Когда я учился в школе, в некоторое недоумение приводил меня плакат со словами «Коммунизм есть советская власть плюс электрификация всей страны. В. И. Ленин», висевший над классной доской в одном из учебных кабинетов.
Как же так, думал я, советская власть есть, электричество есть, а где же коммунизм? Ответ на этот вопрос я отчасти получил во время службы в Советской армии на Дальнем Востоке, побывав в местах, где советская власть была, а с электричеством наблюдались серьезные проблемы — включение «фазы» на пару-тройку часов в день полноценной электрификацией назвать сложно.
Тем не менее никто не отрицает, что при советской власти была создана, наверное, лучшая в мире энергосистема, с большим запасом надежности и мощности, а частные случаи ограничения или отсутствия электричества в отдаленных районах вряд ли стали причиной того, что коммунизм построить не удалось. Да и советская власть приказала долго жить, а энергосистема подверглась серьезной реформе, обусловленной в том числе переходом к иному, капиталистическому способу хозяйствования. Выкатившись из локальной — страновой — реформы, российская энергосистема встречает новый вызов: перестройку организации генерации и распределения, обусловленную развитием технологий. Они позволяют сделать производство электроэнергии более чистым и менее опасным, снизить потребление углеводородов и выбросы углекислого газа, превратить потребителя электроэнергии в ее производителя, облегчить доступ к электричеству для миллиардов людей.
Подъем с переворотом
Речь идет прежде всего о развитии возобновляемой энергетики и связанных с ней преобразованиях энергетических систем. Традиционно к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) относилась гидроэнергетика, однако в последние годы, когда говорят о возобновляемых источниках, в первую очередь имеют в виду солнце и ветер. Доля ВИЭ в мировом энергобалансе сейчас составляет порядка 21% — это с учетом гидроэнергетики, без нее — около 3%. Прогнозируется, что в период до 2035 года доля энергии солнца и ветра будет расти самыми быстрыми темпами и достигнет 12%.
Однако увеличение доли солнечной и ветроэнергетики в общем балансе потребления влечет за собой проблемы, связанные с тем, что выработка такой электроэнергии неравномерна: дует ветер, светит солнце — есть энергия; нет ветра, зашло солнце — нет энергии. Падение производства электроэнергии из этих источников нужно каким-то образом компенсировать, чтобы сбалансировать всю систему. Пока это достигается за счет традиционных электростанций, которые увеличивают выработку в нужный момент. Но по мере роста доли возобновляемой энергетики в общем балансе делать это становится все сложнее. Выход — электроэнергию нужно накапливать и сохранять. Причем как в промышленных объемах, так и в объемах, необходимых для небольших предприятий, населенных пунктов и просто домовладений.
Появление и распространение экономически эффективных накопителей способно существенно переформатировать существующую энергосистему: часть генерирующих мощностей высвободится, поскольку задача сглаживания пиков потребления будет решаться системами накопления. Глава «Роснано» Анатолий Чубайс, выступая в сентябре этого года на Восточном экономическом форуме, оценил масштаб этого высвобождения мощностей: «Если на одну секунду представить, что мы умеем хранить энергию в промышленных масштабах, это означает, что в российской энергетике из 240 тысяч мегаватт установленной мощности 30–40 тысяч мегаватт просто лишние… Это полный переворот». По оценке Чубайса, такой переворот произойдет в течение ближайших десяти лет.
Кроме того, установка систем накопления в энергетически изолированных системах уже упоминавшегося Дальнего Востока в тандеме с солнце- и (или) ветрогенерацией позволяет доэлектрифицировать территории, сделать электроснабжение более устойчивым и дешевым, поскольку благодаря использованию ВИЭ можно будет как минимум сократить производство электроэнергии за счет дизельной генерации. Да и в принципе подводить линию электропередачи к каждой требуемой точке на карте дорого и нецелесообразно. А с учетом желания усилить позиции России в Арктике появление автономных «генераторов» более чем актуально. Проще создавать генерацию непосредственно на месте потребления, обеспечивая возможность накопления электроэнергии и подстраховываясь установкой, например, дизель-генератора.
Проще — при наличии соответствующих компетенций.
