В рамках данного направления рассматриваются продукты/технологии, связанные с вопросами повышения энергоэффективности, запасения энергии, противодействия природным и техногенным катастрофическим явлениям, экологической безопасности и сохранения арктической экосистемы, очистки водных и земельных ресурсов и др.
Предложение технологии/продукта
Данная работа посвящена актуальному вопросу управления эффективностью сложных энергетических систем Арктической зоны Российской Федерации. Разрабатывается автоматизированная система упреждающего управления с применением методов нейросетевых технологий. Предлагаемая система управления осуществляет анализ текущего значения состояния энергосистем и формирует прогнозные значения, возможные через заданный промежуток времени. Таким образом, система представляет собой гибридную структуру, сочетающую классические регуляторы и нейрорегуляторы, генерирующие сигнал управления. Представленный подход позволяет осуществлять адаптивное, упреждающее управление, а также повысить безопасность энергетических систем.
Объектом исследования является климатоэкологическая система территории Сибири и шельфа восточной Арктики.
Цель работы: оценка последствий климатоэкологических изменений применительно к региону Сибири и Арктического побережья восточной России.
Методы исследования и методология: для получения оценок возможных изменений природной среды используются физико-математические модели, прогнозирующие будущее состояние компонентов климатоэкологической системы.
Инновационный продукт представляет собой аппаратно-программный комплекс (АПК), предназначенный для прецизионной инструментальной очистки коммунально-бытовых стоков по безотходной баромембранной технологии. АПК обеспечивает обеззараживание стоков с одновременным устранением запаха, 20-ти кратное снижение объема стоков за счет получения обессоленной воды, для её использования в оборотном водоснабжении или сброса в водоем рыбохозяйственного назначения. Полученный после очистки концентрат является жидким органическим удобрением. При необходимости возможна поставка комплексов, обеспечивающих бессточную очистку путем испарения оставшейся жидкости.
Кроме того, более усовершенствованные модели комплекса могут быть использованы для обеспечения экологической безопасности промышленного животноводства для производства мясной, молочной и овощной продукции на территориях опережающего социально-экономического развития российского Севера.
Основным конкурентным преимуществом предлагаемой технологии является высокопроизводительная безотходная очистка высококонцентрированных стоков, основанная на физико-химическом и баромембранном инструментальных методах.
По отзывам экспертов реализованная в 2013г. технология не имеет в практическом применении отечественных и зарубежных аналогов.
Затраты на внедрение инновационной технологии в соответствии с ФЗ-7, ст.17 компенсируется государством.
Цель работы: бесперебойное и дешёвое снабжение товарами и продуктами населённых пунктов Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ), а также вывоза полезных ископаемых.
В отличие от самолетов и вертолетов дирижабли обладают рядом преимуществ:
- экономичностью, при транспортировке на одно и то же расстояние грузов одинаковой массы затраты топлива на дирижабле в 2,5–3,5 раза ниже, чем на самолете;
- повышенной безопасностью, обеспечиваемой секционной конструкцией и заполнением гелием;
- экономической эффективностью, т.к. себестоимость перевозки грузов дирижаблем в 3–4 раза ниже, чем для транспортными самолетами или вертолетами, при этом стоимость самого дирижабля в десятки и сотни раз дешевле транспортного самолета, а скорость (до 100км/ч) всего в 3-4 раза ниже, чем у самолета;
- экологичностью, так как не требуются аэродромов, а конструкции для причаливания занимают мало места, практически не уродуют почву, при этом дирижабли не создают шумового или атмосферного загрязнения.
Технология восстановления активности цемента актуальная задача северных территорий, где доставка стройматериалов осуществляется один раз в год, северным завозом. Для повышения активности портландцемента и повышения прочностных свойств композиционных материалов на его основе может быть эффективно использовано введение дисперсных минеральных. Предлагаемые дисперсные минеральные добавки являются отходами горнодобывающей промышленности, по своему химическому составу они близки к химическому составу клинкерных минералов и продуктов их гидратации. Добавки не являются химически активными веществами и не оказывают негативного влияния на стальную арматуру, используемую в железобетоне. Технология проста в применении и может быть использована непосредственно на месте строительства.
Диспергент FINASOL OSR 52 является современным препаратом для борьбы с разливами нефти в море. Продукт зарегистрирован во всех частях света, в большинстве стран, где существуют или разрабатываются оффшорные проекты. Он имеет обширную географию допуска и использования, показав себя универсальным средством, которое работает эффективно в различных климатических условиях с различными типами нефти.
Диспергент FINASOL OSR 52, обладая высокой эффективностью и низким воздействием на экосистему, является оптимальным выбором для целей ликвидации разливов нефти
Цель работы: поиск и разработка эффективных решений в области автоматического картирования ледового покрова. Современное состояние работ по автоматическому картированию ледового покрова (ЛП) носят недостаточно системный характер, ограниченный как по объему исследуемого материала и полноте анализируемой информации, так и по интервалу сбора информации и методам ее обработки. Предлагается технология автоматического картирования ЛП российской Арктики на основе системного подхода, использующего интегрирование ранее накопленных знаний и применение новейших информационных технологий сбора и комплексного анализа данных дистанционного зондирования. Внедрение технологии позволит повысить точность и сократить время картирования ЛП, что благоприятно скажется на деятельности всех субъектов, осуществляющих хозяйственную и климатологическую деятельность в АЗРФ (навигация, разведка и добыча полезных ископаемых, экология и т.п.).
