Инновационная энергетика – выработка тепла и электроэнергии на энергетических установках, функционирующих на основе ВИЭ (возобновляемых источников энергии). , фотоэлектричество – полупроводниковые преобразователи солнечной энергии, биотехнологии – энергоносители из возобновляемого сырья – биотоплива, нанотехнологии – все это вопросы инновационной энергетики, экономически и социально востребованные. Суть проблемы, сформировавшейся в последнее десятилетие, – человечество вынуждено искать альтернативные источники энергии. Углеводороды – нефть, газ, уголь создавали и создают основу существования общества. Мы заправляем примерно 600 млн автомобилей, делают полимеры, удобрения (на 80% состоят из газа), лекарства, пестициды и т.д. Все это химические производные исходных веществ: природного газа, нефти, и вот сейчас в какой-то степени – растительного сырья. Вся система обеспечения энергетикой живых существ – , производство пищевых продуктов – это один из разделов современной энергетики. На каждую калорию, которую мы потребляем в качестве пищи, мы затрачиваем около 10–12 калорий угля, нефти и газа. Поэтому проблема поиска альтернативных возобновляемых источников энергии пронизывает все сферы современного общества.

«Существует реальный интерес к проблематике использования биомассы для производства электроэнергии и тепла. Он настолько серьезен, что получил поддержку в деятельности Рабочей группы по энергоэффективности при Президенте РФ. В настоящий момент, этой рабочей группой рассматриваются в качестве типовых, приоритетных и социально-значимых – шесть проектов. Один из них носит название – «Инновационная энергетика», – сказал директор Департамента Минэнерго России Сергей Михайлов.

Правительство РФ в апреле 2010 г. внесло проект постановления, с появлением которого процесс использования возобновляемых источников энергии должен реально осуществиться.

Что касается биотопливных технологий, то аналитики видят значительный потенциал в производстве биотоплива в Индии, кроме того, свой вклад в производство внесут такие страны, как Аргентина, Китай, Колумбия, Франция, Индонезия, Малайзия, Филиппины и Таиланд. В этом деле Россия пока по большей части находится на стадии академических, научных разработок, например, такой: метан из биомассы – получение топлива и удобрений. В нашей стране было запущено несколько эффективных установок, самая интересная из которых – в Черноголовке работающая электростанция на е с мембранным разделением метана и CO2 и с когенерацией тепла и электричества.

Пока государство подводит нормативную базу для того, чтобы такой науко- и ресурсоемкий проект как инновационная энергетика заработал прибыльно, Siemens уже подписал соглашение с РусГидро и с Ростехнологиями, которые по сути являются государственными предприятиями.

В связи с начальной стадией развития ВИЭ и биотехнологий в России, стоит уделить особое внимание уже оформившимся с точки зрения обширных инвестиций и готового продукта проектам. Ключевой пример – государственная корпорация Роснано, которая инвестирует помимо прочего в такие интересующие нас в данный момент направления модернизации, обозначенные Президентом РФ, как ресурсосбережение и энергоэффективность. Эти направления имеют прямое отношение к инновационной энергетике.

С конца XX в. многие страны запустили развитие нового направления науки и техники. Именно поэтому в президентской инициативе стратегии развития наноиндустрии поставлена задача достижения Россией лидирующей позиции на мировом уровне и формирование собственных рынков нанопродукции. Для чего и была создана госкорпорация «Роснано». Напомним, что нанотехнологии – это возможность создавать новые материалы как конструктор из отдельных микроскопических блоков, вплоть до атомов и молекул. Направление начало развиваться еще в середине прошлого века. Тогда термина нанотехнологии не существовало. Нанометром назвали одну миллиардную часть метра. Это как копеечная монетка по отношению к земному шару.

