Международный проект Минобрнауки РФ со странами БРИКС

Тема проекта: Устойчивое повышение ценности биомассы в рамках взаимосвязи вода-продовольствие-энергия: подход экономики замкнутого цикла для повышения эффективности использования ресурсов в условиях меняющегося климата.

Номер соглашения с Министерством науки и высшего образования РФ от 12 сентября 2024 г. № 075-15-2024-659

Организации исполнители проекта:

1.      Федеральным университетом Итажубы, Бразилия;

2.      Университет Витватерсранда, ЮАР;

3.      Китайский нефтяной университет – Пекин, Китай.

4.      Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, Россия

Координатор международного консорциума и руководитель бразильского коллектива: профессор Электо Силва Лора.

Руководителю южно-африканского коллектива: профессор Юсуф Иса.

Руководитель китайского коллектива: профессор Юминг Чанг

Руководитель российского коллектива: заведующий лабораторией Термодинамики, к.т.н. Александр Козлов

Индустриальный партнер проекта:

ГК «РТ СОФТ Смарт Грид» - высокотехнологичная инжиниринговая компания, созданная в 1992 году. Среди основных сфер деятельности — разработка, создание и внедрение встраиваемых компьютерных технологий, программных продуктов, программно-технических комплексов, электронной аппаратуры, систем и сервисов. С их помощью предприятия решают задачи мониторинга и управления оборудованием и производственными процессами, оптимизации деятельности, повышения надежности электроснабжения, организации ИТ-инфраструктуры и энергетического менеджмента. В рамках замены импортных комплектующих и ПО на отечественные «РТСофт» предлагает ряд продуктов и решений, производство которых локализовано в РФ.

Направление исследований по проекту:

Системный ответ – использование подхода, основанного на взаимосвязи водных ресурсов, энергетики и продовольствия, с целью межсекторального управления изменением климата (определение нагрузки, оказываемой изменением климата и перераспределением водных ресурсов, на социальные и экономические факторы, а также разработка мер по смягчению последствий изменения климата путем превращения климатических и экологических проблем в возможности для различных секторов).

Цель проекта:

Повышение ценности биомассы/отходов и их роли посредством концепции экономики замкнутого цикла в энергетическом переходе для смягчения последствий изменения климата.

Задачи проекта:

1.         Получение рекомендаций по декарбонизации и смягчению последствий изменения климата с помощью энергетического перехода и технологий использования возобновляемых источников энергии;

2.         Выработка сценариев декарбонизации в странах БРИКС с использованием ресурсов биомассы как реакции на изменения климата в рамках взаимосвязи в системе вода/продовольствие/энергия;

3.         Оценка технико-экономического потенциала биомассы для стран БРИКC с учетом земельных и водных ресурсов, а также продовольственной безопасности;

4.         Разработка научных и научно-технических основ углероднейтральных технологий переработки биомассы, таких как термохимическая конверсия, получение биотоплива, древесного уксуса и углеродистых материалов с высокой добавленной стоимостью из биомассы/отходов и водорослей;

5.         Разработка алгоритмов оптимального управления энергетическими системами разного уровня от микросетей до крупных энергосистем, в том числе алгоритмов управления накопителями энергии и моделирования переходных состояний с точки зрения максимизации общественного благосостояния.

6.         Разработка научных и научно-технических основ для создания технологий производства биоугля с заданными характеристиками с целью устойчивого развития сельского хозяйства (повышение плодородия почвы, стимулирование роста сельского хозяйственных культур, удаление загрязняющих веществ из воды);

7.         Получение технико-экономических оценок, определение потенциала и технологических барьеров производства и использования зеленого водорода;

8.         Выработка рекомендаций и алгоритмов использования перспективных технологий Power-to-X на основе зеленого водорода;

9.         Выработка рекомендаций по устойчивому развитию и выявлению социальных последствий использования биомассы, получение оценок вклада биомассы в декарбонизацию стран БРИКС с учетом взаимосвязи в системе вода/продовольствие/энергия;

10.       Взаимодействие с зарубежными партнерами по вопросам смягчения последствий изменения климата и по развитию устойчивых энергетических технологий стран БРИКС.

Результаты первого этапа исследований по проекту (сентябрь – декабрь 2024 гг):

 1.         Выполнен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации по теме проекта, которые показывает высокую актуальность исследований, направленных на анализ долгосрочных тенденций технологических и структурных преобразований в различных секторах экономики и топливно-энергетического комплекса. Исследования имеют региональный масштаб, требуют высокого временного и пространственного разрешения при моделировании. В России исследования по разработке долгосрочных сценариев вовлечения в топливно-энергетический баланс биомассы с использованием системных оптимизационных многокритериальных моделей не проводились. Разработка системной модели долгосрочного планирования развития ТЭК с детализированным рассмотрением ресурсов и технологий биомассы позволит выявить основные направления технологического и пространственного развития как для России, так и для стран БРИКС.

