Всемирный день ветра: как в Пензенском госуниверситете исследуют потенциал зеленой энергетики

15 июня отмечается Всемирный день ветра, чтобы привлечь внимание к огромному потенциалу ветроэнергетики. Учёные ПГУ разрабатывают систему перехода на альтернативную энергию, умные теплицы и решают вопрос импортозамещения. О том, как ведётся эта работа на кафедре «Электроэнергетика и электротехника», «Университетской газете» рассказал заведующий Василий Ашанин.

— Василий Николаевич, расскажите о главных научных проектах, которые сегодня реализует кафедра.

—С 22 по 24 сентября в Пензенском госуниверситете проходил форум «Пенза — Фленсбург», на котором наша кафедра представила один из передовых проектов «Система контроля растения на основе компьютерного зрения с алгоритмами искусственного интеллекта». Мы начали работу над ним три года назад и получили грант как победители Международного конкурса экологических проектов «Green Campus / Green City», проводимого под патронажем Посольства Германии в России совместно с Университетом прикладных наук г. Фленсбурга. Проект основан на соблюдении принципа энергосбережения и является инновационным для нашей страны. До этого в России создавались проекты, учитывающие такие климатические параметры, как температура и влажность. Мы же впервые разработали систему, которая учитывает распределение света, его количество и спектр. Чтобы растение правильно развивалось, необходимо на раннем этапе использовать красный свет, на более позднем — фиолетовый. Изначально наша система позволяла выставлять правильный свет по требованиям биологов, но это давало нам возможность быть только созерцателями, а не создателями. Мы решили углубить исследование и на следующем этапе наделили систему способностью самостоятельно распознавать, какие световые характеристики актуальны для растения в конкретный момент развития. Для этого мы создали автоматизированную систему освещения на базе RGB-диодов, по сути, разработали «мозги» и автоматику проекта. В основе — вращающаяся камера, которая снимает растение в трёх проекциях. Она работает постоянно, выдавая изображения каждые 30 минут. На основе этих изображений строится 3D-модель. Камера с высоким разрешением позволяет в режиме реального времени регулировать освещение, влажность и температуру.

— Проект, направленный на решение вопросов реального сектора экономики, — это инициатива кафедры или запрос региона?

— Это в первую очередь возможность реализовать научный потенциал преподавателей и студентов, который будет полезен области. Кроме того, это опыт международного научного сотрудничества. Когда я только начинал работать на кафедре, видел, как профессора университета решают вопросы электроэнергетики в масштабах страны, их разработки имеют прикладной характер. Сейчас  работа на кафедре строится по этому же принципу. Мы всегда на подхвате, разрабатываем системы для нужд города и страны. Например, проект «Умная теплица», с одной стороны, позволяет решать современные вопросы ботаники. Сейчас разработка находится на апробации у биологов, которые оценивают влияние изменения спектра света на развитие растения в реальных условиях. С другой стороны, этот проект — возможность для студентов увидеть широкий спектр применения полученных знаний. Основное направление работы кафедры — подготовка специалистов по электроэнергетике. В образовательном процессе студенты учатся решать вопросы диагностики электросистемы автомобиля, в том числе системы адаптивного света, его параметров (слепимости, светораспределения, освещённости). Осваивая эти знания, они под нашим руководством учатся применять наработки в разных сферах деятельности, в том числе в сфере сельского хозяйства. Таким образом, студенты видят весь процесс: от рождения идеи до реального воплощения, а также понимают, что их знания востребованы на рынке труда.

— Насколько такая работа способствует вовлечению молодёжи в науку?

— Широкий спектр возможностей применить свои знания на практике в разных отраслях реального сектора экономики позволяет нам вовлекать в научную работу большее число студентов, а им в свою очередь глубже постигать профессию. Мы стараемся построить работу так, чтобы студенты подходили к решению задач с определённым уровнем знаний, но обязательно проявляли самостоятельность и  инициативу, чтобы достичь желаемого. Каждое задание, каждый проект — это новая ступень мастерства, настоящее становление инженера.

— Вы сами, оканчивая аспирантуру, думали, что свяжете жизнь с преподаванием?

— Я видел себя инженером. По окончании аспирантуры Ленинградского политехнического института я приехал на кафедру в ПГУ открепляться. Меня на тот момент уже пригласили работать начальником отдела перспективных разработок Института кибернетики АН СССР. Но жизнь сложилась иначе. Приехав сюда, я остался и работаю на кафедре уже 38 лет.