Локальные очистные сооружения (ЛОС) «Блочная станция очистки поверхностных стоков марки «ЛОС-ПСБ-УВМ-3» предназначены для приема и очистки поверхностных сточных вод в условиях вечной мерзлоты.
Локальные очистные сооружения состоят из:
1) блока отстаивания с коагулированием (комбинированный песко-нефтеотделитель (КПН));
2) блока механических фильтров;
3) блока сорбционных фильтров;
4) бака промывной воды;
5) растворно-расходного бака раствора реагента;
6) установок ультрафиолетового обеззараживания воды;
7) илового фильтра.
Поверхностные сточные воды по напорному коллектору подаются в напорный дырчатый смеситель, где смешиваются с реагентом. В зоне отстаивания блока КПН осаждаются скоагулированные загрязнения. После удаления взвешенных и капельных загрязняющих веществ, сточные воды с помощью насосов подаются на блоки последовательно расположенных напорных фильтров. Для удаления тонкодисперсной взвеси и эмульгированных нефтепродуктов служит блок механических фильтров. Для удаления растворенных загрязняющих веществ используется блок сорбционных фильтров.
Обеззараживание очищенных сточных вод предусматривается на установках ультрафиолетового обеззараживания воды. После обеззараживания очищенная сточная вода под остаточным напором направляется на сброс.
В процессе эксплуатации осуществляется периодическая промывка фильтров очищенной водой, хранящейся в баке промывной воды. Грязная промывная вода поступает на сброс в накопительные резервуары, а затем снова подается на очистку по напорному коллектору в блок отстаивания КПН.
В блоке отстаивания устанавливаются сорбирующие боны для удаления всплывших нефтепродуктов.
Контроль расхода сточных вод, подаваемых на очистку, и очищенной воды, подаваемой на промывку, осуществляется с помощью электромагнитных расходомеров.
Преимущества:
1) высокая эффективность очистки сточных вод;
2) экономическая конкурентоспособность;
3) легкость транспортировки и монтажа;
4) простота технического обслуживания;
5) возможность применения в условиях вечной мерзлоты;
6) герметичность, долговечность конструкций.
Проект посвящен оценке возможности применения глубоких эвтектических растворителей для экстракции биологически активных веществ, содержащихся в растениях рода Rhodiola, Euphorbia и Lindelofia и разработке конкретных методов извлечения целевых веществ.
Глубокие эвтектические растворители (deep eutectic solvents, DES) являются относительно новым и малоизученным классом растворителей, представляющих интерес для экстракции биологически активных соединений из растительного сырья. На данный момент исследований, связанных с применением DES в России очень мало, в то время как число публикаций зарубежных научных групп, работающих в этом направлении, с каждым годом растет.
Существуют данные о высокой эффективности экстракции таких биоактивных веществ как различные полифенольные кислоты (розмариновая, хлорогеновая), флавоноиды (рутин, кверцетин) и другие.
Применение экстрагентов на основе DES может привести к увеличению эффективности извлечения целевых соединений, уменьшению энергозатрат, снижению вредного влияния на окружающую среду, поскольку DES обладают такими преимуществами, как низкая токсичность, биоразлагаемость и низкая стоимость.
Разработка эффективных методов экстракции биологически активных соединений из растительного материала с помощью DES является актуальной научно-прикладной задачей, требующей комплексного изучения свойств растворителей и подбора условий экстракции.
В качестве растительного сырья для экстракции биологически активных соединений выбраны ряд растений: Rhodiola rosea, Euphorbia aristata и squamosa, Lindelofia stylosa.
Lindelofia stylosa, как и многие растения семейства Boraginaceae, содержит кофейную, хлорогеновую, розмариновую и литоспермовую кислоты. Эти вещества обладают антиоксидантными, противораковыми и иммуностимулирующими свойствами.
Растения рода Euphorbia являются потенциальными источниками дитерпеноидов, проявляющих противораковую активность. В частности, аналогов таксадиена, являющегося предшественником таксола.
Rhodiola rosea содержит вещества, обладающие иммуностимулирующими, антидепрессантными, ноотропными свойствами, снижают утомляемость и улучшают адаптацию организма человека при больших физических и умственных нагрузках. Rhodiola rosea произрастает в арктических зонах России и Европы и является важным лекарственным растением. Реализация научно-технических разработок по ее использованию относится к одной из задач госпрограммы «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации» – развитию науки, технологий и повышению эффективности использования ресурсной базы Арктической зоны.
Экологичность и энергоэффективность является главным приоритетом современного этапа развития системы обращения с ТБО. С учетом сложившихся мировых и экологических тенденций, в настоящее время большую актуальность получили вопросы поисков экологически чистого способа и технологий утилизации ТБО, а также получения экологически чистого и дешевого энергоносителя, а также высокоэффективных энергетических решений на базе данных источников и технологии.
Предлагаемая к промышленному внедрению уникальная многоцелевая энергетическая установка на базе газификатора твердых топлив, способна абсолютно экологично, надежно и безопасно генерировать тепловую и/или электрическую энергию, сверхэффективным способом. Установка может быть использована как для генерации тепла, так и для выработки электроэнергии или решения других возникающих прикладных задач заказчика (опреснение, сушка, деактивация и т.д.) в условиях АЗРФ. Одна установка средней мощности, при годовом непрерывном цикле работы 8000 часов способна утилизировать до 20 000 тонн отходов вырабатывая при этом электроэнергии или тепловой энергии, которой может хватить на обеспечение электричеством района на 1300 человек или отопление населённого пункта или микрорайона численностью 10 – 12 тыс. человек.
