Возможности цифровизации арктических посёлков на примере Тикси

Возможна ли трансформация Тикси в «умный город»? Да. И вот почему. Во-первых, Тикси – это целая арктическая агломерация, включающая, помимо самого посёлка, морской порт, аэропорт совместного базирования, военный городок и геокосмофизическую обсерваторию. Во-вторых, Тикси – это стратегический форпост России на Крайнем Севере, опорный порт Северного морского пути. А в-третьих, природно-климатические условия таковы, что жители Тикси нуждаются в дополнительных возможностях общения между собой, с представителями власти и со всем миром.

Целесообразна ли цифровизация? Опять же – да. Но подходы к финансированию проекта цифровизации должны быть несколько иными и отличаться от тех, которые практикуются в российских «материковых» городах с населением от 100 тыс. человек. Там основная составляющая возврата инвестиций – тариф на услуги связи, а ключевым в случае с Тикси является синергетический эффект.

То есть инвесторы могут получить не только и не столько немедленный экономический эффект от реализации проекта трансформации Тикси в «умный город», но и отложенный стратегический. В условиях иссякаемости углеводородных запасов это может иметь особую значимость, в том числе, для вертикально-интегрированных нефтегазовых компаний (ВИНК), поскольку создаёт новую нишу для развития бизнеса, основанного на бесперебойном обеспечении «умной агломерации» энергетическими, технологическими и человеческими ресурсами.

Известно, что ПАО «НК «Роснефть» приступает к освоению нефтегазовых участков на шельфе АЗРФ:     

Как заявлено на сайте компании, её деятельность реализуется в соответствии с Программой инновационного развития, утверждённой Советом директоров компании. Программа ориентирована на достижение стратегических целей и исходит из стратегических приоритетов, таких как эффективность, устойчивый рост, прозрачность, социальная ответственность и инновации. 

Программа обеспечивает формирование комплекса мероприятий, направленных на: 

- разработку и внедрение новых технологий;

- разработку, производство и вывод на рынок новых инновационных продуктов и услуг, соответствующих мировому уровню;

- содействие модернизации и технологическому развитию компании путём значительного улучшения основных показателей эффективности производственных процессов;

- повышение капитализации и конкурентоспособности компании на мировом рынке. 

В то же время, учёные Института мерзлотоведения Сибирского отделения РАН оценили, что около 40% территории Якутии подвержено опасным явлениям при таянии вечной мерзлоты, деградация которой усиливается из-за глобальных климатических изменений. 

А учёные национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (ВШЭ) оценили, что выход метана в Арктике может приносить ежегодный ущерб России порядка $80 млрд.  При этом эксперты уверены, что непроизвольный выброс метана из арктических шельфовых гидратов в атмосферу Земли из-за таяния подводной мерзлоты может свести на нет все усилия человечества по предотвращению глобального потепления климата. 

Заместитель директора Института мерзлотоведения Сибирского отделения РАН по научной работе Александр Фёдоров считает ситуацию в Якутии из-за таяния вечной мерзлоты критической. «Климатологи уже определили, что глобальное потепление в Арктике и Субарктике идёт примерно в 2-2,5 раза интенсивнее, чем в остальном мире. Это напрямую сказывается на вечной мерзлоте. По нашим мониторинговым наблюдениям, активизация криогенных процессов с таянием вечной мерзлоты в Якутии началась в начале 1980-х годов, с тех пор идёт её нарастающее усиление», – рассказал Фёдоров. По его словам, особенное усиление наблюдается в последние два десятилетия. Реакция вечной мерзлоты на изменения климата зависит от ландшафтов: например, лес способен защитить многолетнемёрзлые породы от потепления, тогда как открытые безлесые участки, такие как тундра, несут всю тяжесть изменений в современных условиях. 

Во время экспедиции на НИС «Мстислав Келдыш» летом 2020 года международная группа в составе шестидесяти исследователей обнаружила мощные выбросы парникового газа на глубине до 350 метров в море Лаптевых на обширной территории в 600 км от берега РФ. В шести точках мониторинга на территории дна длиной 150 км и шириной 10 км они обнаружили облака пузырьков, вышедших из отложений. На одном из участков дна моря Лаптевых на глубине около трёхсот метров концентрация метана доходила до 1600 наномолей/литр, что в четыреста раз выше, чем можно было бы ожидать, если бы море и атмосфера находились в равновесии. 

По результатам геохимических исследований оказалось, что выделение метана идёт из древнего глубинного источника в земной коре под морем Лаптевых. Метан можно отнести к парниковому газу, который способствует глобальному потеплению: его согревающий эффект в восемьдесят раз сильнее, чем у СО₂. Пока большинство пузырьков растворяются в воде, но уровень метана на поверхности до восьми раз выше, чем бывает обычно, и он потихоньку начинает выходить в атмосферу. 