Энергосбережение и солнечная энергетика – один из приоритетных направлений деятельности Роснано. Уже реализуется ряд проектов, один из них в Санкт-Петербурге, где завершается монтаж оборудования по производству светодиодов, созданных благодаря нанотехнологиям. Роснано призвано раскрыть экономический потенциал научных достижений в области нанотехнологий. Интересно, что т.н. нанолампа стоит 1 тыс. р., а зарубежный аналог – 60 долл. На изобретение российской нанолампы были потрачены 1,8 млрд руб. Нанолампа будет служить в 50 раз дольше обычной – 50 тыс. ч.

renewableЗа последние два года работы в Роснано были одобрены более 70 бизнес-проектов в области нанотехнологий. За каждым из них стоят новый завод или расширение уже действующего производства в 26 регионах страны и инновационные продукты. Сегодня общий бюджет утвержденных проектов превышает 200 млрд руб., из которых госкорпорация вкладывает 95. По планам выручка от продажи продуктов этих предприятий составит к 2015 г. 140 млрд руб. Всего к 2015 г. будут инвестированы свыше 310 млрд руб. в примерно 93 проекта.

Один из последних инвестиционных проектов при поддержке Роснано серии альтернативной энергетики и энергосбережения – на базе технологии «тонких пленок». Основой технологии тонких пленок служит микроаморфный кремний. Обычный аморфный кремний преобразует свет только синей части спектра. При добавлении нано слоев кристаллического кремния солнечная батарея использует и другие части видимого спектра солнца. Эффективность фотоэлементов увеличивается в полтора раза по сравнению с существующими аналогами.

Несмотря на пока незначительный спрос на фотоэлектрические изделия на внутреннем рынке, российские компании осуществляют производство кремниевых пластин, использующихся для выпуска фотоэлектрических элементов. Помимо экспорта кремния для изготовления фотоэлектрических батарей, ряд российских предприятий в 2009 г. осуществлял экспорт готовых изделий. Суммарный объем экспорта фотоэлектрических батарей в указанный период составил 12 454 шт. Ведущий экспортер солнечных батарей из России по итогам 2009 г. – ООО «Солнечный ветер».

Еще один инвестпроект Роснано, имеющий отношение к инновационной энергетике, – солнечные батареи для космических аппаратов. Эффективность батарей на основе арсенида галлия гораздо выше, чем у кремниевых, а срок службы в космосе возрастает до 15 лет. Этот факт значительно увеличит кпд и срок службы кораблей. Создание солнечных батарей для космических аппаратов снизит зависимость российской космической отрасли от иностранных поставщиков. Полый кремний – основной полупроводниковый материал, применяемый в современной солнечной энергетике и микроэлектронике. Полый кремний используется для производства почти 90% всех солнечных элементов в мире. Потребность в этих материалах в мире очень высока. Ожидается, что окупаемость проекта составит всего несколько лет.

Проекты на основе энергии солнца, которые вышли на мощное технологическое развитие, потенциально могут обеспечить энергией все человечество.

Новые технологические вызовы регулярно испытывают глобальную энергетику на прочность. Неудивительно, что как в мире в целом, так и в нашей стране появляются прорывные технологии в сфере накопления энергии, возобновляемых источников, «умных сетей», способные кардинально изменить структуру отрасли и общий подход к генерации, передаче и потреблению энергии. В условиях мощного долгосрочного спроса на инновации стартапы в области энергоэффективности в ТЭКе обладают большим потенциалом для развития и успешной коммерциализации новых разработок.

За создание среды для поддержки таких разработок отвечает Кластер энергоэффективных технологий фонда «Сколково». О наиболее интересных проектах, возможностях выхода на международный уровень, сложностях внедрения инноваций и многом другом корреспонденту «ЭПР» рассказал вице-президент фонда «Сколково», исполнительный директор Кластера энергоэффективных технологий Николай Грачев.

Поддержка может быть разной

– Николай, расскажите о возглавляемом вами кластере. Чем конкретно он занимается? Сколько компаний в него входит?