В основе работы установки лежит метод газификации городских и промышленных отходов. В условиях высоких реакторных температур от 1200 до 2000ºС отходы расщепляются и переходят из твердого состояния в газообразное — образуется безопасный горючий синтез-газ, который в дальнейшем может использоваться для получения тепловой и электрической энергии. Газогенератор наклонного типа – вращающийся, может устойчиво перерабатывать (газифицировать) различные виды топлив, в том числе высокозольные и мелкодисперсные, с КПД до 95%. Технология позволяет использовать одну установку для нескольких видов топлив (отходов), соответственно не перестраивая технологические режимы. При этом не требуется тщательного измельчения топлива (ТБПО), куски топлива могут подаваться длиной до 250 мм. Особенностью установки является выход газообразных продуктов с низкой температурой. Таким образом, тепло, выделяемое при горении, не выводится из реактора, а остаётся в зоне горения и используется для получения водорода из водяного пара, реагирующего с топливом в зоне горения. Установка работает в замкнутом режиме, исключая выбросы и загрязнения окружающей среды. В зависимости от нужной энергии, полученные синтез-газ идет либо в котельную, либо для промышленных нужд, горячего водоснабжения и отопления, либо в паровую турбину для выработки электроэнергии. Одним из возможных направлений практического применения, является опреснение морской воды.
Технологические решения и оборудование оригинальны, не имеют мировых аналогов. Установка может быть произведена как из отечественных, так и импортных компонентов. В качестве топлива можно использовать городские отходы: ТБО (хвосты сортировки твердых бытовых отходов), строительные отходы и остатки сноса зданий, отходы лесопаркового хозяйства; промышленные отходы, в том числе пластмассы и автомобильные покрышки; нефтешламы и отходы нефтепереработки; сельскохозяйственные и древесные отходы, в том числе кора, жмых и лузга; выбракованные железнодорожные шпалы; и т.д. Установка работает с высокими экологическими показателями. Из-за малых линейных скоростей потока газа в реакторе применяемая технология обеспечивает крайне низкий вынос пылевых частиц с генераторным газом, что позволяет многократно снизить выброс пыли по сравнению с котлом прямого сжигания. Это позволяет обеспечивать техническое обслуживание установки 1 раз в год, повышая надежность системы (гарантийный срок минимум 10 лет), а также отказаться от многоуровневой и дорогостоящей системы фильтрации.
Использование установок позволит добиться экологически безопасного размещения ТБО и ТПО, снижения негативного влияния свалок на окружающую среду, улучшения санитарного состояния населенных пунктов и экологической обстановки в регионе в целом, повышения качества жизни населения региона и ощутимого снижения стоимости энергоресурсов (существенного сокращения затрат промышленных предприятий), рекультивации существующих свалок и возврата земель в использование, увеличения количества отходов, возвращаемых во вторичное использование, увеличение «срока жизни» существующих полигонов ТБО за счет применения современных технологий обращения и утилизации отходов, что полностью соотносится с задачами госпрограммы «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации».
Энергоэффективность (получение большей отдачи на единицу произведенной и потребленной энергии) является главным приоритетом современного этапа развития. С учетом сложившихся мировых и экологических тенденций, в настоящее время большую актуальность получили вопросы поисков экологически чистого энергоносителя, высокоэффективного и дешевого, а также высокоэффективных энергетических решений на базе данных источников.
Наиболее адекватным решением, является формирование технологий энергии высокотемпературных процессов. При этом важным условием является доступность (возможность получения) различных видов топлива, пригодных для промышленных высокотемпературных процессов, но имеющих низкий уровень выбросов СО2. Среди возможных вариантов – водород, биотопливо и ископаемые виды топлива с CCS.
Предлагаемый к промышленному внедрению многоцелевой энергетический комплекс на базе паросиловой турбинно-водородной установки, способен производить водородосодержащий газ, в безопасном процентном отношении 60-70% в общем объеме, сверхэффективным способом. Всего 5-ти минутное потребление 20 – 24 КВт энергии в индукционном разогревательном контуре с последующим переходом в замкнутый режим работы потребуется для получения 1,163 мегаватта тепловой энергии. Комплекс может быть использован как для генерации тепла, так и для выработки электроэнергии или решения других возникающих прикладных задач в условиях развития АЗРФ.
В основе работы установки лежит не каталитический метод, который реализуется за счет создания электролизеров и использования гремучего газа, а химический, где вода при включении в реакцию небольшого количества углеводорода разлагается, формируя топливо в виде водородосодержащего газа. Установка мгновенного действия. Производится преобразование воды (H2O) в водородсодержащий газ, реализовав формулу H2O + CnH2n+2 = H2 + CO2 в высокотемпературном режиме свыше 1300 – 2000ºС и более, обеспечивающее 100% сгорание всех тугоплавких и трудно сгораемых элементов входящих в состав углеводородного катализатора СnН2n+2, обеспечивая локализацию их в специальных фильтрующих устройствах, тем самым обеспечивая получения на выходе пара и пресной воды.
Получаемый водородосодержащий газ применяется для тепловых и энергетических установок как катализатор горения, что приводит к экономии углеводородов от 2,5 до 5 раз, поскольку соотношение воды к углеводороду составляет 90% к 10%, увеличению мощности энергогенерирующих двигателей на 30-35% и срока их службы в 2 раза, уменьшению выбросов выхлопных газов до 90-99% за счет полного сгорания углеводорода. Отличительной особенностью установки является ее полная безопасность, так как она на 90% заполнена водой, а выработка газа производится без накоплений.