В начале пути
Системы накопления и сохранения электроэнергии в промышленных масштабах существуют давно. Самый распространенный способ — строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Принцип их работы прост: в период, когда электроэнергии вырабатывается излишне много, она используется для закачки воды в резервуар ГАЭС; когда же возникает потребность в дополнительных объемах электроэнергии, ГАЭС начинает работать как обычная гидроэлектростанция, выдавая энергию в общую сеть. В мире действует более 460 ГАЭС суммарной мощностью около 300 гигаватт. В России только одна гидроаккумулирующая станция — Загорская в Московской области. Ее мощность в режиме генерации — 1,2 гигаватта. Строительство второй очереди станции приостановлено из-за аварии, случившейся в 2013 году. Мощность Загорской ГАЭС-2 предполагалась на уровне 840 мегаватт.
Проблема в том, что ГАЭС не везде построишь — как и для любой гидроэлектростанции, нужен перепад высот и довольно-таки большая площадь под водохранилище. И большие капитальные затраты, ведь фактически нужно построить ГЭС.
Еще один распространенный способ накопления электроэнергии, правда, в объемах на порядок меньших, чем позволяет ГАЭС, — использование аккумуляторов различных типов. В этой сфере и разворачивается основная научно-технологическая гонка. И в этой гонке у России есть локальные прорывы, которые в будущем могут позволить ей занять достойное место на рынке систем хранения электроэнергии. По данным Минэнерго, к 2025 году годовой объем российского рынка таких систем достигнет 8 млрд долларов. Отдавать его иностранным производителям было бы неправильно. Как и не попытаться получить долю на мировом рынке, прогнозируемый объем которого — порядка 80 млрд долларов.
Вместе с тем в Концепции развития систем хранения электроэнергии в РФ, подготовленной Минэнерго, прямо сказано: «Россия с существенным отставанием приступает к формированию национальной промышленности СНЭ (систем накопления энергии. — “Эксперт”) и развитию рынка применения этих систем в различных секторах экономики».
Скажем больше: у нас пока просто нет систем накопления энергии, которые можно было бы внедрять в производство и применять в энергетике в массовом порядке. ГАЭС не в счет. Мы пока еще по большей части только на стадии научных исследований и прототипов.
От земли
Главное препятствие на пути распространения ГАЭС — жесткая привязка к рельефу местности и наличию водного ресурса — взялся обойти резидент Новосибирского наноцентра проект «Энергозапас», возглавляемый инженером-физиком Андреем Брызгаловым. Здесь решили поднимать вверх не воду, а твердый груз. Прототип твердотельной аккумулирующей электростанции (ТАЭС) запущен в феврале 2017 года. Принцип работы ТАЭС аналогичен принципу работы ГАЭС: станция потребляет электроэнергию, чтобы поднять груз на высоту, и вырабатывает ее, когда груз опускается вниз под действием силы тяжести. Как и ГАЭС, ТАЭС ориентирована на крупных потребителей — национальные и региональные энергосистемы, а средний диапазон ее разряда измеряется часами, то есть станция может выдавать электроэнергию потребителям длительное время.
«Капитальные затраты на строительство ТАЭС находятся в диапазоне 230–300 долларов за киловатт-час, а по совокупности технических показателей (КПД, глубина разряда, ресурс) она не уступает ГАЭС, но обладает большей маневренностью и требует меньше площади для размещения. ТАЭС приспособлена к размещению на равнине, ее нагрузка на фундамент сравнима с нагрузкой пятиэтажного дома, и она не нуждается в природных водоемах. В ТАЭС решены проблемы экологической и техногенной угрозы: ее влияние на экологию незначительно, а в случае аварии или теракта угроза для жизни людей за пределами ТАЭС отсутствует. Внутри ТАЭС состоит из множества специальных лифтов, которые управляются независимо, и авария на одном лифте никак не сказывается на работе другого. Лифты поднимают и опускают упакованный грунт, добытый при строительстве котлована для фундамента ТАЭС. Особенности конструкции позволяют не только добиться низких капитальных затрат на строительство, но и отчасти автоматизировать его», — рассказали «Эксперту» в «Энергозапасе».