Следует заметить, что Тикси является одним из наиболее близких к упомянутым залежам газогидратов населённых пунктов. Если потепление в Арктике продолжится, может случиться резкое разрушение слоя мерзлоты, и в атмосферу единовременно будет выброшена огромная масса метана. А это отразится на климате не только Арктики, но и планеты в целом.   

Вместе с тем, наряду с опасностью, Мировой океан таит в себе и массу возможностей. До недавнего времени распространение возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как энергия ветра и солнца, происходило исключительно на земле. Энергия океанов оставалась практически незадействованной. Но времена меняются. Сегодня к «морским» видам ВИЭ можно отнести:

- Энергию ветра,

- Энергию волн,

- Энергию прилива,

- Энергию морских течений,

- Энергию, получаемую из-за различий температур на различных глубинах океана (преобразование тепловой энергии океана в электрическую),

- Энергию, получаемую из-за различий содержания соли в солёной и пресной воде (осмотическая энергия).

Принимая во внимание перечисленные угрозы и возможности, разработку технологий использования «морских» ВИЭ для нужд Тикси можно вполне отнести к инновационной деятельности. Равно как и технологии по сбору и использованию гидрата метана. Китай успешно добыл 120 тыс. м3 этого горючего льда со дна Южно-Китайского моря ещё в 2017 году, а японская компания Japan Oil, Gas & Metals Corp. не только добыла гидрат метана, но и выделила из него сам газ. 

Однако не стоит забывать, что корни изучения газогидратов изначально российские. Ещё в 1970 году в Государственный реестр открытий СССР было внесено научное открытие «Свойство природных газов находиться в твёрдом состоянии в земной коре» под № 75 с приоритетом от 1961 г, сделанное В. Васильевым, Ю. Макогоном, Ф. Требиным, А. Трофимуком и Н. Черским. После этого геологические исследования газовых гидратов получили широкое распространение в мире.

Отметим, что, помимо собственно источника энергии, газогидраты могут стать спасением от парниковых газов, что позволит остановить или, по крайней мере, замедлить глобальное потепление. Освободившиеся от метана пустоты можно заполнять углекислым газом. 

Таким образом, пункты Программы инновационного развития ПАО «Роснефть» коррелируют с глобальными задачами по купированию выбросов метана и развитию ВИЭ в регионе. В обмен на инвестиции компания может получить уникальный ресурс: настраиваемый по индивидуальным параметрам мониторинг погоды и ледовой обстановки, осуществляемый геокосмофизической лабораторией «Тикси», а также пользоваться, в случае необходимости, создаваемой в Тикси аварийно-спасательной службой и медицинским обслуживанием, плюс возводить на территории вахтовые посёлки. 

Филиал «Сахателеком» ПАО «Ростелеком», в свою очередь, мог бы заняться непосредственной реализацией проекта трансформации Тикси в «умный город». Своими силами, или, например, совместно с ПАО «Мегафон» необходимо будет создать программно-аппаратный комплекс (ПАК) и телекоммуникационную инфраструктуру (прокладка оптоволокна и т.п.), обеспечивающие функционирование в суровых климатических условиях.

Если заложить в проект укладку 20 км оптоволокна (15 км магистральных каналов и 5 км «последней мили»), установку камер видеонаблюдения, датчиков и компьютеров, создание ПАК и базы данных, оборудование ситуационного центра, обучение персонала и жителей, с учётом подключения около десяти административных и муниципальных зданий, сумма необходимых инвестиций может составить порядка 100 млн. руб., то есть два среднегодовых бюджета Тикси. Безусловно, эти цифры приблизительные и не учитывают, например, затраты на капитальное строительство.

При этом инвестиции в ПАК и инфраструктуру не будут безвозвратными. Операторы связи могут зарабатывать как на диверсифицированном тарифе, так и за счёт добавления новых услуг (интерактивное телевидение и т.п.).

Важным условием трансформации Тикси в «умный город» является вовлечённость жителей. Администрации муниципального образования необходимо вести разъяснительную работу о практической пользе цифровизации и установить в посёлке соответствующие информационные щиты. Целесообразно рассмотреть вопрос о предоставлении по льготным арендным ставкам ноутбуков и смартфонов или бесплатную раздачу б/у устройств. 

Согласно концепции Минстроя РФ, «умный город» включает следующие компоненты:

Полезная занятость предполагает участие жителей в коммерческих и некоммерческих проектах. Коммерческие проекты, например, неполная занятость в сфере обслуживания, подразумевают материальное вознаграждение за участие в них (деньги, товары и т.п.), а некоммерческие – начисление конвертируемых бонусов, скидок при заказе товаров и/или услуг. В полезную, особенно неполную занятость, могут быть вовлечены и жители военного городка Тикси-3 (офицеры вне дежурства и их семьи).