Установка генерации водородосодержащего газа может быть дополнена собственной промышленной моделью и технологическим решением (четвертым контуром энергетического комплекса), позволяющим реализовывать мобильную электрогенерацию без необходимости преобразования тепловой энергии в турбинных установках. Согласно полученным экспериментальным данным сформированная промышленная модель способна вырабатывать 1000 кубометров водородосодержащего газа при расходе воды 20-25 литров в час и любого углеводородного топлива (например, мазута, вом числе обводненного, дизельного топлива, бензина, биотоплива в том числе низкого качества или отработанного масла) в штатном режиме 2,4-2,5 литра в час. Так, на примере дизельной энергогенерирующей установки, 65 литров дизельного топлива заменяется 50 литрами воды и 10 литрами отработанного масла (как углеводорода). При использовании установки с горелкой в отопительном конкуре мазутных котельных для получения требуемой тепловой мощности вместо 90 кг мазута мы тратим 31 литр. При этом никаких дополнительных или существенных требований, которые традиционно предъявляются к мазут содержащему хозяйству у нас нет. Можно использовать любое топливо и мазут хоть перенасыщенный влагой, хоть водонасыщенный – это не имеет значение, поскольку они в конечном итоге идут на соединение с водой и генерацию газа.
На данный момент многоцелевой энергетический комплекс на базе паросиловой турбинно-водородной установки – это то, что поможет предприятиям значительно сэкономить на топливе, получить альтернативную дешевую электро- и/или тепло- энергию в том числе в раках развития Арктических технологий и АЗРФ, снизить загрязнение окружающей среды, за счет снижения в 40 раз выбросов СО2, а также при необходимости диверсифицировать бизнес.
Использование установки позволит добиться снижения негативного влияния на окружающую среду, улучшения санитарного состояния населенных пунктов и экологической обстановки в регионе в целом, повышения качества жизни населения региона и ощутимого снижения стоимости энергоресурсов (существенного сокращения затрат промышленных предприятий), утилизации и увеличения количества отходов, возвращаемых во вторичное использование, увеличение «срока жизни» существующих инфраструктурных объектов за счет применения современных энергоэффективных технологических решений, что полностью соотносится с задачами госпрограммы «Социально-экономическое развитие Арктической зоны Российской Федерации».
Атмосферный аэрозоль играет важную роль в формировании климата, экологического состояния природной среды и переносе вещества в системе «континент-атмосфера-океан». Цель исследований состоит в выявлении и модельном обобщении закономерностей пространственно-временной изменчивости в арктической зоне микрофизических и оптических и характеристик аэрозоля: аэрозольные оптические толщи (АОТ) атмосферы, концентрации аэрозоля и поглощающего вещества – сажи. Определение пространственного распределения и сезонной изменчивости характеристик аэрозоля требует многолетнего накопления данных в каждом из районов арктической зоны.
Били проведены мониторинг характеристик аэрозоля на арх. Шпицберген (Баренцбург), измерения на «Ледовой станции Мыс Баранова» (арх. Северная Земля) и в морских экспедициях на НИС «Академик Мстислав Келдыш» и «Академик Трешников». Основные результаты.
- Сравнительный анализ данных многолетних исследований в районе Баренцбурга и соседним Баренцевым морем показал, что различающиеся природные условия островного и морского районов оказывают разное влияние на отдельные характеристики аэрозоля в приземном слое и во всей толще атмосферы: (а) независимо от варианта сравнения (с дымами или без дымов) различие АОТ в двух районах составляет малую величину (менее 0.02) и проявляется в коротковолновой части спектра – за счет больших значений мелкодисперсной компоненты АОТ в Баренцбурге; (б) более значительно отличаются микрофизические характеристики в приземном слое: в островном районе наблюдаются в 4 раза большие концентрации сажи, но в 2,4 раза меньшие счетные концентрации частиц.
- По результатам многолетнего (2011-2017) мониторинга оценено сезонное изменение характеристик аэрозоля в Баренцбурге в период Полярного дня: (а) в изменении АОТ и счетных концентраций частиц наблюдается тенденция спада от весны к осени, но дальние переносы дымов лесных пожаров, приводят к росту летних значений и нивелированию сезонной динамики; (б) в сезонном ходе концентраций сажи проявляется максимум в августе, а общий диапазон изменения составляет 5,5 раза; (в) более высокие концентрации и вариации сажи, в сравнении с другими полярными станциями, свидетельствуют о наличии в Баренцбурге дополнительного источника поглощающего аэрозоля.
- Сравнение результатов многолетних фотометрических наблюдений на соседних полярных станциях (Баренцбург, Ny-Alesund, Hornsund) выявило небольшое превышение АОТ в более крупном Баренцбурге. Различие АОТ проявилось в коротковолновой части спектра, что свидетельствует о большем содержании мелкодисперсного аэрозоля.
- Анализ пространственного распределения характеристик аэрозоля по данным семи морских экспедиций показ следующее: (а) над Северным Ледовитым океаном, в среднем, наблюдается уменьшение всех характеристик аэрозоля с запада на восток: счетных концентраций частиц от 3,2 до 1,4 см-1, концентраций сажи от 0,04 до 0,02 мкг·м-3, АОТ (0.5 мкм) от 0,078 до 0,03; (б) над Баренцевым и Карским морями проявилась тенденция спада характеристик в северо-восточном направлении (наиболее явно – у концентрации сажи).
