134-п. Заведующим отделом был назначен В.П.Муругов, в состав отдела вошли:

— лаборатория технологии фотоэлектрических преобразователей и электронных приборов, заведующий В.В.Заддэ;

— лаборатория солнечных электростанций и нетрадиционных источников энергии, заведующий Э.В.Тверьянович;

— лаборатория микроГЭС и ветроэнергетики, заведующий А.К.Сокольский;

— лаборатория систем автоматизированного проектирования в сельскохозяйственном производстве, заведующий В.П.Тарасов;

— лаборатория солнечного и аккумуляционного энергоснабжения, заведующий С.Н.Трушевский;

— лаборатория технологии солнечных модулей, заведующий В.Н.Потапов;

—  позже, в 1993 году был организован участок сборки солнечных батарей, начальником участка стал Ю.К.Кидяшов; в 2003 году участок сборки был включен в состав лаборатории технологии солнечных фотоэлектрических модулей с экспериментально-технологическим участком во главе с заведующей И.С.Персиц.

Свой путь развития прошел экспериментально-технологический участок изготовления фотопреобразователей (ФП).  Первоначально, в 1987г.,  он был создан в составе Центрального опытного КБ (ЦОПКБ) ВИЭСХ, директором был назначен     Шавернев, участком руководил В.Н.Пузаков. ФП выпускались малыми партиями в основном для исследования в ВИЭСХ. В 1991г. участок был передан в состав МГП ВИЭН (дочернее предприятие ВИЭСХ и ЦОПКБ). К концу 1992г. КПД изготавливаемых кремниевых ФП достиг 12%. В 1993г. участок был передан в ВИЭСХ и начальником участка стал В.И.Поляков.

С 1988 по1996 годы проводилась активная работа по созданию автономных солнечных комбинированных установок для получения электрической и тепловой энергии, а также различных типов солнечных коллекторов, в том числе воздушных с пористым абсорбером, перспективных, в частности, для использования при сушке сена. Активно развивалось международное сотрудничество лаборатории С.Н.Трушевского:

—  с фирмами ЕМА и «Матхим» (г.Плевен, Болгария) – по созданию пластмассовых коллекторов, опытная партия изготовлена на заводе «Молния»;

—  с фирмой «SOLARGLAS» (г.Прага, г. Тржебонь,Чехия) и WTTC (г. Берлин, Германия) – по созданию теплиц с линзами Френеля, следящим приёмником концентрированного солнечного излучения и баком-аккумулятором; теплица построена на территории совхоза «Матвеевское», налажена компьютерная система управления и регистрации параметров.

В эти же и последующие годы были получены ряд новых научно-технических результатов, в частности, по программе «Малая энергетика» разработано и освоено в серийном производстве на заводе НПО ЦНИИэлектроприбор (С.-Пб) семейство ветроэнергетических агрегатов УВЭ мощностью 100, 300, 500 и 1000 Вт.  В 1998г. сотрудники лаборатории микроГЭС и ветроэнергетики А.К.Сокольский, В.М.Усаковский, Г.Н.Метлов в составе коллектива соавторов были награждены премией Правительства РФ в области науки и техники за выполнение комплекса работ по теме «Вибрационная техника – научные основы, создание, серийное производство и широкое использование в народном хозяйстве».

С 2004г. обязанности заведующего отделом исполнял Э.В.Тверьянович. В эти годы при активном участии В.А.Майорова был получен ряд важных результатов по разработке новых солнечных концентраторов различного типа, а также фотоэлектрических концентраторных модулей. В 2004г. Д.С.Стребков предложил энергетическую модель будущего мира, основанную на круглогодичном производстве электрической энергии глобальной солнечной энергосистемой в объёме, равном современному мировому потреблению электроэнергии (20 000 ТВт*ч в 2010г.)

В 2008г. заведующим отделом был назначен Л.Д.Сагинов. В том же году в составе отдела был образован сектор вихревых и колебательных процессов, во главе с заведующим сектором Е.Д.Сорокодумом. В 2009г. в составе лаборатории солнечных электростанций и нетрадиционных источников энергии была сформирована отдельная научно-техническая группа новых конструкций и метрологии фотопреобразователей и фотоэлектрических систем под руководством В.М.Евдокимова.

В последующие годы к наиболее существенным результатам можно отнести разработку конструкции и технологии изготовления высоковольтного матричного фотопреобразователя с КПД до 20% в концентрированном солнечном излучении, здесь значительный вклад внёс начальник экспериментально-технологического участка фотопреобразователей В.И.Поляков (главный технолог В.С.Вершинин, измерения проводили В,А.Майоров, Ю.Д.Арбузов). Группой новых конструкций и метрологии фотопреобразователей и фотоэлектрических систем под руководством В.М.Евдокимова выполнен комплекс работ по фотоэлектрическому преобразованию солнечного излучения с разложением в спектр, разработан макет измерительной системы для фотопреобразователей при активном участии Ю.Д.Арбузова и Б.А.Никитина. В лаборатории И.С.Персиц были разработаны новые материалы и технология герметизации солнечных модулей со значительным увеличением срока их службы. За эту разработку институт институт получил Диплом Президиума РАСХН. Важным этапом в работах отдела явилась разработка системы измерения метеопараметров ВИЭ, выполненная под общим руководством В.В.Харченко. В последние годы под руководством В.А.Гусарова разработана комплексная ветро-солнечно-дизельная система электроснабжения сельских потребителей.