– По сути, наш кластер энергоэффективных технологий покрывает всю энергетическую цепочку – от разведки и добычи углеводородов до внедрения энергоэффективных технологий в различных отраслях промышленности. В первую очередь, речь идет о решениях, нацеленных на повышение эффективности нефтегазовой отрасли и электроэнергетики, развитие ВИЭ, сокращение энергопотребления объектами промышленности, ЖКХ и муниципальной инфраструктуры. Кластер объединяет потенциал исторически сильной отечественной базы фундаментальных и прикладных исследований в области ТЭКа, молодых предпринимателей в области энергоэффективности, российские и международные промышленные компании и венчурных инвесторов.

В настоящий момент у нас порядка 340 компаний-участников. На прошлой неделе мы отчислили десять участников, которые не вели активную исследовательскую деятельность. Дело в том, что мы следим за тем, насколько компании, являющиеся резидентами «Сколково» и получающие налоговые льготы от нашего фонда, ведут заявленную ими научную деятельность. Замечу, что от потенциальных резидентов каждую неделю поступает 10‑15 новых заявок. Только в прошлом году к нашему кластеру присоединились более 80 новых компаний – это достаточно большой прирост.

– Какие критерии вы предъявляете к новым резидентам?

– Уже на входе у нас жесткий фильтр, через который проходит только четвертая часть заявок. Критериев несколько. Во-первых, учитываем инновационность самой разработки: наши внешние эксперты оценивают, насколько технология, которой планирует заниматься стартап в «Сколково», перспективна и инновационна. Проекты, занимающиеся только копированием или импортозамещением, в «Сколково» не проходят. Для нас важно, чтобы у старт-апа было зерно инновационности, чтобы технология по каким‑то характеристикам была лучше или эффективнее уже предлагаемых на рынке аналогов. Второй весомый аспект – коммерческий потенциал. На входе мы должны оценить, есть ли рынок у предлагаемой технологии. Для построения успешного бизнеса необходимо понимать свой целевой рынок, на который ориентирован ваш продукт. Третий критерий – адекватность команды. Смотрим, обладает ли она необходимыми научными и бизнесовыми компетенциями для успешного развития своего проекта.

– С большинством компаний мы знакомимся еще на этапе получения ими статуса. После этого совместно обсуждаем, в какой поддержке они нуждается, узнаем, какие ожидания относительно нашего участия у них имеются. Мы рассказываем о предлагаемых нами сервисах в части защиты интеллектуальной собственности, грантовой поддержки, выставочной деятельности. На самом деле многое зависит от того, на какой стадии находится стартап и что ему действительно необходимо для развития, ведь поддержка может быть разной. Допустим, у кого‑то уже есть готовое решение, но пока нет клиентов, и «Сколково» может открыть ему двери в крупный и средний бизнес, используя сеть индустриальных партнеров для продвижения его технологии. У кого‑то, возможно, еще нет готового решения или продукта, с которым можно идти к партнерам, для него важнее грантовая поддержка, которая позволит совершить переход от лабораторной стадии к опытному образцу. В таком случае обсуждаем, что необходимо для получения гранта.

Бывает, что у компании есть технология, но она не понимает, как ее интегрировать в бизнес конечного потребителя, и самое главное – кто может стать этим потребителем. В этом случае обсуждаем, с кем из наших индустриальных партнеров можно сделать бизнес-кейс, чтобы понять, как лучше всего интегрируется технология, какую проблему конечного потребителя она решает, какую экономическую выгоду дает, какие ограничивающие факторы имеются. Любая технология – это продукт, который проходит длинный путь от момента разработки до этапа коммерциализации. Исходя из нашей практики, как правило, самыми успешными становятся стартапы, разработчики которых смотрят на собственную технологию глазами конечного потребителя.

– Понятно, что работа над каждым проектом – процесс длительный, но сколько все же требуется времени, чтобы вывести стартап на этап коммерциализации?

– Всегда по‑разному. Это зависит и от самой технологии, и от размеров команды, и от доступного финансирования. У энергетических стартапов выход на коммерциализацию более длительный, чем, например, у ИТ-проектов. Мы видим, что некоторые компании, получившие грант пару лет назад, только сейчас завершили грантовый проект, создали пилотную установку, с которой могут выйти на рынок. Хотя, разумеется, если к нам приходят на более зрелой стадии готовности продукта, можно раньше перейти к этапу коммерциализации, начав переговоры с потенциальными потребителями.