1. Проведение сбора отработанных масел по 4-м группам:
– гидравлические жидкости;
– масла двигателей внутреннего сгорания;
– масла газогенераторных установок;
-синтетические масла и жидкости.
2. Оценка основных свойств отработанных масел и их регенерация:
– плотность;
– кинематическую вязкость;
– кислотное (щелочное число);
– зольность;
– наличие воды.
– спектральный анализ фракционного состава.
Производство биотоплив подразумевает использование местных или привозных источников сырья. Доставка к месту производства и применения моторного топлива сырья, а также хранение готового топлива, по сравнению с традиционным нефтяным топливом, практически не несет опасности для арктической экосистемы. Отходы производства моторного топлива, полученного из пищевого сырья, можно использовать для кормления животных, тем самым обеспечивая безотходность производства.
Активное исследование и освоение арктического региона в последние годы осуществляется всеми промышленно развитыми державами, примыкающими к данному региону. Отмечено, в том числе на высшем государственном уровне в нашей строе, что арктический регион имеет особое значение, в частности, для Российской Федерации. Российская Арктика, включающая континентальный шельф, побережье, исключительную морскую экономическую зону, занимает более 30% площади нашей страны. Освоение данной зоны производится, в частности, по следующим направлениям:
- развитие транзитных маршрутов, в первую очередь, Северного морского пути, а также сухопутных транспортных магистралей, включая создание и развитие элементов транспортной инфраструктуры;
- создание и развитие элементов оборонной инфраструктуры;
- добыча и транспортировка полезных ископаемых, в первую очередь, углеводородного сырья, а также редкоземельных металлов и драгоценных камней;
- добыча морских биопродуктов.
Проектирование, строительство и эксплуатация элементов инфраструктуры в рамках перечисленных выше задач обладает повышенной сложностью. Во-первых, известно, что строительство и эксплуатация объектов и сооружений в районах вечномерзлых грунтов связано с повышенным риском возникновения опасных геодинамических процессов, обладающих разрушительной силой. Во-вторых, непредвиденные геодинамические процессы могут привести к необратимой трансформации природных ландшафтов и, соответственно, к деградации экосистемы данного региона.
Наиболее разрушительными такие процессы становятся в районах строительства и эксплуатации объектов особой опасности: объекты нефтегазопереработки и транспортировки, объекты химической промышленности. В качестве отдельного примера можно указать расположенные в районе архипелага Новая Земля пункты приповерхностного захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО), размещаемые в горных породах, находящихся в многолетнемёрзлом состоянии. Деградация строительно-монтажных конструкций таких объектов может вызвать критическую ситуацию во всем Арктическом регионе.
В процессах, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией сооружений в районах вечной мерзлоты производится как оценка текущего их состояния, так и анализ динамики её изменения.
Изменение состояния вечномерзлых грунтов может быть вызвано процессами следующего рода:
1) Локальными воздействиями;
Локальные воздействия, как правило, связаны с антропогенными факторами, в основном – изменениями состояния грунтов в результате строительства данного объекта или объектов в ближнем расположении. Как правило, в результате строительства происходит изменение как механических нагрузок на грунт, так и изменения температурного режима.
2) Крупномасштабными процессами;
Крупномасштабные воздействия в районах вечномерзлых грунтов вызваны, в основном, природными воздействиями. Это, во-первых, сезонные воздействия, связанные с изменением времени года. Во-вторых, это воздействия, связанные с постепенным изменением климатических условиях, в том числе, в северных широтах Российской Федерации. Данный фактор стали принимать во внимание лишь в последние годы, когда среднегодовая температура, по результатам метеонаблюдений за последние 30 лет, повысилась более чем на 0,5 градусов.
В связи с этим, в процессе освоения арктических территорий особую важность приобретает задача непрерывного геотехнического и геоэкологического мониторинга состояния и динамики геологических процессов, связанных как с антропогенным воздействием, так и с природно-климатическими факторами.
На сегодняшний день, решение задачи геотехнического мониторинга осуществляется путем наземных инструментальных измерений, что требует присутствия технически оснащенных бригад специалистов на местах проведения работ.
В рассматриваемых районах Арктической зоны РФ (АЗРФ) вечномерзлых грунтов, помимо этого, такой мониторинг требуется проводить с определённой периодичностью. В связи с трудностями транспортного обеспечения, системная организация таких работ, при осуществлении их наземными способами, потребует весьма значительных финансовых вложений, материальных и человеческих ресурсов.
Учитывая протяженность, разнообразие, малоосвоенность и природно-климатические условия арктической зоны России, очевидно, что опорным источником данных для геомониторинга будут являться средства дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) космического базирования. Актуальность использования радиолокационных средств обусловлена относительно небольшим количеством солнечных дней, пригодных для оптической съёмки и невозможностью получения информации в условиях длительной полярной ночи. Практически, радиолокация является единственным источником получения информации ДЗЗ для этих регионов. С учётом сложности и дороговизны авиационного зондирования, использование космических средств становится безальтернативным.
В рамках проекта ведётся создание комплекса научно-технических решений в области технологии обработки данных космической радиолокационной дифференциальной интерферометрии (КРДИ) для геотехнического мониторинга и прогнозирования состояния природной среды Арктической зоны.
