Всего новостей: 2526301, выбрано 2 за 0.014 с.

Новости. Обзор СМИ  Рубрикатор поиска + личные списки

?
?
?  
главное   даты  № 

Добавлено за Сортировать по дате публикации  | источнику  | номеру 

отмечено 0 новостей:
Избранное
Списков нет

Удальцов Юрий в отраслях: ХимпромЭлектроэнергетикавсе
Удальцов Юрий в отраслях: ХимпромЭлектроэнергетикавсе
Россия. Весь мир > Химпром. Электроэнергетика. Экология > rusnano.com, 1 февраля 2018 > № 2491866 Юрий Удальцов

Технологии хранения энергии: в ожидании прорыва.

Проблема аккумулирования энергии сейчас является одной из ключевых для всей мировой энергетики. Современные технологии способны обеспечить достаточный уровень генерации, однако отсутствие экономически эффективных технологий хранения остается, и оно ограничивает возможности трансформации сектора. Об основных мировых тенденциях и наиболее интересных российских разработках в этой области рассказывает заместитель председателя правления УК «РОСНАНО» Юрий Удальцов.

Запасы воды

Мир уже в конце XIX века освоил понятную механическую технологию хранения энергии: сейчас ежегодно в мире в строительство новых гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) вкладывается $7–10 млрд, их общая установленная мощность — более 300 ГВт. Принцип работы ГАЭС прост: когда нужно запасать электроэнергию, насос перекачивает воду в верхнее водохранилище. Когда нужно выдать электроэнергию в сеть — вода под действием силы тяжести сбрасывается вниз на турбину. Такой маневренный источник генерации необходим для регулирования частоты в энергосистеме: при снижении потребления включаются насосы — при увеличении потребления происходит сброс воды. В период низкого спроса на энергию она расходуется на перекачку воды в верхний резервуар — в период высокого спроса происходит выработка энергии и ее поставка в сеть.

Однако повсеместному внедрению технологии ГАЭС мешает несколько фундаментальных проблем. Проблема первая — необходимость подбора естественного рельефа с большим перепадом высот. Проблема — потребность затопить огромную площадь под озеро (площадь только верхнего басcейна Загорской ГАЭС в Подмосковье — около 2,6 кв. км), что ведет как к снижению КПД из-за испарения воды, так и к локальным экологическим последствиям.

В отсутствие рельефа научились строить искусственные насыпи и водоемы, так называемые turtleneck (в переводе — «водолазка»), где вода сливается в специально построенный цилиндр, как в горлышко. На ГАЭС данного типа в Орландо (США) два года назад произошла крупная авария, в результате которой под угрозой затопления оказались соседние населенные пункты.

Жизнь заставила копить

Мировая энергетика пытается найти другие решения по хранению энергии, более простые с инженерной точки зрения и меньшей мощности, чем ГАЭС. По прогнозам мирового аналитического агентства Navigant Research, к 2025 году суммарная установленная мощность систем накопления энергии в мире увеличится по отношению к 2016 году почти в 20 раз — до 22 ГВт (без учета ГАЭС; среднегодовой рост — 38,7%). Мировой рынок систем накопления энергии к 2025 году достигнет $75 млрд, если брать в расчет накопители на электротранспорте.

За последние несколько лет в мире произошло два события, усилившие значимость систем хранения в энергетике. Во-первых, увеличение мощности ВИЭ привело к проблемам с регулированием частоты. В Германии произошла авария с системными последствиями из-за сильного ветра на Северном море и работы ветропарков на полную мощность.

Выработка возобновляемых источников непредсказуема, их диспетчеризация невозможна. Из-за этого страдает экономика: например, немцы вынуждены платить соседям за потребление энергии с немецких ВЭС в случае избыточной выработки. При наличии доплаты энергетики соседних стран запасают ее на собственных ГАЭС. В Великобритании дошло до того, что в некоторых районах владельцам ветряков доплачивают, чтобы их не включали в сеть в отдельные часы.