Прорывные решения для энергетики

– Насколько конкурентоспособные старт-апы предлагают отечественные новаторы? Хотелось бы услышать о примерах таких разработок.
– Поскольку в наш кластер входят 340 компаний, портфель предлагаемых ими технологий очень диверсифицированный. Есть уникальные прорывные решения, еще находящиеся на стадии разработки, но есть и успешные продукты, которые мы вывели на рынок и активно продвигаем. Например, компания «Метсбытсервис» предлагает высокопрочные неизолированные сталеалюминиевые провода с повышенной пропускной способностью. Суть данной инновации в том, что провод производится методом одинарной свивки с линейным касанием проволок. Для его производства применяется пластиковое обжатие стальной и алюминиевой частей. Конкурентные преимущества такого продукта очевидны: его разрывное сопротивление на 60‑70 процентов выше, чем у стандартного стале-алюминиевого провода АС, что позволяет на 25‑30 процентов уменьшить количество опор. При этом пропускная способность провода существенно выше. Изготовленные образцы уже прошли испытания и аттестованы ФСК ЕЭС.

Еще одно интересное и в то же время прагматичное решение для мониторинга, инспекции оборудования предложила компания «Мобин». Возможно, в их стартапе нет научного прорыва, но это действительно хорошее инжиниринговое решение: при помощи уникального прибора производится сбор параметров энергооборудования оперативным персоналом предприятия, измеряемые параметры сразу отображаются на планшетном компьютере и сравниваются с допустимыми значениями по данному виду оборудования. Затем собранные данные агрегируются в электронном журнале дефектов для дальнейшей обработки и устранения.

Много уникальных разработок в области накопления энергии. Так, компания «ТЭЭМП» разработала суперконденсаторы для применения в электротранспорте и электрических сетях. Удельная емкость и удельная мощность их силовых конденсаторов в разы превосходят имеющиеся аналоги. Надеемся, скоро у них появятся первые коммерческие контракты с российскими и зарубежными компаниями.

Быстрозаряжаемую батарею для стационарных накопителей энергии предлагает компания «4Д ЭНЕРГЕТИКС РУС». Не секрет, что в сетевых накопителях вес батареи менее важен, чем показатель стоимости одного заряда. В этом стартапе удалось совместить уникальное сочетание низкой себестоимости – шесть тысяч рублей за кВ-ч, быструю зарядку – всего десять минут, высокий КПД – 85 процентов и длительный срок службы изделия – более 20 тысяч циклов. Использование такой батареи позволяет снизить стоимость электроэнергии на 20‑40 процентов. Уже созданы и протестированы лабораторные образцы батарей на 48 В и 96 В, проведена базовая патентная защита материалов и технологии, отработаны ноу-хау по производству электродов батареи.

На стыке тематик вашего издания разработка компании «Энсол Технологии» – промышленные литиевые аккумуляторы энергии на базе уникальной системы активной балансировки, востребованные не только в России, но и в США. Сейчас они начинают разрабатывать решения для маневровых локомотивов, которых только в нашей стране порядка десяти тысяч.

Есть ряд хороших проектов в области промышленности по промывке разного вида оборудования, в частности по очистке теплообменников и нефтехимического оборудования. На самом деле это большая проблема для промышленности – теплообменное оборудование стоит дорого, хочется, чтобы оно служило дольше, но химически агрессивные способы очистки сокращают срок его эксплуатации. Некоторые из наших резидентов предлагают эффективные решения по очистке такого оборудования. Например, компания «Ангара» разработала технологию для очистки оборудования, применяемого при нефтепереработке, а «НаноСерв» – методику по очистке теплового оборудования внутри дома с помощью микроорганизмов, что выходит существенно дешевле, быстрее и экологичнее, чем при применении традиционных методов.