Задачи, решаемые с использованием радиолокационного космического мониторинга в прибрежных арктических районах:
- мониторинг состояния промышленных объектов и объектов инфраструктуры (зданий, портовых сооружений, аэродромов, дорог, трубопроводов) методами РЛ зондирования. Применяемая технология – дифференциальная интерферометрия. Решаемые задачи – контроль за движением поверхности сантиметрового и миллиметрового порядков и предупреждение возможных повреждений и разрушений;
- мониторинг состояния прибрежных акваторий в части характеристик морской поверхности, состояния ледового покрова и состояния судоходства. Применяемая технология – ship detection (обнаружение судов и, в более широком смысле, объектов на морской поверхности, оценка их характеристик: размеров, направления и скорости движения), wave detection (оценка характеристик морской поверхности и приводного слоя атмосферы), slick detection (оценка загрязнённости морской поверхности – задача примыкает в экологической составляющей промышленного освоения арктических регионов), ice detection (фиксация границ ледового покрова, траекторные измерения движения крупных айсбергов и ледовых полей, оценка типов ледового покрова).
Информационно-аналитическая система ПРОСТОР выполняет мониторинг гидрологической обстановки на территории зоны интереса в круглогодичном режиме. При наводнениях формирует ежечасный прогноз зон и глубин затоплений на 24 – 48 часов в оперативном режиме. Реализован сценарный режим работы по принципу: что произойдет, если уровни воды на гидропостах составят то или иное значение, или возникнет определенное сочетание ледовых заторов и их сходов.
Принципиальная отличительная особенность системы ПРОСТОР – полная автоматизация всех этапов работы, включая загрузку данных об уровнях воды с гидропостов (автоматизированных гидрологических комплексов) и метеоданных, формирование контуров и глубин затоплений, их публикацию на ГИС-платформе, определение состава попадающих в зону затопления объектов, персональное оповещение заинтересованных лиц. За счёт автоматизации и облегченного интерфейса обеспечивается максимальная простота работы с системой пользователя, не являющегося специалистом в области гидрологии, обработки данных, информационных и ГИС-технологий. Возможна работа как со стационарных, так и с мобильных устройств пользователей.
В систему загружаются космические снимки с российских КА «Ресурс-П», «Канопус-В», европейских КА «Sentinel-1» и «Sentinel-2». Обработанные и опубликованные снимки дают дополнительную возможность анализа обстановки на контролируемой территории и оценить точность прогноза.
Система является натурной цифровой моделью влияния разнонаправленных тепловых нагрузок (климатических и антропогенных) и сопутствующих фильтрационных процессов на теплофизическое состояния грунтов оснований сооружений. Это весьма сложная установка, связывающая в единую систему 1650 термических датчиков, расположенных в 56 скважинах и 84 шпурах.
Сбор данных о состоянии видов-индикаторов арктических экосистем, таких как, белый медведь, пагофильные виды ластоногих с использованием современных методов, в том числе с применением дистанционных технологий. Работы велись на двух модельных участках в Баренцевом и Карском морях.
Комплексный мониторинг видов индикаторов включал: биотелеметрическое слежение за радиомеченными на Земле Франца-Иосифа и островах Карского моря особями белого медведя, аэровизуальные оценки распределения животных, анализ состояния ледовых местообитаний с применением спутниковых изображений и ледовых карт акваторий российской Арктики.
В рамках приоритетной проблемы развития Арктической зоны Российской Федерации результаты работ, полученные на этом этапе обеспечивают решение вопросов рационального использования природы Арктики при увеличении присутствия человека на арктических территориях.
Бетон на основе связующего портландцемента является главным строительным материалом, применяемым при возведении и развертывании инфраструктурных, стратегических и оборонительных объектов современности. Здания гражданского и военного назначения, дороги, плотины, магистрали и мосты, аэродромы и шахты — более 90% всего построенного выполнено из таких бетонов. За последние 20-25 лет существенных изменений в качестве и физико-механических свойствах данного материала, особенно на территории России так и не произошло, а сам портландцемент, как и его производство, сохранили целый ряд присущих ему проблем и нестабильность в процессе строительного применения.
В последнее десятилетие в строительстве развитых стран наблюдается стремление к получению высокопрочных бетонов и конструкций на их основе. Однако классы (марочность) производимых цементов во всем мире не превышают 52,5, что родило представление об исчерпанности возможностей получения более прочного камня портландцемента и привело к созданию индустрии применения широкого ассортимента химических добавок в бетонные смеси для снижения расхода цемента и получения высокопрочных бетонов. Тем не менее, основная проблема при приготовлении качественного строительного вяжущего остается не решенной, а именно его высокая себестоимость, нестабильность и сложность в приготовлении. В тоже время, современный портландцемент не соответствует ожесточающимся и повышающимся экологическим требованиям (и требования к безопасности) и не является универсальным компонентом с высокой легкостью получения.
Упрощение и совершенствование технологии изготовления высококачественного строительного материала с использованием нанотехнологий, позволяет избавиться от неустойчивости традиционных цементов применяемых при возведении объектов инфраструктуры, дорог и укреплений любого назначения в неблагоприятных условиях внешней среды.