Также в цифровой платформе могут присутствовать следующие полезные модули:

- Модуль предзаказа товаров (в том числе в рамках северного завоза через АО «Якутоптторг») и/или услуг, интегрированный с платёжной системой. При раннем заказе товаров и/или услуг могут быть предусмотрены скидки;

- Модуль калькуляторов с подсказками для планирования семейного бюджета, оптовых скидок в зависимости от объёмов закупок и т.п.;

- Модуль частных объявлений, в том числе в области экономики совместного потребления (шеринга);

- Модуль совместной работы над проектами с мониторингом хода их реализации и качества исполнения;

- Модуль обучения IT-ориентированным прикладным задачам, в том числе в рамках неполной занятости;   

- Модуль бизнес-обучения желающих стать предпринимателями с онлайн консультацией специалистов из Москвы (Якутска).

Цифровая платформа должна предлагаться как в компьютерной, так и в мобильной версиях, причём на предлагаемых в аренду или безвозмездно раздаваемых б/у устройствах ЦП может быть предустановлена.  

«Цифровой двойник города» – это прототип города реального, на базе которого можно анализировать жизненные циклы объектов, их реакцию на возможные изменения и внешние воздействия. Это точное отображение реального города в цифровой реальности, информация к которому поступает с различного рода датчиков, систем мониторинга и счётчиков ресурсов. Цифровой двойник позволяет проводить предиктивную аналитику, ставить виртуальные эксперименты, получать информацию и прогнозировать поведение объектов. Цифровой двойник поможет синхронизировать и связать воедино все внутренние структуры города: водоснабжение, электрификацию, услуги здравоохранения и образования, безопасность. С помощью ситуационного моделирования проще увидеть общую картину города и ускорить процессы обмена информацией между различными структурами. 

«Цифровой двойник» целесообразно создавать на базе дата-центра (центра хранения и обработки данных, ЦХОД), размещённого либо во вновь построенном, либо в пригодном пустующем здании после ремонта и переоснащения. Для максимальной эффективности он также должен быть совмещён с научно-практическими объектами посёлка (действующими и перспективными), включая геокосмофизическую обсерваторию. «Интеллектуальный центр городского управления» предполагает внедрение единой диспетчерской службы города, обладающей электронной базой актуальных сведений о параметрах функционирования города. Работа диспетчерской службы должна быть синхронизирована со всеми экстренными службами и организациями, отвечающими за работу городской инфраструктуры, и обеспечивать выполнение сценариев реагирования на различные кризисные ситуации.

В части внедрения интеллектуального учёта коммунальных ресурсов необходимо оснастить соответствующим оборудованием системы водоснабжения и, особенно, центрального отопления посёлка. Поскольку часть жилого фонда пустует, эффективность подачи тепла снижается, а его поставщик несёт убытки. Уличные датчики должны быть связаны с автоматизированными узлами управления отоплением каждого многоквартирного дома, с тем чтобы перераспределять тепло и обеспечивать пустующие квартиры минимальной температурой (в зависимости от условий внешней среды), препятствующей размораживанию труб и радиаторов отопления. На основании данных, получаемых от каждого дома, и мониторинга состояния внешней среды возможно регулировать температуру подачи воды в теплотрассы. Также минимум один датчик температуры должен находиться в каждой квартире. Возможно применение автономных решений, таких как «биконы», работающие, в среднем, три года:    

Безусловно, интеллектуальных систем учёта и перераспределения воды недостаточно. Должна быть проведена балансировка стояков системы отопления; фасады многоквартирных домов и административных зданий (ЦРБ, школа и т.п.) должны быть утеплены, а окна – заменены на пластиковые, энергосберегающие. 

Каждую квартиру необходимо оборудовать счётчиками горячей и холодной воды, а также приборами учёта электроэнергии, передающими показания онлайн. Анализ данных поможет индивидуализировать тарифы и прогнозировать пиковые нагрузки. 

Административные здания, в свою очередь, также могут быть оснащены датчиками температуры для оптимизации режима подачи воды, а коридоры – датчиками движения, выключающими освещение при его отсутствии. Такие датчики способны сэкономить до 35% потребляемой электроэнергии. 

Функция цифровой платформы по учёту заявок на коммунальные услуги (сантехнический ремонт и т.п.) позволит оперативно отслеживать их исполнение. Пользователь при этом сможет в режиме онлайн контролировать время принятия заявки к исполнению, сопоставляя с фактическим временем оказания услуги. Здесь же авторизованные пользователи смогут оставлять свои отзывы и комментарии.