Появляются интересные проекты в области систем автоматизации промышленного производства, это еще одно большое перспективное направление. Прежде всего, имею в виду популярный во всем мире промышленный интернет. У нас появляются первые хорошие стартапы, имеется интерес со стороны промышленности. Проекты, реализуемые нашими резидентами в этой области, подтверждают: зачастую на предприятии никто не знает, эффективно ли работают станки и какова реальная загрузка оборудования, вследствие чего иногда принимаются неверные инвестиционные решения – в некоторых случаях достаточно оптимизировать логистику или работу оборудования, чтобы повысить его загрузку.

Состыковать спрос и предложение

– Как известно, Минэнерго уделяет большое внимание политике энергоэффективности и энергосбережения. Расскажите о конкретных стартапах по повышению энергоэффективности в российском ТЭКе. Насколько сложно внедрять такие проекты на практике?

– К проектам по повышению энергоэффективности можно отнести все, о чем я говорил ранее. В первую очередь, отмечу старт-апы по теплообменному оборудованию. Среди наших резидентов есть примеры разработки теплообменника, в полтора-два раза более эффективного по сравнению с традиционным. Проекты по очистке оборудования тоже важны для отечественного ТЭКа, ведь если оборудование сильно загрязнено, показатели его теплоотдачи снижаются. Имеется ряд стартапов по рекуперации тепла, по инновационным технологиям освещения. Наиболее эффективно использовать станки и экономить электроэнергию позволяют решения по автоматизации. Кроме того, у нас есть ряд хороших проектов по приборам учета: согласитесь, чтобы что‑то экономить или оптимизировать, сначала нужно понять, из чего складывается потребление, собрать информацию, произвести телеметрию.

Проблема внедрения подобных решений действительно есть. Она связана в том числе с тем, что энергосервисные контракты не заработали на всю возможную мощность, по ним реализуется только небольшая доля проектов. В этой связи мы видим свою роль в активном продвижении наших участников на промышленные предприятия страны. Например, на прошлой неделе мы побывали в Набережных Челнах: привезли для компании «КамАЗ» пять проектов, и все они вызвали большой интерес. Подобные встречи организуем постоянно. Иногда сами выезжаем на предприятия, иногда принимаем их у себя. Результатом такой работы является сотрудничество наших резидентов с крупными отечественными производственными компаниями. Уралвагонзавод, Челябинский трубопрокатный завод, Магнитогорский металлургический комбинат и другие активно используют «Сколково» как площадку для поиска и подбора технологий. Замечу, мы можем не только предоставить уже имеющиеся у нас решения, но и разработать технологии под потребности конкретного бизнеса.

Таким образом, с рядом компаний у нас складывается более тесное взаимодействие: они используют площадку «Сколково», чтобы коммуницировать свои потребности, и уже совместно с помощью конкурсов или других акций мы ищем для них возможных поставщиков технологий. Опыт проведения подобного конкурса был с РЖД: они определили порядка 18 отдельных номинаций по достаточно узким тематикам, и вместе мы нашли ряд интересных им проектов. В сентябре запустим большой конкурс по интернету вещей и приглашаем компании, в том числе из ваших читателей, присоединиться к нему, сформулировав свои потребности, возможно, свои номинации, а также предоставить свое производство в качестве площадки для тестирования новых технологий. Словом, мы открыты для взаимодействия. Одна из наших главных задач – в ручном режиме состыковать на площадке «Сколково» спрос и предложение, ведь малый и средний бизнес могут подхватить этот спрос, а резиденты – разработать необходимый продукт. Эта работа ведется, но нам не хватает финансового рычага, финансового партнера.

– Вы упоминали о том, что некоторые проекты выходят на международный уровень. Это, скорее, удачное стечение обстоятельств или российские новаторы действительно могут предложить решения, которые будут востребованы за пределами страны?