За годы существования направления возобновляемой энергетики в ВИЭСХ сотрудниками подразделения опубликован целый ряд книг среди которых два издания трёхтомной монографии «Матричные солнечные элементы» Д.С.Стребкова, «Основы ветроэнергетики» В.П.Харитонова «Основы фотоэлектричества» Ю.Д.Арбузова и В.М.Евдокимова (переведена на английский язык), «Концентраторы солнечного излучения» Д.С.Стребкова и Э.В.Тверьяновича, «Солнечные водоподъёмники» А.Т.Беленова и Г.Н.Метлова, «Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технологии» П.П.Безруких, Д.С.Стребков, «Развитие солнечной энергетики в Туркменистане» Д.С.Стребкова, А.М.Пенджиева, Б.Д.Мамедсохатова, «Биодизельное топливо из водорослей» М.Ю.Росс и Д.С.Стребкова.

 

Основные научные разработки академика РАСХН

Д.С. Стребкова и сотрудников ГНУ ВИЭСХ

в области солнечной энергетики представлены в таблице

Годы

Наименование

1 1967-1968 Создание нового класса кремниевых фотопреобразователей на основе твердотельных матриц с вертикальными p-n переходами с плотностью микроэлементов 25-250 см-2
2 1968-1970 Разработка матричных солнечных элементов (МСЭ) первого поколения с КПД 1-3% и плотностью напряжения 10-100 В/см2. Организация опытно-промышленного производства МСЭ во ВНИИ источников тока Минэлектротехпрома
3 1970-1975 Разработка и освоение в производстве МСЭ второго поколения с использованием технологии ионной имплантации с КПД до 10% и плотностью напряжения 10 В/см2. Производство высоковольтных фотоэлектрических генераторов «Фотовольт-100», «Фотовольт-110/220», «Фотовольт-500», «Фотовольт-1000»
4 1970 Летные испытания высоковольтного солнечного модуля «Фотовольт-40» на основе МСЭ второго поколения на межпланетной станции Венера-70
5 1975 Стендовые испытания высоковольтной солнечной батареи напряжением 32 кВ площадью 1 м2 для питания ионно-плазменного двигателя
6 1975-1985 Разработка и организация опытно-промышленного производства фотопреобразователей мощного теплового излучения на основе МСЭ второго поколения из кремния и германия
7 1985-1987 Создание преобразователей мощного лазерного излучения на основе МСЭ второго поколения с КПД 36% и удельной электрической мощностью до 3,6 кВт/см2
8 1985 Разработка проекта наземной солнечной электростанции с космическим гелиостатом
9 1986 Разработка и пуск в эксплуатацию солнечной фотоэлектрической станции мощностью 10 кВт в пос. Бикрова в Туркменистане
10 1980-1987 Разработка и организация опытно-промышленного производства солнечных систем гарантированного энергоснабжения для питания специальной аппаратуры, маяков, солнечных водоподъемных установок, установок катодной защиты
11 1987-1990 Разработка и организация опытно-промышленного производства солнечных элементов и модулей из кремния в ГНУ ВИЭСХ для сельскохозяйственных потребителей и экспорта
12 1990-2012 Разработка и поставка солнечных элементов и модулей из кремния на экспорт в объеме 1,2 млн. долл.
13 2000-2010 Разработка и организация производства в ГНУ ВИЭСХ легких мобильных и трансформируемых солнечных батарей из кремния
14 2000-2010 Разработка солнечных фотоэлектрических модулей со стационарными и следящими концентраторами электрической мощностью до 800 Вт и проведение их испытаний
15 2005-2010 Разработка и освоение в опытно-промышленном производстве в ГНУ ВИЭСХ технологии производства солнечных модулей с удвоенным сроком службы до 40-50 лет
16 2005-2010 Разработка и компьютерное моделирование Российской, Евро-Азиатской и Глобальной солнечной энергосистемы с круглогодичным производством электроэнергии
17 2005-2011 Разработка и освоение в опытно-промышленном производстве в ГНУ ВИЭСХ матричных солнечных элементов из кремния третьего поколения с КПД 25% при преобразовании концентрированного излучения с концентрацией 50-500. Увеличение КПД достигнуто за счет использования нанокластеров для пассивации поверхности МСЭ
18 2009 Получен диплом Федеральной службы по интеллектуальной собственности о включении патента на МСЭ третьего поколения в чило 100 лучших изобретений России с выборкой из 42500 патентов
19 2012 Проведены независимые испытания МСЭ третьего поколения производства ГНУ ВИЭСХ в Национальном университете в г. Харькове, Украина, которые подтвердили, что КПД и другие характеристики МСЭ превышают мировой уровень (см. п. 3).

 

На сегодняшний день ВИЭСХ сформировался и признан как ведущий научный центр страны по энергообеспечению, электрификации и автоматизации сельского хозяйства, электромеханизации животноводства, использованию возобновляемых и нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве.

Основные направления научной деятельности института включают:

  • совершенствование перспективных технологий и создание новых технических средств использования возобновляемых и местных источников энергии в сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства;
  • энергетическое использование биомассы и сельскохозяйственных отходов для производства жидкого и газообразного биотоплива, электрической и тепловой энергии.