Второй мощный сигнал для инвесторов — первые крупные заказы на системы централизованного хранения энергии. Так, Калифорния около двух лет назад провела тендер на строительство 1,3 ГВт хранения за счет любых решений. Подобные заказы свидетельствуют, что технологии промышленного хранения будут неизбежно развиваться и пользоваться спросом.

Пока единое решение высокой емкости смог представить только Илон Маск, поставив в Австралию накопитель мощностью 100 МВт. Он эксплуатирует идею удешевления батареек за счет вторичного использования — то есть после использования аккумуляторов в течение двух-трех лет в автомобилях, немного «деградировавшие» батарейки почти бесплатно достанутся энергетикам. Но для масштабного развития таких систем нужен как минимум огромный парк легковых электромобилей, емкость аккумуляторов которого будет сопоставима с потребностями энергосистемы в централизованном хранении.

Фокус на электрохимии

Наибольшие усилия в мире пока сконцентрированы в области электрохимических технологий хранения, построенных на взаимодействии двух электродов и специальной жидкости — электролита (в последнее время ведется много работ по использованию не только жидкого, но и твердого электролита). По этому принципу работают уже известные свинцовые, щелочные и семейство литиевых аккумуляторов.

Интересное решение предлагают проточные батареи, которые имеют увеличенную емкость, за счет применения двух банок с электролитом — заряженным и разряженным. В них электролит «прокачивается» между электродами. Американская Primus Power, в которую два года назад Российско-Казахстанский фонд нанотехнологий (РКФН, его соучредитель — РОСНАНО) инвестировал $5 млн, внедряет проточные системы накопления на ВИЭ-объектах в Казахстане.

Главная проблема всех электрохимических технологий — ограниченный ресурс, то есть количество циклов заряда и разряда, после которых батареи начинают садиться, поскольку реакция не полностью обратима. Любые батарейки постепенно деградируют и перестают работать. Даже у лучших образцов ресурс достигает 3–10 тысяч циклов. Соответственно, если цикл заряда/разряда происходит хотя бы раз в день, то срок службы составит около 8 лет, два раза в день — аккумулятор прослужит только 4 года. Энергетика мыслит длинными циклами, а значит, решение будет относительно дорогим с учетом необходимости замены ячеек. При этом емкость хранилища может быть любой — она варьируется количеством ячеек.

Сегодня стоимость электрохимических накопителей колеблется в диапазоне от $350 до $500 за 1 кВт•ч хранения с учетом комплексного решения. Они постоянно дешевеют, но пока непонятно, за счет чего произойдет дальнейшее значительное удешевление в электрохимии. Пока основную ставку делают на технологии «литий — сера» и «литий — воздух», но они не дошли до промышленного использования.

Ключевое преимущество электрохимии перед механическими накопителями — высокая плотность хранения энергии, что сокращает вес и объем аккумулятора. Компактность решений позволяет применять их в мобильных объектах — электропоездах, погрузчиках, автомобилях, скутерах, велосипедах, а также в самолетах и дронах.

Литий-ион вытесняет дизель

В январе 2017 года «Россети» и «Хевел» запустили первую автономную гибридную энергоустановку (АГЭУ) в селе Менза Забайкальского края, снабжающую три поселка. АГЭУ состоит из солнечных модулей общей мощностью 120 кВт, двух дизельных генераторов по 200 кВт каждый и накопителя емкостью 300 кВт•ч. Экспериментальное технологическое решение привело к снижению потребления привозного дизтоплива в три раза. Решение может быть масштабировано в изолированных энергорайонах Дальнего Востока. Применение АГЭУ там практически всегда приводит к снижению стоимости электроэнергии на фоне дорогого дизеля, установка гарантированно окупается через механизм энергосервисного контракта при текущих тарифах. Сейчас РОСНАНО обсуждает развитие сотрудничества по АГЭУ с «Хевелом».