Сейчас в планах проекта разработка и строительство опытной ТАЭС — накопителя, масштабы которого близки к промышленным. Закончить строительство планируется в 2020 году, а в 2022-м уже выйти на мировой рынок с проверенной опытом национальной российской разработкой.
Накопитель будет, если будет покупатель
Что касается накопителей, основой которых являются аккумуляторы разных типов, то в России запущено несколько проектов, которые уже способны выдавать на рынок готовые изделия. Правда, и тут есть ряд проблем.
Наиболее известный проект в области производства аккумуляторов — новосибирский завод «Лиотех». К сожалению, известность он получил во многом потому, что сначала провалился.
Совместный проект «Роснано» и китайской компании Thunder Sky Group предполагал организацию производства литий-ионных аккумуляторов для транспорта и накопителей энергии из иностранного сырья по технологии, предоставленной китайским партнером. Общий объем инвестиций — свыше 13 млрд рублей. Завод был запущен в конце 2011-го, но через год производство было остановлено. Причина — отсутствие спроса на продукцию завода. Предполагалось, что спрос будет обеспечен китайским партнером, однако тот вышел из проекта. Завод в августе 2016-го был признан банкротом. Тем не менее уже в сентябре «Роснано» объявило, что на заводе запущено производство новой продукции — литий-ионных аккумуляторов с улучшенными характеристиками, основой для производства которых стал наноструктурированный катодный материал литий-железо-фосфат. С этого момента начался новый этап в развитии завода.
Как отметил тогда Анатолий Чубайс, «одна из причин, по которой “Лиотех” не стал успешным сразу, — старт работы в тот период, когда рынок еще не был готов к нашей продукции. Но время работает на нас». Впрочем, не только время: участники этого рынка говорят, что распространение идеи накопления энергии и внедрения этих систем в российскую энергетику — во многом заслуга Анатолия Чубайса и его команды. Мотивация понятна: у них есть продукция, но ее некому продавать, нет рынка. Выход — создать этот рынок.
Пока «Лиотех» больше преуспел в поставке аккумуляторных систем для транспорта. Что касается систем для накопления энергии, завод в состоянии их производить, однако, судя по всему, системного спроса на них по-прежнему нет.
«В серийном, промышленном масштабе мы можем говорить пока только об источниках бесперебойного питания, — рассказала “Эксперту” Полина Мишустина, главный аналитик центра инженерных решений “Лиотех-инновации”. — Но есть проектные продажи. И они растут. Есть проект создания крупных контейнерных накопителей для “Россетей”. В мае мы представили контейнерный накопитель на базе автомобиля КамАЗ. Его можно использовать как аварийный источник, можно использовать на подстанциях — если подстанция перегружена, то во время пиков он может выдавать мощность для выравнивания графика нагрузки. Допустим, если есть какой-то потребитель с резкопеременной нагрузкой, то контейнер может стоять там постоянно».
Накопители «Лиотех» уже используются на действующих гибридных электростанциях, где в цепочке солнечные панели, дизель и накопитель. Самая крупная станция такого рода построена в Забайкальском крае, в селе Менза. Емкость накопителя здесь составляет 300 киловатт-часов. Но пока это единичные случаи. Да и емкость АКБ на этой станции ничтожна в сравнении, например, со станцией в Австралии, где компания Tesla строит накопитель на 100 мегаватт-часов.
По словам Полины Мишустиной, сейчас завод загружен не на полную мощность и в случае роста спроса на накопители готов наращивать производство: «Основной барьер применения систем хранения на основе аккумуляторных батарей — цена хранения. У нас цену можно уменьшить за счет снижения пошлин на ввозимые импортные компоненты. Мы покупаем часть сырья для производства аккумуляторов за границей и платим пошлину за ввоз. Это делает нашу продукцию дороже».
Впрочем, завод предпринимает шаги для того, чтобы уйти от этой зависимости, — проводит собственные НИОКР, работает над новыми химическими соединениями, которые позволят улучшить характеристики аккумуляторов, снизить цену на них, что в конечном итоге приведет и к росту спроса. «Мы видим, что мировой тренд — снижение стоимости хранения. Если на нашу продукцию будет серийный спрос, то и цена будет ниже», — уверена Полина Мишустина.