Обеспечивается более экономичное и рациональное использование природных ресурсов в его производстве (в том числе за счет переработки большого спектра отходов), существенно снижается себестоимость и ускоряется выполнение строительных работ, в том числе за счет обеспечения возможности изготовления и использования ячеистого наноцемента на месте строительства без необходимости применения тяжелой техники в любом месте, независимо от природно-климатических и географических условий развертывания, улучшая и обеспечивая гарантированное качество строительства и возведения укреплений, за счет передовых физико-механических свойств материала (морозостойкости, энергоэффективности, высокой экологичности, высокой прочности, стойкости к бактериологическим воздействиям и различного рода излучениям в том числе радиационным, водонепроницаемости, снижение объемного веса без потери прочности). Обеспечивается возможность быстрого получения высокопрочного ячеистого наноцемента широкой гаммы плотностей от 200 до свыше 1400 кг/м3 на местах применения (строительства) при использовании только сухой смеси модифицированного и адаптированного к условиям АЗРФ инновационного строительного материала газофибробетон и воды (в том числе морской), позволяя реализовать монолитное строительство, получить и ускоренно развертывать влагостойкие сооружения и укрепления в рамках решения широкого спектра задач освоения и защиты арктических территорий в условиях низких и сверхнизких температур с возможностью применения в труднодоступных местах (болота, торф, вечная мерзлота) без каких-либо дополнительных подготовительных работ.
Реализация изысканий относительно совершенствования наномодификации цементов и получения строительного материала с передовыми физико-механическими свойствами, ложатся в основу формирования новых перспективных арктических технологий и адаптированных строительных материалов. Получаемый таким образом, ячеистый наноцемент, как ячеистый бетон неавтоклавного (естественного) твердения, в отличии от автоклавного традиционного бетона, не останавливает набор прочности никогда, и практически через год его прочность удваивает свои показатели, при этом сохраняя свою легкость и другие передовые свойства.
Применение в процессе производства нанотехнологий, позволило добиться существенного упрощения технологии получения ячеистого наноцемента в любых условиях арктических территорий, обеспечив возможность изготовления и использования бетона на месте строительства и получения требуемой марки бетона только путем регулирования пропорций воды. Попутно улучшили ключевые физико-механических характеристики и получили новые передовые свойства материала, существенно расширяющие спектр его применимости. Например, в полтора-два раза повышает его активность, увеличивает в 5–10 раз сроки хранения, предоставляется возможность реактивации устарелых и непригодных цементов. Получаемый инновационный материал оказывается дешевле и экономичнее обычного цемента, более того за счет хорошей адгезии (при активации увеличивается в объеме в 2-3 раза), обеспечивая омоноличивание и дополнительное укрепление структур (что крайне важно в горнодобывающей промышленности), не требует особых навыков и прост в обращении (нет необходимости использовать дополнительную тяжелую технику).
Использование специально разработанной модифицирующей нанодобавки, позволяет существенно повысить прочность материала. Эти составляющие, располагаясь на поверхностях фрагментов наполнителя, в поляризованном состоянии направленно воздействуют на процесс образования кристаллогидратов, формируя при этом фибриллярные микроструктуры многомикронного порядка. Следствием этого является существенное упрочнение неавтоклавного ячеистого наноцемента, а также ускорение его твердения. В среднем на 25 – 50% увеличиваются практически все показатели (прочности, морозостойкости, теплопроводности), предъявляемые ГОСТом к ячеистому газобетону, и получаются еще лучшие характеристики, усиленные водоотталкивающими свойствами, что позволяет возводить высокопрочные облегченные плавучие конструкции. Кроме того, с введением модифицирующей добавки ячеистый наноцемент приобретает способность противодействовать высокочастотному излучению и радиации. Готовые литые конструкции, выполненные из предлагаемого к производству инновационного строительного материала можно использовать для осуществления круглогодичного ускоренного монолитного строительства и возведения высокопрочных укреплений, сборных дорог и аэродромов, защитных сооружений в условиях чрезвычайных ситуаций. Круглогодичное строительство также обеспечивается за счет интеграции в производственные процессы сквозных технологий, а именно перспективных многоцелевых энергетических комплектов на базе турбинно-водородной установки.
Полученный адаптированный инновационный строительный продукт отвечает следующим характеристикам: гарантированное качество; простота и надежность в работе; универсальность в применении (в том числе конструкционная); легкость корректировки ячеистого бетона; возможность выпуска ячеистого бетона широкой гаммы плотностей от 200 до свыше 1400 кг/м3 на местах применения при использовании только инновационной сухой смеси и воды; возможность использования при приготовлении морской воды; абсолютная влагостойкость; высокая прочность; постоянный набор прочности в течении всего срока эксплуатации; экономичность; экологическая безопасность и негорючесть; возможность легкой доставки и применения в труднодоступных местах; возможность использования при больших объемах применения; возможность получения любых архитектурных форм и прочных плавучих объектов и конструкций; морозостойкость и возможность использования в условиях экстремальных температур; эксплуатационная надежность; высокие теплоизоляционные свойства; погашение шумов и вибрации; стойкости к бактериологическим воздействиям и различного рода излучениям в том числе радиационным; увеличение объема при «росте» и возможность использования для консервации и «обратной отсыпки»; облегченный вес без потери прочности; большая текучесть и возможность заполнения всех трещин, полостей, раковин, упрощая и ускоряя реконструкционные, восстановительные и защитные работы в том числе в условиях ЧС.
Специальная многокритериальная система осуществляет балльно-рейтинговую сравнительную оценку экологической безопасности альтернативных вариантов размещения опасных производственных объектов (ОПО). Производится в два этапа.
Этап 1: Определение значений критериев экологической безопасности и их сравнительный анализ.
На этом этапе происходит:
- тестирование потенциальных критериев (отбор тех, для которых в сравниваемых ситуациях могут быть с равной степенью репрезентативности определены эмпирические значения)
- и определение эмпирических значений для критериев, успешно прошедших тестирование.