В настоящий момент дочернее предприятие РОСНАНО — «Лиотех» ведет работу над созданием передвижного накопителя на базе КамАЗа, который бы позволял сетевой организации компенсировать пики нагрузки в центре и добавлять мощность локально, в случае ограничений при проведении аварийных работ, либо временном увеличении потребления. Грузовик может оперативно запитать около 150 кВт до 4 часов в любой транспортно доступной точке. До сих пор в таких ремонтных схемах использовались дизель-генераторы, но подобные решения не всегда приемлемы в крупных городах, так как создают много неудобств горожанам. Мобильное решение с накопителем для сетевой компании в расчете на жизненный цикл уже обходится не дороже эксплуатации дизель-генераторов.

Механический «Энергозапас»

Особняком на фоне общей увлеченности электрохимией стоят редкие энтузиасты электромеханики. Среди них — проект «Энергозапас», базирующийся в наноцентре «Сигма» (входит в ФИОП, Группа РОСНАНО) в Новосибирске. Он разрабатывает гравитационный накопитель, построенный на параллельной работе большого количества лифтов. На самом деле любой лифт является накопителем энергии, поэтому OTIS давно начал выпускать лифты с рекуперацией (вторичным использованием энергии в процессе торможения). Также используются автомобили с рекуперацией, они тоже тормозятся за счет накопления энергии.

Пять лет «Энергозапас» отбирал наиболее жизнеспособные концепты с высоким собственным КПД: вагонетки на склоне карьера, гидравлика, электромотор. Оказалось, что использовать максимально тяжелые грузы и поднимать их высоко — это принципиально, иначе будет теряться много энергии на разгоне и торможении. Нужно сделать как можно длиннее «полезный пробег» лифта, но чем выше здание, тем дороже его удельная стоимость. Золотое сечение между уровнем КПД, стоимостью и высотностью проходит, как мы выяснили, примерно на 300 м (выше рост КПД не оправдывает стоимость здания). Целевая стоимость хранения — $250 за 1 кВт•ч, что, по нашим расчетам, чуть дешевле ГАЭС. Дальнейшее снижение возможно за счет крупного заказа электромеханических компонентов у единого поставщика.

Перед инженерами «Энегрозапаса» стояла задача максимально удешевить здание, чтобы конструкция выигрывала по стоимости у ГАЭС. Надо понимать, что гравитационный накопитель — это легкое нежилое здание, в нем не нужны окна, двери, твердые стены, глубокий фундамент и перекрытия. Достаточно обеспечить тепловую изоляцию и ветрозащиту. Даже с учетом тяжелого груза на большой высоте проблема устойчивости здания решается шириной стен: здание будет похоже на широкий конусовидный цилиндр. Кроме того, тяжелые грузы на высоте выполняют роль сейсморегулятора и термостата (медленно остывают).

Для проверки эффективности разработанных решений «Энергозапас» планирует построить опытно-промышленную установку высотой 80 м, при этом движущиеся грузы будут уже в натуральную величину, как для 300-метрового здания. Энергетическая емкость установки экспериментальная — 4–5 МВт на 12–15 минут хранения. Пока определяется площадка в границах Московской области. На последнем заседании в 2017 году Национальная техническая инициатива поддержала реализацию проекта.

Отказ от маневренности

Появление большого количества накопителей фундаментально меняет саму энергосистему. Пока для регулирования частоты диспетчер закладывает большой резерв мощностей, чтобы покрывать пики в отдельные часы, что приводит к низкой загрузке станций.