Если «Лиотех» ориентирован на промышленного потребителя, то резидент «Сколково» компания «Уаттс Бэтэри» среди своих клиентов в первую очередь видит частных лиц. Компания разработала модульную систему хранения электроэнергии. Каждый модуль имеет мощность полтора киловатта и является полностью автономной системой, включающей ряд компонентов, в том числе инверторы для преобразования тока. Заряжаться батарея может как от сети, так и от альтернативных источников энергии — солнечных панелей или ветряных генераторов. Практически как Tesla Powerwall.
Разница в цене. «Tesla — это продукт для богатых, их батарея рассчитана на дом с двумя-тремя спальнями. У нас более массовый рынок», — отмечает генеральный директор «Уаттс Бэтэри» Юрий Власов. Стоимость одного модуля российской компании — 950 долларов. Для сравнения: стоимость Tesla Powerwall мощностью пять киловатт начинается от 6200 долларов без учета затрат на установку.
«Уаттс Бэтэри» планирует начать массовое производство своих батарей в следующем году. План — более пяти тысяч модулей. Делать батареи будут на заводе в Финляндии, основной рынок сбыта — Европа. Домохозяйства в европейских странах уже давно наряду с большой генерацией участвуют в выработке электроэнергии для общих нужд. Солнечные панели, установленные на домах, обеспечивают их энергопотребление, а излишки электричества отдаются в общую сеть за определенную плату. Фактически потребитель продукта — в данном случае электроэнергии — является и его же производителем.
«В России нет спроса на наши батареи. Наверное, потому, что у нас дешевое электричество, — считает Юрий Власов. — И у нас нет возможности отдавать электроэнергию потребителю обратно в сеть. Система не заинтересована в получении электроэнергии от неконтролируемого количества мелких генераторов. А в Европе это уже давно работает. Но мы надеемся, что у нас это тоже произойдет в течение ближайших четырех лет».
Хорошая новость для «Уаттс Бэтэри»: в Минэнерго «Эксперту» сообщили, что «есть поручение правительства, где сказано, что мы в короткие сроки должны создать нормативную базу, которая позволит потребителям выдавать энергию из своих источников в сеть и, возможно, получать за это какие-то компенсации».
Того, что нужно, нет, а то, что есть, не нужно
У обоих производителей аккумуляторных СНЭ одна и та же проблема — зависимость от импорта: в первом случае — активных материалов для производства аккумуляторов («Лиотех»), во втором — самих аккумуляторных ячеек в сборе («Уаттс Бэтэри»).
«Я лично прошелся по всему российскому рынку производителей аккумуляторов, — рассказывает Юрий Власов. — У нас есть технологии производства литий-ионных аккумуляторов, но они работают в каких-то узких областях, в основном в военных. Либо в атомной энергетике. И компании не заинтересованы поставлять свою продукцию на сторону. Плюс технологии, которые они используют, очень устарели. Так, аккумуляторы емкостью выше 160 ватт-часов на килограмм у нас никто делать не умеет».
«Уаттс Бэтэри» для своих модулей покупает литий-ионные элементы в Южной Корее, их показатель удельной энергоемкости — 260 ватт-часов на килограмм. По словам Юрия Власова, у компании-поставщика уже есть перспективные батареи энергоемкостью 370 ватт-часов на килограмм. Правда, как говорит Власов, получить к ним доступ очень трудно. Переговоры ведутся, и если они завершатся успешно, то к концу следующего года «Уаттс Бэтэри» сможет улучшить показатели своих модулей.
«На рынке литий-ионных батарей есть цепочка создания стоимости, — рассказывает проектный менеджер направления “Энергетика” кластера энергоэффективных технологий фонда “Сколково” Илья Киселев. — Есть производители исходных материалов, сырья. Есть производители активных материалов — катода и анода для литий-ионных аккумуляторов, производители электролита, сепараторов и других веществ. Во всех этих нишах присутствуют различные компании. Если говорить об активных материалах, то в России сейчас нет их производства. Все активные материалы закупаются либо в Китае, либо у европейских производителей. То же самое с электролитом. Для разработки новых типов литий-ионных аккумуляторов требуется огромное финансирование. Это показывает опыт зарубежных стран. В среднем разработка нового типа аккумулятора занимает восемь лет. Это небыстрый процесс, и революций в нем не ожидается. Это сложный эволюционный процесс. Основной параметр — удельная емкость ячеек, она постепенно повышается. Безопасность аккумуляторов тоже растет. Но прорывов здесь ждать не стоит».