2.         Проведенное патентное исследование показало типичные и наиболее близкие технические решения, решаемых технических задач и требуемых технических результатов. Выполнена проверка, что на интересующей территории патентов с широкой правовой охраной, отсутствуют патенты, препятствующие свободному проведению разработок в рассматриваемой области.

3.         Показано, что широкое использование технологий термохимической конверсии в системе нексуса приводит: 1) к сокращению отходов, за счет повторного их использования, что позволяет эффективно закрывать циклы ресурсов, снижая нагрузку на водные и земельные ресурсы; 2) к снижению выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов; 3) к устойчивому развитию сельского хозяйства, за счет переработки отходов в энергию или удобрения, что позволяет улучшить состояние почвы и снизить использование синтетических удобрений; 4) к диверсификации энергетических источников, за счет создания локальных энергетических систем, которые снижают зависимость от импорта энергии и способствуют децентрализации энергетики.

4.         В настоящее время, несмотря на обширные исследования, большинство прикладных полномасштабных работ по применениям биоугля и материалов, полученных из него, все еще находятся на начальной стадии и требуют значительных дальнейших исследований. Необходимы детальные исследования для оценки долгосрочных экологических последствий использования биоуглей. Кроме того, необходимо разрабатывать и внедрять системы стандартизации и контроля качества биоуглей на разных этапах производства. Не менее важны и экономические аспекты, т.к. необходимы инвестиции в технологии производства для снижения себестоимости данной продукции и соответственно, более широкое использование в реальных секторах экономики.

5.         Проведенная оценка поглощения парниковых газов лесами стран БРИКС показало, что обязательства всех стран мира по декарбонизации в настоящее время не считаются заслуживающими доверия: ни одна из рассматриваемых пяти стран БРИКС (и даже стран G20) не сокращает выбросы темпами, соответствующими их целевым показателям. Также несмотря на то, что многие из стран рассматривают компенсацию антропогенных выбросов парниковых газов лесными экосистемами как важный механизм декарбонизации, доля выбросов, компенсированная лесами, является недостаточной, поэтому первоочередной задачей всех стран должно быть снижение выбросов в секторах «Энергетика» и «Промышленность».

6.         Анализ направлений исследований в области управления электроэнергетическими системами со стохастическими элементами показал, что наиболее перспективным является развитие методов управления, основанных на расчете вероятностного установившегося режима. В сетях с большой долей стохастических элементов присутствует значительная доля распределенной генерации. Для управления в таких сетях востребованы модели и методы распределенного управления.

7.         Предложена модификация задачи расчетов оптимальных стратегий управления накопителями энергии с учетом оптимальных тарифов для потребителей и приведена программная реализация модификации MILP в среде MatLab. Разработанная авторская модификация позволяет свести исходную MILP-задачу к упрощенной LP-задаче, но не учитывает влияние КПД процессов зарядки и разрядки.

8.         Агентные технологии являются актуальным и эффективным инструментом для исследования свойств энергетических систем при их развитии в условиях энергетического перехода. Разработанная мультагентная система обеспечивает разделение большой и сложной системы с энергетическими объектами со сложным поведением на несколько подсистем, где поиск решения осуществляет агент определенного уровня, что в свою очередь позволяет осуществлять процесс поиска решения при развитии энергетических систем в условиях энергетического перехода

В части работ иностранных партнеров все запланированные ими работы выполнены, что подтверждается соответствующими аннотационными отчетами.

В рамках реализации проекта проведена очная встреча между руководителями и основными исполнителями международного проекта в г. Нанкин 28–30 ноября. Встреча проходила в расширенном составе, на которой присутствовали также представители других стран таких, как США, Пакистана и Австралии.  

На данной встрече была обсуждена дальнейшая концепция реализации проекта в ключе климатической повестки и нексуса вода–еда–энергия.

Также 18 декабря состоялся расширенный онлайн семинар между ключевыми участниками проекта.

Таким образом, налажено сотрудничество между научными группами из разных стран, которая позволяет оперативно разрешать трудности, возникающие при реализации проекта.

В результатах проекта имеется существенная заинтересованность индустриального партнера проекта в лице ООО «РТСофт-Смарт Грид», с которым был заключен основной договор по передаче результата интеллектуальной деятельности (РИД) для его дальнейшего внедрения. Также договором обговорены совместные мероприятия для успешного завершения проекта в будущем.