С появлением промышленных накопителей, по сути — складов электроэнергии, графики выработки и потребления можно развести и сделать комфортными каждой стороне. Это фундаментально меняет и рынок электроэнергии, и рынок энергомашиностроения, ориентированного на маневренность. Если в ней не будет необходимости, достаточно поставить в базовый режим работы АЭС и не содержать «запасные» мощности. Для любой генерирующей установки нет ничего лучше ровного графика, это как в автомобиле: при ускорении резко растет расход топлива и при дерганой езде бензин расходуется неэффективно. При постоянной «скорости» удельный расход топлива оптимальный: у электростанций КИУМ он может достигать 70–80% и могут сокращаться расходы на ремонты. Неминуемо трансформируются и расчеты на рынке электроэнергии и мощности: бессмысленно вести почасовые торги при ровном графике и оплачивать лишние мощности. Постепенно будет возникать развилка: строить новую станцию для покрытия максимального спроса или достаточно присоединить накопитель к существующей генерации?

Но это довольно отдаленное будущее, до него осталось около 20 лет. Если представить, что энергетика резко перейдет на накопители, то российской энергосистеме потребуется всего 15 ГВт хранения, чтобы полностью развязать производство и потребление при общей установленной мощности в ЕЭС России около 200 ГВт. Конечно, процесс перехода на накопители будет инерционным из-за приоритета потребления органического топлива — угля и газа.

Нетривиальные решения

Один из самых экзотических способов — хранилище на сжатом воздухе. Идея заимствована у газовых хранилищ: под землей в карстовую пещеру закачивается воздух под большим давлением, а в нужный момент выпускается. Около 10 лет назад большие надежды возлагали на маховики: тяжелые конструкции на магнитных подвесках вращаются с минимальным трением, сохраняя энергию или передавая ее генератору. Маховики получились, как правило, совсем небольшой мощности и за счет быстрого разгона «прижились» для поддержания частоты.

К числу пока экстравагантных технологий хранения можно отнести и тепловое накопление. Электричество при помощи огромной «соляной банки» переводится в тепло, которое может долго хранится и преобразовываться обратно в электричество. Таким способом можно преобразовывать в электричество и солнечную энергию. Сначала жидкость разогревается на солнце: предварительно на ней фокусируют зеркала, преобразовывают в пар, а затем пар подают на турбину для выработки электричества. Такая станция установлена, например, в Калифорнии.

ОАЭ рассматривает возможность строительства необычной ГАЭС под землей. За счет опускания тяжеленного гранитного поршня вода из подземного резервуара загоняется под давлением в узкую трубку, под которой стоит небольшая турбина. Когда нужно потреблять электроэнергию, вода и поршень поднимаются насосами обратно вверх.

Россия. Весь мир > Химпром. Электроэнергетика. Экология > rusnano.com, 1 февраля 2018 > № 2491866 Юрий Удальцов


Россия. Весь мир > Химпром. Приватизация, инвестиции > rusnano.com, 28 декабря 2016 > № 2021941 Юрий Удальцов

Технологическое предпринимательство. Юрий Удальцов: «Нужно вырастить когорту технопредпринимателей».

Автор: Алексей Смирнов

Можно долго перечислять проблемы, с которыми сталкивается технологическое предпринимательство в России, — их список всегда будет гораздо длиннее, чем перечень решенных вопросов, считает заместитель председателя правления УК «РОСНАНО» Юрий Удальцов, поделившийся своим мнением с корреспондентом Алексеем Смирновым.

— Насколько важна включенность российских проектов в мировую экономику?

— Начиная оценивать ситуацию, мы практически сразу понимаем: далеко не весь технологический цикл, который необходим для многих разработок, присутствует в стране. Это общая для всех стран проблема — без международной кооперации сегодня сложно что-либо разрабатывать.

Например, сейчас все говорят о технологиях передачи данных. По проводам приходится проталкивать все больше информации. И буквально каждые два-три года тут появляются новые решения. Не фундаментальные вроде перехода с электрических проводов на оптоволокно, а гораздо более нишевые. Такого рода локальное решение позволяет какому-нибудь израильскому стартапу получить объем заказов в $50–60 млн в год и больше. И это цифры, которые у нас уже относятся к категории среднего бизнеса. Происходит это за счет того, что в израильском стартапе отлично понимают, в чем реальная потребность клиентов. Если же у разработчика нет возможности напрямую поговорить с инженерами клиентов, поехать к ним или привезти оттуда специалиста, ему очень трудно угадать, какая именно деталь нужна и какие к ней предъявляются требования.