Мы наш, мы новый…
Итак, в разработке литий-ионных аккумуляторов мы отстали от лидеров очень серьезно. Однако это, с одной стороны, повод пытаться избавиться от импортозависимости, а с другой — разработать аккумуляторы на основе других перспективных материалов.
Команда под руководством доктора химических наук Евгения Антипова (МГУ) при поддержке Российского научного фонда ведет активные исследования по обоим направлениям: «Мы работаем над тем, чтобы самостоятельно производить материалы. У меня большой коллектив. Тридцать человек непосредственно задействованы в проекте, плюс еще есть люди, которые с нами связаны. Мы сейчас делаем как материалы для литий-ионных аккумуляторов — пока они на лабораторном уровне, небольшое количество, но по своим характеристикам отвечают лучшим мировым стандартам, — так и материалы для натрий-ионных аккумуляторов».
Натрий-ионные аккумуляторы могут стать альтернативой литий-ионным в крупногабаритных накопителях. По словам Евгения Антипова, натрий-ионные аккумуляторы, скорее всего, будут проигрывать литий-ионным в удельной энергоемкости, однако будут серьезно выигрывать в цене: по его словам, «натрий намного дешевле, чем литий; если посмотреть цены карбоната натрия и карбоната лития, то они отличаются в сто раз в пользу натрия».
Проект рассчитан до 2020 года, по его итогам в России должен быть создан задел для организации производства аккумуляторов на основе натрия с использованием анодных и катодных материалов отечественного производства. Промышленного производства таких аккумуляторов в мире нет, пока они существуют лишь на уровне прототипов. Так что шанс есть.
Еще одна перспективная разработка — алюминий-ионный аккумулятор. Попытки создать его в мире предпринимаются уже давно. В 2015 году исследовательская команда из Стэнфордского университета объявила о создании экспериментального образца алюминий-ионного аккумулятора. Его основа — алюминиевый анод и катод из графита.
Проблема в том, что алюминий подвержен быстрой коррозии: электролит разъедает электрод, и ему требуется замена. Количество циклов заряда-разряда аккумулятора из-за этого сокращается.
Эту проблему сумели решить в Институте высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук (ИВТЭ УрО РАН).
«Сейчас мы подготовили лабораторный макет алюминиевого аккумулятора, который принципиально отличается от всех заявленных в мире тем, что в качестве анода мы используем не алюминий, а алюминий-графеновый композит, который создан и разработан у нас в институте, — рассказала “Эксперту” доктор химических наук Людмила Ёлшина. — Принципиальное отличие этого композита в том, что он не окисляется на воздухе. Поэтому все процедуры по производству такого источника тока облегчаются не только по отношению к литий-ионному, но и по отношению к существующему алюминий-ионному аккумулятору. Мы уже сейчас достигли характеристик, которые несколько превзошли показатели стэнфордского аккумулятора. Например, у нас напряжение в разомкнутой цепи 2,2–2,3 вольта, а у них два вольта. Мы также предложили альтернативный катод нашей собственной разработки из мезопористого углерода».