— В какой области сосредоточен ваш личный научный интерес?

— Мой научный интерес сосредоточен в области цифровых технологий, которые пока ещё не нашли широкого применения в России. Речь идёт о разработке интегральных схем для претензионных многоканальных цифровых преобразователей. Учёные-энергетики во всём мире работают над тем, чтобы повысить точность и помехозащищённость преобразователя и таким образом снизить влияние внешних и внутренних помех на измеряемый сигнал. На данный момент чувствительность аналого-цифровых преобразователей  у  западных коллег снижена до одной миллиардной от диапазона измерения. Наша задача — разработать российский аналог, максимально убрав шумы и увеличив тем самым точность получаемых значений измеряемой величины.

— Вернёмся к теме актуальных проектов кафедры. Над чем сейчас идёт работа?

— Вторым большим проектом является создание зарядного устройства для электромобилей. Мы не говорим о создании уникального продукта, потому что такие устройства широко применяются на Западе, мы говорим о разработке импортозамещающего российского аналога. Наши разработки направлены на создание устройства на отечественной элементной базе, которая позволит уменьшить габариты прибора, при этом повысить его электрическую мощность и минимизировать энергетические потери.

В сентябре я был приглашён на заседание рабочей группы по энергоэффективности при Совете Федерации России в Казани, где озвучил круг проблем схемотехники, над которыми мы работаем, и крупные частные инвесторы заинтересовались нашими разработками. Учёные ряда стран работают над тем, чтобы создать свой неповторимый внутренний продукт и не зависеть от внешнего рынка. Среди них исследователи и инженеры из Германии, США, Китая.

— В XXI веке внимание учёных всего мира сосредоточено на проблемах сохранения экологии и перехода на альтернативную энергию. Какие разработки в этой области идут на кафедре «Электроэнергетика и электротехника»?

— Мы занимаемся вопросом возможности обеспечения Пензенской области собственной альтернативной электроэнергией. Для создания проекта энергоустановки необходимо правильно оценивать мощность природных ресурсов в конкретных точках местности. Иными словами, необходимо понимать, какой из видов энергии (солнечная, ветровая или гидроэнергия) для частного и промышленного сектора целесообразно использовать. С этой целью мы разработали систему, оценивающую потенциал разных видов альтернативной энергии в автономном режиме. Исследование, проведённое в Пензенской области, показало, что средняя скорость ветра достигает 3–4 м/с, а КПД солнечной энергии вырабатывается приблизительно на 20 %. Поэтому для нашего  региона целесообразно разрабатывать проект комбинированной энергоустановки. Она позволит не только сохранить экологический потенциал области, но и добиться экономической выгоды при сокращении энергопотерь. Сейчас нашим исследованием заинтересовались южные российские регионы, где также высока перспектива использования нескольких альтернативных источников энергии. Исследование проходит в русле мировых тенденций, многие крупные города, находящиеся, например, на береговой линии, уже активно используют энергию ветра и воды.

Второй вопрос, который мы решаем, касается подбора оптимальной локации для размещения ветровой установки. Такой площадкой может являться крыша многоэтажного дома, где скорость потока ветра выше, чем у поверхности земли. Между высотными домами тоже возникают мощные потоки воздуха, которые можно использовать в электроэнергетике. Суммируя результаты исследования, можно говорить о том, что мы создаём энергетический паспорт местности.

— Что в планах работы кафедры?

— Сейчас мы ждём внедрения бесконтактного ультразвукового уровнемера — уникального прибора с высокой точностью измерения, позволяющего управлять насосами водоводных, канализационных и водоочистных сооружений. Благодаря прибору, совместно с частотным управлением электрических насосов,  расход воды и электричества может быть снижен не менее чем на 30%, в абсолютном выражении это экономия до двух миллионов рублей в год на одной подстанции! Бесконтактный уровнемер уже апробирован на объектах Пензенского горводоканала, надеемся, что вскоре он будет внедрён на объектах Пензенского региона.

— Что пожелаете тем, кто стоит на старте научного пути?

— Если вы сомневаетесь, стоит ли вам заниматься наукой, не начинайте. Найдите себя в другой области. Науку нужно любить, с размышлениями о своих разработках нужно засыпать и просыпаться, тогда всё получится, тогда будут высокие результаты.

Беседовала Кристина ЗЛЫДНЕВА,
фото Владимира РАСТОРГУЕВА,
«Университетская газета», № 7 (1771) от 21 октября 2021 года