Зачастую мы придумываем что-то очень важное с точки зрения физики, химии или биологии. А «упаковать» это в правильный продукт по требованиям рынка у нас получается гораздо хуже. То есть понять, что именно продавать, не будучи встроенным в мировые цепочки создания тех или иных изделий, очень сложно.

Российская включенность в мировой рынок очень избирательна. Есть, особенно в IT, удивительные случаи мирового доминирования на рынке конкретных решений. О них даже мало кто догадывается. Например, это кодеки для расшифровки фильмов, которыми все пользуются. С точки зрения «железа» все значительно сложнее. Пожалуй, единственный большой известный пример — наша портфельная компания «Монокристалл» с ее лейкосапфиром, сумевшая стать мировым лидером и захватить львиную долю рынка. В остальном же есть отдельные разовые вкрапления, которые не носят определяющего характера.

— Если так важно ориентироваться на глобальные рынки, стоит ли реализовывать проекты здесь?

— К сожалению, многие уехали из страны и сделали бизнес за рубежом. Потому что в России, даже если у вас есть идея и вы знаете, как ее «упаковать», возникает еще одна проблема. Вам нужно свою разработку как-то прототипировать. Часть необходимых технологий в России просто отсутствует. И для создания прототипа требуется войти в кооперацию с партнером. Если вспомнить компанию «ГемаКор», которая создала уникальный медицинский прибор для лабораторной диагностики системы свертывания крови, то дизайн им делали в Швейцарии. В этой стране есть культура создания эргономичного дизайна, который можно продать в клинику. Специальный пластик для кувезы, который не активирует механизм сворачивания крови, в России тоже взять было неоткуда. Одним словом, приходится вступать в кооперацию. На этом этапе наступают проблемы институционального характера. Часть ключевых технологий просто недоступна, даже по импорту, а то, что доступно, зачастую дорого и долго. Например, у нас пока нет системы, позволяющей быстро проводить таможенное оформление небольших по объемам поставок. Сейчас у нас процедура занимает недели, а у них DHL делает поставки за два дня.

Вообще, затянутые сроки характерны для многих контрольно-надзорных процедур, не только для таможни. Взять хотя бы санитарный контроль. Тот, кто занимается медициной или фармакологией, знает — ввезти в страну биопрепараты очень непросто.

Из-за большого количества людей, которые используют «дыры» в законодательстве для незаконного обогащения, у контролирующих органов возникает желание вводить все новые барьеры. Тем самым закрываются возможности не только для людей недобросовестных, но и для тех, кто ведет бизнес ответственно и честно. Это снижает конкурентоспособность, негативно сказывается на той группе предпринимателей, которая нам сегодня категорически нужна для диверсификации экономики. В государстве все понимают, что эту проблему решать необходимо, но это не такая простая задача, как кажется.

С момента своего создания РОСНАНО довольно много сделало для улучшения ситуации. Однако сказать, что мы приблизились к снятию барьеров на пути технологического предпринимательства, было бы достаточно оптимистично.

— Изобретательство поощрялось еще в советское время. Но как перейти от изобретательства к предпринимательству?

— Если говорить об институтах развития, то институциональные барьеры несколько снижают эффективность нашей работы. Хотя, справедливости ради, следует отметить, что и в мире нигде нет идеальной среды, это утопия.

Однако в гораздо большей степени нашу работу затрудняет недостаток качественных проектов, отсутствие того самого технологического предпринимательства. В нашей стране — так уж сложилось — многие путают технологическое предпринимательство с изобретательством.