По словам Людмилы Ёлшиной, сейчас удалось достичь удельной энергоемкости аккумулятора 40 ватт-часов на килограмм. Она признает, что это мало, но подчеркивает, что это только первый результат, а вообще планируется достичь уровня 200 ватт-часов на килограмм. Аккумулятор нужно дорабатывать. «Я хочу, чтобы все понимали: от лабораторного макета до промышленного производства долгий путь. Собственно научная разработка в источниках тока — это только 20 процентов. Мы подобрали электрохимическую систему. Она великолепно работает. Мы доказали, что она может работать долгое время, она эффективная и пожаробезопасная. Теперь нужно разрабатывать технологию. Ни один источник тока не появлялся сразу в том виде, в каком он есть сейчас. Работы по литий-ионному аккумулятору начались еще в шестидесятых годах прошлого века. А реально этот аккумулятор заработал только в конце девяностых. Больше тридцати лет ушло на то, чтобы от научной идеи перейти к технологии. Мы сейчас находимся в более выгодных условиях, потому что можем использовать многие вещи, которые были сделаны при разработке технологии для литий-ионного аккумулятора, модифицировав их и внеся какие-то поправки. Поэтому я полна сдержанного оптимизма и считаю, что алюминий-ионные аккумуляторы — это будущее ближайших пяти-восьми лет», — говорит Людмила Ёлшина. Она уверена, что создание аккумулятора по собственным технологиям и из собственных материалов — вопрос национальной безопасности: «Фактически аккумуляторная промышленность в стране разрушена. Большинство литий-ионных аккумуляторов, которые у нас выпускаются, производятся на китайских линиях из китайских комплектующих. Если завтра нам по каким-то причинам перестанут это продавать, будет катастрофа».
Разработки алюминий-ионного аккумулятора в мире ведутся очень активно. Помимо уже упоминавшегося проекта Стэнфордского университета существует общеевропейский проект, под который Евросоюз выделил 800 млн евро на четыре года.
Индустриальным партнером уральского института выступает компания «Евросибэнерго», входящая в ГК En+ Олега Дерипаски. По словам руководителя департамента научно-технической деятельности «Евросибэнерго» Анны Коротченковой, интерес компании в финансировании такого рода проектов в том, что впоследствии она коммерциализирует, выводит на рынок получившийся продукт: «Ученых нельзя заставлять заниматься коммерцией. Государство сейчас ставит им KPI по выходу на рынок. Это неправильно — нужен индустриальный партнер, который заинтересован в разработке. Он вкладывается, пусть и в разных пропорциях с государством, которому тоже нужно наращивать собственные компетенции, но которое понимает, что технология будет востребована, поскольку есть заинтересованный частный инвестор. Участие этого инвестора закрывает риски государства. Индустриальный партнер заинтересован именно в коммерчески интересном продукте. Мы смотрим, чтобы ученые не ушли в какие-то теории. Понятно, что золотой трансформатор отлично работает. Он не корродирует. Но он и на рынке никому не нужен. Когда ученые занимаются разработкой, мы постоянно мониторим ситуацию, чтобы они не уходили от изначально заявленных параметров, не усложняли технологию. Пусть будет немного меньше энергоемкость, пусть не будет Нобелевской премии, но зато на выходе будет продукт, который можно продать».
Планируется, что исследования проекта ИВТЭ УрО РАН по алюминий-ионному аккумулятору будут полностью профинансированы за счет частного инвестора — компании «Евросибэнерго».
Людмила Ёлшина настроена оптимистически: «Если все у нас будет хорошо и все получится, то это будет уникальный случай, когда Россия окажется на передовых рубежах. Мы сейчас опережаем наших зарубежных коллег. Эта разработка — реальная возможность выйти на мировой рынок в качестве лидера».
Суперконденсатор в помощь
«Евросибэнерго» выступает в роли индустриального партнера еще в ряде проектов, связанных с энергетикой. Один их них тоже в области системы накопления электроэнергии. Команда ученых и предпринимателей из Университета ИТМО и Физики-технического института им. А. Ф. Иоффе создали суперконденсатор, который по своим характеристикам не только превосходит существующие в мире аналогичные устройства, но и может поспорить с литий-ионными батареями.