Внедрение систем мониторинга состояния зданий может включать измерение температуры в местах общего пользования, отслеживание исправности систем противопожарной безопасности и оповещение о чрезвычайных ситуациях. Особую важность имеет мониторинг состояния многолетней мерзлоты вблизи фундаментов зданий. Датчики измерения температуры грунта могут устанавливаться параллельно с термосифонами – сезонно-охлаждающими устройствами:  

Также целесообразно внедрить систему автоматизированного уличного освещения, включающую и выключающую фонари в зависимости от реальной освещённости.

Из вышеперечисленного функционала «умного города» РФ с населением более 100 тыс. человек наиболее актуальными для Тикси являются внедрение системы информирования о чрезвычайных ситуациях и установка морозоустойчивых камер видеонаблюдения.

Частичная автоматизация обращения с твёрдыми коммунальными отходами может включать расчёт нагрузки мусоросжигательной установки посёлка в зависимости от предварительных заявок жителей, в том числе на утилизацию крупногабаритного мусора. Система онлайн-мониторинга атмосферного воздуха не особенно актуальна ввиду незначительности вредных выбросов, в отличие от гидрометеорологических наблюдений за его температурой. А системе онлайн-мониторинга воды можно поручить контроль не только над её качеством (в этом пока нет необходимости), но и над состоянием водозабора на озере Мелкое.

Реализация проекта трансформации Тикси в «умный город» предполагает создание единой городской инфраструктуры сетей связи, управляемой из ситуационного центра, а интеграция с такими федеральными операторами, как «Почта России», позволит синхронизировать обработку почтовых отправлений и, особенно, посылок. Не секрет, что современные жители часто пользуются услугами агрегаторов по онлайн-заказу и последующей почтовой доставке товаров. Это актуально и для жителей, включая военный городок. Поскольку СБЕР активно трансформируется в экосистему, желательно наладить с ним взаимодействие, в том числе через его отделение в Тикси. 

Введение электронных карт для жителей и гостей посёлка пока преждевременно. Что касается информирования туристов, то оно может осуществляться через профильные структуры и турагентства путём информирования как о новых маршрутах, скидках и т.п., так и о погодной обстановке, опасностях или чрезвычайных ситуациях.   

Таким образом, из функционала "умного города РФ с населением более 100 тыс. человек" в Тикси выпадает только сегмент транспорта и связанных с ним цифровых решений (светофоры и т.п.).     

Реализация проекта «Тикси – умный город» может осуществляться с использованием механизма муниципально-частного партнёрства (МЧП), где в качестве государственного партнёра выступит муниципалитет, а в качестве частного – одна или несколько корпораций с государственным участием. Альтернативой МЧП может быть консорциум. В любом случае, проект должен быть объединён с уже реализуемыми, такими как «Единый Булун», «Энергоэффективное поселение Арктики» и НОЦ «Север: территория устойчивого развития», что обеспечит синергетический эффект от их внедрения. 

Трансформацию целесообразно начать со следующих технических решений, принимая во внимание, что за каждым техническим решением могут стоять политико-экономические и стратегические интересы каждого из потенциальных участников проекта:    

1.       Синергетическое слияние двух проектов инфраструктуры связи: Arctic Connect и «Единый Булун». Кабельные подводно-надводные решения могут оказаться эффективнее спутниковых, но необходимо учитывать уже созданную в рамках проекта «Единый Булун» инфраструктуру.

2.       Выбор объекта для обустройства ситуационного центра и поселкового центра хранения и обработки данных (дата-центра). Возможно, на базе геокосмофизической обсерватории «Тикси» с пристройкой ситуационного и дата-центра.

3.       Выбор технологической платформы. Основной претендент на внедрение решения – ПАО «Ростелеком».

4.       Выбор поставщика аппаратных решений (в том числе б/у смартфоны и планшеты для населения). Возможно, ПАО «Мегафон». Поставщики датчиков контроля температурного режима, камер наблюдения, термосифонов и т.п. будут определяться отдельно. При этом допустим сценарий, при котором, например, ПАО «Ростелеком» выступит генеральным подрядчиком и будет привлекать остальных участников технологической части на условиях субподряда.    

В заключение необходимо  заметить, что возможная трансформация Тикси в «умный город» – это не только путь к повышению комфорта и созданию новых удобств для его жителей, но и их максимальное вовлечение в  социально-экономические и научно-практические процессы, включая участие в дискуссиях и голосованиях, проводимых на цифровой платформе, инициирование новых проектов, обмен информацией и ресурсами, а также участие в мониторинге и анализе изменений во внешней среде.

Автор: Владимир Тишак, арктический сержант.