Этап 2: Обобщающая балльно-рейтинговая многокритериальная оценка, для проведения которой предварительно определяются значения всех критериев, отобранных при тестировании.
Для сведения полученных результатов в общую сравнительную балльную оценку используются 4 конкурентных метода, различающиеся степенью детализации учёта индикаторной значимости критериев и соотношения разнотипных участков объекта.
Сопоставление результатов применения 4 методов сравнительной оценки позволяет выявить наиболее безопасный вариант размещения объекта и определить степень его превосходства над остальными.
Назначение. Технология позволяет осуществлять предпроектную сравнительную оценку экологической безопасности альтернативных вариантов дислокации ОПО Арктики и континентального шельфа.
Преимущества перед существующими аналогами. Подготовка полной составляющей природоохранной проектной документации для опасного производственного объекта требует выполнения большого объёма дорогостоящих и трудоёмких работ, связанных с выполнением серии разноплановых инженерных изысканий, разработки томов Оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС), Перечня мероприятий по охране окружающей среды (ПМООС или МООС).
Применение предлагаемой технологии многокритериальной оценки позволяет избежать большинства этих затрат. Для отбора критериев и определения их значений требуются гораздо менее полные и намного более быстрые, выборочные целевые инженерные изыскания, результаты их также обрабатываются по упрощённой краткой схеме. В итоге худшие, наиболее экологически опасные варианты размещения выбраковываются в самом начале проектирования с минимальными трудовыми, временными, финансовыми затратами, а дальнейшую полную процедуру проектного цикла проходят лишь наилучшие варианты, выдержавшие предварительный отбор.
В целом, экономический, социальный и прочие положительные эффекты от разработанной технологии обусловлены:
- увеличением экологической безопасности транспортного и промышленного строительства, сохранением морских биоресурсов;
- существенной (на порядок величин) экономией средств федерального, регионального и местного бюджета и инвесторов, расходуемых на обоснование выбора размещения транспортных и производственных объектов, на их проектирование и строительство;
- очевидными положительными экстерналиями безопасного развития транспортно-промышленной системы для населения региона;
- и, соответственно, минимизацией прямого техногенного воздействия и его негативных экстерналий для населения;
- развитием образования и науки: в высшем образовании – разработанная технология может быть широко использована при подготовке специалистов в области экологии, технологий управления свойствами экосистем и биологических объектов иных рангов, охраны окружающей среды и рационального природопользования;
- повышением качества жизни: повышение качества жизни людей и их экологической безопасности будет обусловлено выбором наиболее экологически безопасных вариантов размещения производственных объектов на самой ранней стадии проектирования;
- сохранение объектов культурного наследия благодаря предусмотренному технологией учёту критериев, непосредственно характеризующих безопасность объектов культурного наследия.
В настоящее время в России охотничьи тенденции далеки от принципов устойчивой эксплуатации природных ресурсов:
- Охотничье законодательство не способно выступать в роли регулирующего механизма;
- Нет мониторинга состояния видов, подвидов и популяций;
- Нет учета добычи;
- Процедура получения ружья и охотничьего билета значительно упростилась;
- Отменен обязательный экзамен по Охотминимуму;
- Территориальной единицей управления не является «пролетный путь»;
- Элементарной единицей управления не является «миграционная популяция»;
- Весенняя охота;
- Отсутствие обязанности охотников сдачи Охотминимума и его несовершенство;
- Несовершенство Правил охоты;
- Несовершенство Статьи 11 (п. 2) Федерального Закона № 209-ФЗ от 24.07.2009 (Перечень);
- Отсутствие научного подхода к рациональной эксплуатации популяций гусеобразных;
- Отсутствие параллельного изменения охотничьего законодательства и практики охоты, поскольку существуют противоречия в природоохранном и охотничьем законодательстве, в результате которых, охрана ряда видов гусеобразных, становится невозможной.
В настоящее время остро ощущается дефицит данных по численности и распределению многих видов водоплавающих птиц. Одним из наиболее эффективных методов сохранения гусеобразных птиц является создание зон покоя дичи в период весенней и осенней охоты. Для обоснования создания таких зон необходимы не только знания по обилию и динамике популяций гусеобразных, но также выявление ключевых участков остановок охотничьих и редких видов в период миграций. На огромных труднодоступных пространствах единственным возможным способом получения таких данных является обследование территории с помощью авиации.
Применение крупных летательных аппаратов, таких как АН-2 или МИ-8, существенно ограничивает возможности наблюдений и учетов птиц и очень дорого. С развитием сверхлегкой авиации открылись совершенно иные перспективы.
В ЯНАО, НАО, ХМАО-Югре и Красноярском крае созданы и внедрены:
- методика авиаучета со сверхлегких самолетов и статистической обработки данных (весенняя и осенняя миграция, места размножения и линьки);
- использование снимков Landsat для определения участков экстраполяции;
- использование GSM мечения для определения сроков и мест учетов;
- методика выявления ключевых территорий для создания там ООПТ;
- методика оценки численности и успеха размножения ряда видов, оценку динамики численности.
Основу технологии составляют высокопроизводительные вычислительные модели и алгоритмы для описания термохронологии геодинамических процессов в земной коре. Предложенные алгоритмы обеспечивают выполнение дискретных законов сохранения энергии, и могут быть эффективно реализованы на современных многоядерных суперЭВМ.
Запрос на технологию/продукт
Технология очистки воды источника «Центральный» г. Кировска от ионов алюминия должна обеспечить соответствие воды требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.» по содержанию ионов алюминия и величине рН в питьевой воде.