По словам советника проректора по научной работе Университета ИТМО Александра Атращенко, их суперконденсатор имеет удельную емкость порядка 250 ватт-часов на килограмм, в то время как в доступных на рынке устройствах этот показатель составляет 4–10 ватт-часов на килограмм. В отличие от литий-ионного аккумулятора, у которого количество циклов заряда-разряда около тысячи, разработанный питерцами суперконденсатор выдерживает 50 тысяч циклов без потери емкости: «У нас не батарея. В батарее протекают электрохимические реакции. А у нас — накопление заряда в слое электродного материала. Поэтому мы избавлены от проблем, связанных с химическими реакциями, — деградацией батареи и узким диапазоном рабочих температур. У нашего устройства, к примеру, широкий диапазон работы — от минус 50 до плюс 50 градусов. Кроме того, наше большое преимущество — скорость зарядки. То есть если из этого суперконденсатора сделать накопитель энергии для телефона, мы сможем его полностью зарядить за одну минуту. А время отдачи заряда зависит от потребления. Телефон потребляет небольшую мощность. То есть заряжаем за минуту, а работает он так же, как и с обычной батареей, — полдня или сутки в зависимости от интенсивности использования».
Впрочем, рациональнее всего использовать суперконденсаторы в паре с той же литий-ионной батарей. Например, в системе накопления энергии в электротранспорте. Использование связки «суперконденсатор плюс аккумулятор» позволяет добиться более эффективной рекуперации энергии. При торможении автотранспорта одна лишь литиевая батарея не способна принять весь ток — он слишком большой. Зато суперконденсатор может это сделать и потом постепенно отдавать энергию в батарею. Исследования показали, что при использовании такой схемы дальность хода в городском цикле увеличивается вдвое.
Александр Атращенко считает, что для завершения R&D по этому проекту потребуется еще два года. В этот срок будет подготовлена конструкторская документация на опытное производство и на производственную линию. На строительство завода и запуск производства уйдет еще два года: «Если сейчас затопить все деньгами, то через четыре года мы сможем получить товарную продукцию».
Товарную продукцию — суперконденсаторы — уже выпускает компания «Товарищество энергетических и электромобильных проектов» (ТЭЭМП), которая входит в ГК «Ренова» Виктора Вексельберга. Весной этого года в подмосковных Химках было запущено производство суперконденсаторов объемом 200 тысяч изделий в год.
По словам генерального директора компании Сергея Курилова, технология производства — полностью российская: «Важно понимать, что в России существует несколько компаний, которые производят суперконденсаторы. К сожалению, эти компании чувствуют себя не очень хорошо, потому что в последние годы не было устойчивого спроса. И у них не было средств для развития, они работают по технологиям еще советского времени или девяностых годов. Мы пришли с более свежей химией — имеется в виду электрод и электролит. Более свежей конструкцией, более технологичной». Продукция ТЭЭМП превосходит изделия не только российских, но и иностранных конкурентов в несколько раз и по удельной энергоемкости, и по удельной мощности.
Что касается применения суперконденсаторов компании в системах генерации на основе ВИЭ, то и здесь эффективнее всего использовать их вместе с традиционными аккумуляторами для сглаживания пиков потребления: «Для солнечной генерации суперконденсаторы применяют в системе комбинированной генерации, там, где есть солнечные панели и дизель-генератор. Если потребление электроэнергии происходит скачкообразно — например, насос установлен и при его запуске резко возрастает потребность в электроэнергии, — то, чтобы сгладить этот провал, и нужен суперконденсатор как дополняющий накопитель к аккумуляторным батареям. С ним они более равномерно отдают энергию, что продлевает срок службы батарей в полтора-два раза. Кроме того, использование суперконденсатора позволяет экономить капитальные затраты, потому что значительная часть объема аккумуляторного накопителя, как правило, избыточна — резерв мощности создается как раз под такие пики потребления. Включение в схему суперконденсатора позволяет не ставить эти дополнительные мощности и экономить на аккумуляторах».
Как известно, ГК «Ренова» также контролирует крупнейшего в России производителя солнечных панелей компанию «Хевел». Помимо производства модулей компания строит солнечные электростанции. Как рассказал «Эксперту» Сергей Курилов, в конце октября ТЭЭМП планирует поставить первый прототип накопителя для комбинированной станции «солнце—батарея—дизель». Суперконденсатор помимо работы в паре с аккумуляторным накопителем будет использован также для запуска дизеля — это тот самый случай сглаживания пикового потребления.
Сегодня основные поставки компании ТЭЭМП приходятся на РЖД (ее суперконденсаторы используются, например, для запуска дизеля тепловоза, что позволяет существенно снижать расход топлива) и Минобороны. Двести тысяч изделий — небольшой объем. Именно поэтому компания зависима от импорта. «Мы применяем электродные ленты, доля которых в стоимости конденсатора примерно 40 процентов. Электродная лента изготавливается по нашей технологии в Китае. Причина проста: лента состоит из активного слоя — угля — и алюминиевой фольги. Фольгу такой чистоты и тонкости в России не делают. Но по мере роста нашего производства будет расти и локализация. К середине 2019 года у нас запланировано введение в строй полностью локализованного производства — при условии, что будет стабильный спрос. Станем покупать импортную фольгу и здесь накатывать на нее уголь. И кто знает, может, и в России к этому времени появится производство такой фольги».
Догнали и перегнали
Генерация на основе ВИЭ — начальное звено всей системы с участием накопителей энергии. Здесь также постоянно идут научные изыскания с целью найти новые варианты, повысить эффективность, сделать дешевле.
Одна из наиболее перспективных технологий в сфере возобновляемой энергетики — перовскитные солнечные батареи. Особенности строения кристаллической решетки перовскита, гибридного органо-неорганического материала, делают его отличным поглотителем света, превосходящим по своим характеристикам наиболее распространенный в солнечных батареях кремний. Исследования в этой области ведут тысячи ученых по всему миру. За восемь лет, прошедших с момента появления перовскитных солнечных ячеек, ученые сумели добиться роста их эффективности в шесть раз, более чем до 22%, что уже превышает эффективность солнечных модулей на основе поликристаллического кремния.
Россия здесь отнюдь не на последних позициях. «Иногда мы сами себе не верим, но нам удалось сделать практически невозможное: за два года мы догнали тех, кто занимается перовскитами с момента их открытия, и разработали технологию получения перовскитных пленок, аналогов которой в мире нет, — рассказал «Эксперту» кандидат химических наук, заведующий лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ Алексей Тарасов. — Результаты наших исследований я недавно докладывал на крупнейшей конференции по перовскитной фотовольтаике в Оксфорде. Абсолютное большинство ученых в мире используют хорошо известные химические реакции, и предложенный нами подход вызывал просто изумление. Фактически мы открыли новое химическое соединение и реакцию, позволяющую получать светопоглощающие пленки перовскита большой площади. По этой технологии уже изготовлена пленка размером 20 на 30 сантиметров». В этих исследованиях «Евросибэнерго» также выступает в качестве индустриального партнера.
«Это тянет на хороший мировой прорыв, — уверен Алексей Тарасов. — Что касается практического применения этой технологии, запуска промышленного производства перовскитных солнечных батарей, то я считаю, что при наличии адекватного финансирования это период от трех до, самое большее, пяти лет».
На низком старте
Россия делает только первые шаги по пути к новой энергетике. Причем пока не заметно, чтобы эти шаги были кем-то и как-то скоординированы. Отдельные компании самостоятельно нащупывают возможности встроиться в новые схемы производства и распределения электроэнергии. Активных шагов со стороны государства не наблюдается: возможность разрешить частным лицам отдавать электроэнергию в сеть еще только прорабатывается, нет стимулирующих механизмов для строительства электростанций на основе ВИЭ на изолированных от общей энергосистемы территориях и т. д.
Впрочем, и в мире активно говорить о массовом внедрении систем хранения электроэнергии стали не так давно. До последнего времени в них не было особой надобности, поскольку доля электроэнергии от нестабильных возобновляемых источников не имела критического значения для общей энергосистемы. Да и сами системы накопления энергии еще довольно дороги.
Но новые технологии и материалы все-таки появляются. Достаточно вспомнить, что за последние несколько лет солнечные панели подешевели в несколько раз.
Возможность получить электроэнергию в любой точке без привязки к сетям открывает огромный рынок для производителей необходимого оборудования: в мире до сих пор без доступа к электроэнергии остаются более миллиарда человек. Еще большее количество людей получает электроэнергию с перебоями.
Но прежде чем начать зарабатывать на этом рынке, нам сначала придется научиться «запитывать» собственную территорию, и чем раньше мы к этому приступим, тем лучше.