Изобретатели есть. Раз за разом мне приносят презентации, в которых говорится, что, если сделать то и это, будет «очень здорово» (быстро, точно, много и т.д.). Но всякая попытка спросить, сколько это будет стоить, каков потенциальный рынок, как на этот рынок выходить, встречает недоумение. Сложившееся с советских времен классическое разделение труда не предполагало, что ученый должен об этом думать. Были Госплан, Госснаб — они и думали.

На Западе буквально за последние пять–десять лет произошел колоссальный сдвиг. Там ученых приучили к тому, что, даже когда они берут научный грант, они заранее думают, чем их открытие может быть полезно. Уже на старте можно попытаться себе представить, каков жизненный цикл того, что вы изобретаете. С учетом этого и изобретать можно по-разному. Можно придумать что-то более быстрое и дорогое, а можно бороться за цену продукта. При этом зачастую снижение стоимости требует глубокого технологического изменения, что с научной точки зрения не менее ценно, чем быстрое и дорогое изобретение. Например, если посмотреть на рынок трансиверов, несложно заметить, что между основными игроками существует негласный консенсус относительно предельной стоимости 1 гигабита переданной информации. И если ваш трансивер в эту планку не укладывается, то, будь он самым быстрым в мире, его никто не возьмет. Вместо него поставят два или десять более медленных, но дешевых.

— Как же все-таки вырастить новый класс предпринимателей?

— Один из корней проблемы дефицита технологических предпринимателей сидит очень глубоко, почти в культуре. Для начала нам самим надо признать, что предприниматель — человек хороший и нужный. Он создает ценности и рабочие места, обеспечивает конкурентоспособность страны и не является потенциальным преступником.

Выращивать технологических предпринимателей нужно со школьной скамьи, с института. Самая перспективная среда — выпускники естественно-научных вузов. У них достаточное базовое и специальное образование, которое позволяет им разбираться в инновациях и технологических рисках. И если попытаться их достаточно рано профилировать и рассказывать им, что есть жизнь помимо написания научных статей и диссертаций, появится шанс, что в конце концов из них прорастет когорта предпринимателей.

Надо понимать: когда мы говорим о дефиците технологических предпринимателей, это вовсе не означает, что в России они отсутствуют как класс. Есть довольно много успешных историй в IT-секторе, они все на слуху. Нельзя не упомянуть «Транзас» — ведущего мирового разработчика и производителя морского бортового и берегового оборудования, электронно-картографических систем, морских электронных карт. Конечно, «Монокристалл» — ведущий мировой производитель синтетического сапфира, продемонстрировавший удивительную устойчивость даже на фоне кризиса.

Возвращаясь к российской ситуации, примеры успешного технологического предпринимательства, безусловно, есть. Но у нас проблема с плотностью среды. Успешных историй пока маловато для того, чтобы выстроилась сеть, которая сделала бы их не отдельными единичными случаями, а нормой.

— Как в целом оцениваете перспективы России как страны, где развиваются современные технологии?

— Это прежде всего Big Data и Deep Learning — обработка больших массивов информации и системы искусственного интеллекта. В этой области с компетенцией и математической базой в России все в порядке.

Если говорить о биологии и примыкающих к ней областях, так называемых «омиксных» технологиях, то мы сейчас здесь довольно прилично отстаем, но это не слишком капиталоемкое направление, и догнать конкурентов можно быстро. Мы сейчас этим занимаемся.

Что касается физики и химии, есть вполне определившаяся тенденция к разработке разнообразных функциональных покрытий. Их уже много, а появится еще больше. Чтобы грамотно встроиться в эти процессы, нам необходимо правильно выбрать нишу на рынке и активно бороться за экономику решений. Все это будет востребовано, если будет достаточно дешево.

Россия. Весь мир > Химпром. Приватизация, инвестиции > rusnano.com, 28 декабря 2016 > № 2021941 Юрий Удальцов


Нашли ошибку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter