ELEKTROTEHNIKAS UN ENERĢĒTIKAS ZINĀTNE LATVIJĀ

Īsa enerģētikas un elektrotehnikas nozaru zinātnes vēsture Latvijā

Rīgas Politehniskajā augstskolā un vēlāk - Rīgas Politehniskajā institūtā enerģētikas un elektrotehnikas jomās pirms Pirmā pasaules kara darbojās vairāki ievērojami zinātnieki. Nozīmīgu ietekmi pasaulē elektrisko mašīnu attīstībā ir devis profesors Engelberts Arnolds. Milzīga loma vispasaules elektrifikācijā bija arī bijušajam RPI studentam Mihailam Doļivo-Dobrovoļskim, kas 1889. gadā izgudroja trīsfāžu asinhrono īsslēgto elektrodzinēju un daudzas citas elektroiekārtas, kā arī bija pasaulē pirmās trīsfāžu maiņstrāvas augstsprieguma elektrolīnijas galvenais inženieris.

Pēc Latvijas Universitātes nodibināšanas 1919. gadā jau rudenī Mehānikas fakultātē tika uzsākta arī studentu apmācība elektrotehnikas un enerģētikas jomās.

Pēc Otrā pasaules kara beigām atjaunojās Latvijas Valsts universitāte (LVU), kur zinātnisko un mācību darbu atsāka daudzi pirmskara laika speciālisti - J. Demants, E. Šterns, J. Zābergs, I. Putniņš, K.Tabaks, Ē. Jankops un citi. Pasniedzēju kvalifikācijas pilnveidošanai tika sākta to iesaiste aspirantūras studijās - sākumā sūtot uz Maskavas un Ļeņingradas augstskolām un pakāpeniski veidojot aspirantūru arī Latvijā.

Pēc Latvijas Zinātņu akadēmijas(LZA) nodibināšanas tika izveidots Fizikālās enerģētikas institūts, kurā pētniecības darbu enerģētikā un elektrotehnikā uzsāka A. Kroģeris, V. Apsītis, V. Kucevalovs un citi jaunie zinātnieki. Viens no pirmajiem lielajiem jaunizveidotās zinātniskās institūcijas uzdevumiem bija izstrādāt jaunu elektroapgādes sistēmu pasažieru vilcienu vagoniem. Šajā vēstures posmā tika publicēts simtiem zinātnisko rakstu, monogrāfiju, saņemti patenti, kā arī izveidoti iekārtu prototipi, kas tika ieviesti ražošanā. Tapa nozīmīgas monogrāfijas par pašierosmes sinhronajiem ģeneratoriem, elektronisko loģisko sistēmu izveidi, pusvadītāju pārveidotājiem, kā arī induktormašīnām.

Vienlaikus zinātniskie pētījumi elektrotehnikā un enerģētikā tika veikti arī Rīgas Politehniskajā institūtā (RPI), kurā tika atklāta aspirantūra, par darbu vadītājiem uzaicinot LZA vadošos zinātniekus. Nopietnus un plašus pētījumus elektrisko lauku nozarē veica profesors K. Tabaks ar savu zinātnieku grupu.

Lielākā zinātnisko pētījumu daļa elektrotehnikā RPI veikta sadarbībā ar LZA un Rīgas Elektromašīnbūves rūpnīcu. A. Kroģera bijušā audzēkņa Dr. L. Birznieka vadībā no 1966. gada līdz 1969. gadam tika veikta pasaules mēroga zinātniskā izstrādne - izveidota un aprobēta lieljaudas elektrotransporta vilces dzinēju bezkontakta ātruma regulēšanas sistēma uz tiristoru bāzes. Vēlāk profesors I. Raņķis apkopoja teorētiskos un praktiskos rezultātus monogrāfijā par šādu sistēmu izveides un optimizācijas principiem. Izmantojot šo izstrādni, seši elektrovilcieni tika aprīkoti ar principiāli jauniem ātruma regulatoriem un sekmīgi darbojās Latvijā no 1969. gada līdz 1999. gadam, kad ekspluatāciju pārtrauca pēdējais vilciens.

Vienlaikus LZA un RPI kolektīvos attīstījās arī zinātne elektroenerģētikas un siltumenerģētikas jomās, strādājot pie relejaizsardzības un automātikas sistēmām, elektroenerģijas ražošanas, pārvades un sadales procesu automatizācijas un optimizācijas, veidojot zinātniskās skolas šai jomā. 1960. gadā Elektroenerģētikas fakultātē sāka strādāt profesors V. Fabrikants, pēc kura ierosmes tika radīta Pusvadītāju releju aizsardzības zinātniskā problēmu laboratorija, kas vēlāk bija atzīta visā PSRS un kurā pētīja pusvadītāju tehnikas izmantošanu energosistēmu relejaizsardzībā un automātikā. Laboratorija ļāva būtiski paplašināt zinātniskajos pētījumos iesaistīto jauno inženieru loku un tādējādi sagatavot vairāk augstākās kvalifikācijas pašmāju speciālistu.

1986.gadā tika atklāta RPI EEF Elektromehatronikas zinātniski pētnieciskā laboratorija, ko izveidoja un vadīja prof. L. Ribickis. Laboratorijā tika izstrādātas un ieviestas dažādu veidu un jaudu regulējamas maiņstrāvas piedziņas ūdensapgādes sistēmu centrbēdzes sūkņiem. J. Greivuļa un L. Ribicka sadarbības rezultātā izstrādātas un patentētas vairāk nekā 50 dažādas elektroiekārtas rūpnieciskām tehnoloģijām. Profesors J. Greivulis bija aktīvs izgudrotājs, un viņa vadībā tika iegūti vairāk nekā 200 patenti.

Zinātne elektrotehnikas un enerģētikas nozarēs Latvijā 21. gadsimtā

Vērtējot pēc zinātniskajai pētniecībai piesaistītā finansējuma, publikāciju skaita, kas indeksētas starptautiski atzītās datubāzēs, kā arī pēc to citējamības, viennozīmīgi var apgalvot, ka 21. gadsimtā nozīmīgākais zinātniskās pētniecības centrs elektrotehnikā un enerģētikā Latvijā ir Rīgas Tehniskā universitāte (RTU). Atsevišķi pētījumi šajās jomās Latvijā tiek veikti arī Fizikālās enerģētikas institūtā un Latvijas Lauksaimniecības universitātē.

Zinātnes un tehnoloģiju pārnese elektrotehnikā un elektroenerģētikā, siltumenerģētikā un vides inženierzinātnēs Latvijā galvenokārt tiek īstenota RTU Enerģētikas un elektrotehnikas fakultātē (EEF). Fakultātes trīs institūti -Industriālās elektronikas un elektrotehnikas institūts, Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūts un Enerģētikas institūts - jau vairākus gadus zinātnē ir rezultatīvākie institūti RTU gan piesaistītā finansējuma, gan zinātnisko publikāciju, gan aizstāvēto doktora disertāciju ziņā. Laika posmā no 2010. līdz 2016. gadam EEF elektrotehnikas un enerģētikas jomās kopumā ir aizstāvēti 92 promocijas darbi, kas Latvijai ir milzīgs skaitlis. Šajā laikā EEF zinātnē ir piesaistīts arī Latvijas mērogiem nozīmīgs finansējuma apjoms gan zinātnes bāzes finansējuma formā, gan līgumdarbu, gan zinātnisko projektu formā, kas iegūts konkursa kārtībā. (..)

Ārpus EEF pētniecība siltumenerģētikā tiek veikta vēl divās RTU fakultātēs: Būvniecības inženierzinātņu fakultātē (BIF) un Mašīnzinību, transporta un aeronautikas fakultātē. Enerģētikas jomā RTU darbojas vēl Materiālzinātnes un lietišķās ķīmijas fakultāte, kur tiek pētīti biomasas konversijas procesi ar mērķi iegūt šķidrās degvielas, kā arī realizēti transporta degvielu īpašību pētījumi. Ar biodegvielu tematiku nodarbojas arī RTU BIF Ūdens inženierijas un tehnoloģijas katedrā, kur tiek veikti pētījumi par inovatīvām tehnoloģijām biodegvielu iegūšanai no atkritumiem. Visas pētnieku grupas, kas veic pētījumus enerģētikā, elektrotehnikā, kā arī vides inženierzinātnēs RTU ietvaros, jau vairākus gadus ir apvienotas vienotā "Enerģijas un vides" pētniecības platformā ar mērķi paaugstināt turpmāko pētījumu starpdisciplinaritāti.

Pēdējā desmitgadē RTU EEF elektrotehnikas nozarē ir strādāts pie tehnoloģijām energoefektivitātes paaugstināšanai, energoelektronikas pārveidotājiem elektriskai piedziņai, robotikai, atjaunojamo energoresursu izmantošanai, elektroenerģijas uzkrāšanai dažādos uzkrājējos. Izstrādātas arī diagnostikas metodes transformatoriem un elektriskajiem dzinējiem, veikti pētījumi iekārtu elektromagnētiskās savietojamības jomā.

Elektroenerģētikas nozarē EEF ir pētītas un aprobētas diagnostikas, vadības, analīzes un prognozēšanas tehnoloģijas un instrumenti stabilai, kvalitatīvai un optimālai energoapgādes sistēmu darbībai. Realizēti Latvijas elektropārvades un gāzes sistēmas kritiskās infrastruktūras, drošuma un risku novērtējumi, tostarp saistībā ar elektropārvades, gāzes sistēmas un sakaru sistēmas savstarpējo ietekmi.

Siltumenerģētikas nozare EEF pēdējā desmitgadē ir labi integrējusies vides inženierzinātnēs. Ir veikta praktisku problēmu zinātniskā izpēte un radītas inovācijas tehnoloģisko iekārtu un sistēmu risinājumos -energoefektivitātes paaugstināšana ēkās, energoavotos, rūpniecisko ražotņu tehnoloģiskajās sistēmās, centralizētās siltumapgādes sistēmās un citur. (..)

Dr.habil.sc.ing. Leonīds Ribickis, RTU rektors;
Dr.sc.ing. Oskars Krievs, RTU profesors

MATERIĀLZINĀTNE LATVIJĀ UN STARPTAUTISKĀ SADARBĪBA

Modernie materiāli sekmē jau esošu un vēl neeksistējošu produktu un procesu ieviešanu ražošanā un komerciālus panākumus to realizācijā. Jaunas materiālu funkcionalitātes un uzlabotas to īpašības izpaužas produktiem un procesiem pievienotajā zinātniskajā vērtībā. Materiāli tiek izstrādāti pirms to ieviešanas produktos un procesos, kas veido pamatu ekonomiskai izaugsmei, labklājībai, drošībai un dzīves kvalitātei. Mūsdienu pasaule ar datoriem, mobilajiem sakariem, progresīviem transporta veidiem, piemēram, automašīnām, vilcieniem, lidmašīnām un pat Starptautisko kosmosa staciju, ar atjaunojamās enerģijas ieguves tehnoloģijām un ekonomisku enerģijas izmantošanu, kā arī kontrolējamo kodoltermisko reakciju spēkstacijām nav iedomājama bez modernajiem materiāliem. Materiālzinātnei jāatbilst cilvēku vajadzībām un jāsniedz atbilde uz problēmjautājumiem ar integrētiem risinājumiem, kas aptver enerģiju, dabas resursus un cilvēku veselību. Galvenais faktors mērķu sasniegšanai joprojām ir jaunu un uzlabotu materiālu veidošana, izpēte un izstrāde.

Uzlabotā materiālzinātne, nanozinātne un nanotehnoloģija ir materiālu izpētes jomas, kurās, kontrolējot un manipulējot ar materiālu blokiem atomu, molekulu un makromolekulu līmenī, tiek veidoti jauni vielas parametri - ievērojami atšķirīgi no struktūras un īpašībām makromērogos un rada potenciālu novatorisku produktu attīstībai.

2005. gadā tika uzsāktas trīs Nacionālās pētniecības programmas materiālzinātnēs. (..) [Pēdējo no tām] koordinē Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts (LU CFI) kopā ar citiem izpildītājiem atbilstošo projektu izpildes ietvaros, kurus pārstāv divu lielāko universitāšu - Latvijas Universitātes (LU) un Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) - zinātnieki.

Materiālzinātne izmanto plašu zinātnisko disciplīnu - fizikas, ķīmijas, bioloģijas, inženierzinātnes, kā arī modernu pieejamo tehnoloģiju un pētniecības iekārtu spektru. Vēl viens spēcīgs attīstības pamats ir starptautiskā sadarbība pētniecībā, izglītībā un inovācijā, kas sabiedrībai rada arī ilgtermiņa, kultūras, vides, ekonomisko un sociālo vērtību, nodrošinot lietišķo pētījumu prognozēto rezultātu nonākšanu tirgū. Tālāk tiks aprakstīti daži nozīmīgākie sasniegumi materiālzinātnē Latvijā. (..) T.sk. jaunie materiāli infrasarkanās gaismas pārveidotājiem un baltās gaismas avotiem; plāno kārtiņu organiskais termoelektriskais ģenerators uz tetratiotetracēna bāzes; nanomateriāli un nanotehnoloģijas pielietošanai medicīnā; nanokompozīti; individuālu aerografīta tetrapodu nanomehānika; supramagnētisko šķidrumu īpašības; materiālu struktūras pētījumi, izmantojot apgriezto Monte Carlo metodi un CAMART² - "Moderno materiālu pētniecības un tehnoloģiju pārneses centrs" (The Excellence Centre of Advanced MAterial Research and Technology Transfer).

2016. g. 23. novembrī EK paziņoja "Widespread 1-2014:D 1-2014:Teaming" projekta 10 uzvarētājus. 169 iesniegtie pieteikumi tika izvērtēti divpakāpju procesā, un daudznacionāla ekspertu grupa finansēšanai izvēlējās desmit no tiem. CAMART² projekta iesniegums, ko iesniedza LU CFI, rangu tabulā ierindojās piektajā vietā un ir vienīgais projekts no Baltijas jūras reģiona valstīm, kas guvis atbalstu. Projekta īstenošanas laiks ir septiņi gadi (2017-2023), un tā kopējais budžets ir 31 miljons eiro. Programma "Apvārsnis-2020" ar budžetu 15 miljonu eiro apmērā nodrošinās ar Centra institucionālo pilnveidošanu saistītās izmaksas, tai skaitā - tuvu divkārtējam pieaugumam zinātnisko kapacitāti. Papildus šai summai zinātniskās infrastruktūras papildināšanā un pilnveidošanā paredzēts ieguldīt vairāk nekā 16 miljonus eiro no EK struktūrfondiem, kurus sniedz Latvijas valsts. Programmas "Teaming" mērķis ir stiprināt zināšanu pārnesi valstīs ar nosacīti zemāku Pētniecības, Attīstības un Inovācijas (P&A&I) līmeni, to darot partnerībā ar starptautiski vadošām zinātniskajām institūcijām. Projekta realizācijas algoritms ir vai nu dibināt jaunus izcilības centrus, vai arī pacelt augstākā līmenī jau esošos, pilnveidojot šo centru sadarbību ar ražojošiem uzņēmumiem, kā arī veidojot modernu infrastruktūras bāzi uz pielietojumiem orientētiem pētījumiem un tehnoloģiju pārneses aktivitātēm. Ar akcentu uz motivētu tehnoloģijas pārnesi un esošā centra tālāk attīstīšanu, CAMART² projekta pieteikums bija ieguvis pirmo bonusu. Otrs būtisks faktors bija spēcīga un reizē aktīva, ar atbildību līdzdarboties gatava partnera izvēle: Zviedrijas Karaliskais Tehnoloģiju institūts (KTH) un zinātniskais institūts RICE Swedish ICT. Projekta tematiskie virzieni ir atbilstoši Latvijas Viedās specializācijas stratēģijai (RIS3) "Viedie materiāli, tehnoloģijas un inženiersistēmas" un EK definētajām atslēgtehnoloģijām (KET): Viedie materiāli; Viedā ražošana; Fotonika; Nanotehnoloģijas; Mikro- un Nanoelektronika. CAMART² P&A&I aktivitātes tiks fokusētas šādi: (I) Funkcionālie materiāli elektronikai un fotonikai; (II) Nanotehnoloģija, nanokompozīti un keramika; (III) Plānās kārtiņas un pārklājumu tehnoloģijas; (IV) Teorētiskā materiālzinātne, izmantojot tehnoloģiski svarīgu materiālu un ierīču datormodelēšanu atomu līmenī.

CAMART2 misija ir kalpot par zināšanu bāzi un labvēlīgu vidi gan fundamentālās, gan uz industriāliem pielietojumiem orientētas materiālzinātnes attīstībai: (I) veicinot zinātnisko izcilību ; (II) organizējot un attīstot spēcīgus tīklus starp akadēmisko pasauli un industriju zināšanu apmaiņas nolūkos; (III) izglītojot jaunās paaudzes talantīgos studentus; (IV) aktualizējot jaunu uzņēmējdarbību; (V) veicinot tehnoloģijas pārnesi uz industriju.

Zinātniski pētnieciskā darbība un inovācijas, ko stimulē jaunas pētniecības un tehnoloģiju jomas un zinātkāre, reizē veicinot mērķtiecīgu starptautisko sadarbību un talantu apmaiņu, organizējot piekļuvi pasaules klases lielajām pētniecības infrastruktūrām, ir galvenie kritēriji materiālzinātnes sekmīgai attīstībai Latvijā.

Dr. habil.phys.  Andris Šternbergs,
LU Cietvielu fizikas institūts

* Pilnus abu rakstu tekstus lasiet Pasaules latviešu zinātnieku IV kongresam veltītajā žurnāla “Enerģija un Pasaule” speciālizlaidumā. Galvenais redaktors Ojārs Spārītis, atbildīgais redaktors Namejs Zeltiņš. Fragmentu publicēšana saskaņota ar apgāda “Zinātne” vadītāju Ingrīdu Segliņu