– Однозначно могут. Порядка 10 процентов (150 компаний) резидентов «Сколково» уже работают на международном рынке. Так, нефтегазовые технологии наших компаний используются на Ближнем Востоке, в США, Канаде, Китае. Здесь вопрос не только в уровне инновационности предлагаемых технологий, а в том, насколько это готовое и продуманное инжиниринговое решение, насколько стартап понимает своего конечного потребителя и знает, как с ним общаться. Прежде всего, необходимо четко понимать, какими конкурентными преимуществами ты обладаешь, какие аргументы можешь предъявить в переговорах с потенциальным потребителем и какую нишу можешь занять. Многим стартапам мы упрощаем и укорачиваем этот путь, поскольку среди наших партнеров есть крупные международные компании, имеющие представительства в России, и через них можно выйти на международные рынки. Мы стараемся привлекать в нашу экосистему международные компании и благодаря им можем протестировать конкурентоспособность наших стартапов.

Скорость внедрения инноваций далека от желаемой

– Николай, какова доля стартапов по возобновляемой энергетике? Насколько это направление интересно отечественным инноваторам?

– Если к возобновляемой энергетике отнести накопители, являющиеся действительно значимым звеном, важной предпосылкой развития альтернативной энергетики, можно сказать, таких стартапов много. При этом, что интересно, разработок по солнечной и ветряной энергетике, скорее, немного, но они действительно прорывные. В развитии солнечной генерации активно участвует Исследовательский центр тонкопленочных технологий в энергетике, созданный при Физико-техническом институте им. Иоффе в Санкт-Петербурге. Ими разработаны и внедрены уникальные технологии, конкурентоспособные на мировом рынке с точки зрения КПД самих солнечных батарей.

Другой интересный пример из сегмента ветряной энергетики – ветроустановки для регионов с низкими ветрами, разработанные компанией «ВДМ – Техника». Одна из проблем ветроэнергетики в том, что, например, в Европе все прибрежные зоны с высоким ветром уже застроены, новых территорий для строительства таких установок практически нет. Остается два пути – выходить в море или модернизировать старые установки. В то же время на территориях, где скорость ветра не превышает пяти-семи метров в секунду, существующие ветроустановки работают неэффективно. «ВДМ – Техника» занимается разработкой ветроустановок для регионов с малыми ветрами. КПД такой установки будет существенно выше, как, впрочем, и экономическая отдача.

– Как вы сами считаете – насколько оправдано использование альтернативной энергетики в нашей стране?

– На днях вышел рейтинг экологической чистоты городов, в который, в числе наиболее загрязненных, попала и Москва. На мой взгляд, это своеобразный сигнал о том, что пришло время задуматься о своем здоровье и здоровье наших детей. Например, для европейцев мотивацией перехода на экологически чистый транспорт и внедрение альтернативных источников энергии служит, прежде всего, забота об экологии и собственном здоровье. Конечно, мы можем игнорировать мировые тренды, но рано или поздно придем к необходимости использования возобновляемой энергетики. Учитывая наш доступ к углеводородам, вероятно, не будет необходимости полного перехода на альтернативные источники энергии, но, поскольку нетрадиционная энергетика позволяет снизить затраты при невысокой себестоимости, в какой‑то момент времени она станет нормальным источником энергии в России. И на самом деле прогресс в развитии ВИЭ в России есть. Мы видим, как начинает реализовываться ряд проектов по солнечной энергетике.

– Каковы, на ваш взгляд, наиболее перспективные направления в энергетической отрасли на ближайшие годы?

– Если говорить про технологии, одно из самых «горячих» направлений, в котором ожидается прорыв с точки зрения себестоимости и технических параметров, – накопители энергии. Кроме того, будут востребованы технологии в области альтернативной энергетики и все, что связано с умными городами, домами, словом, интеллектуальная энергетика. Сегодня мы изучаем, как можно управлять нашим потреблением, как лучше интегрировать источники энергии, ведь интеллектуальная энергетика позволяет снизить капитальные затраты на развитие всей энергосистемы. Словом, в интеллектуальную энергетику будут идти большие инвестиции. В то же время мы видим, что реальная скорость внедрения инноваций в России далека от желаемой. Эта проблема часто поднимается в рамках рабочей группы Национальной технологической инициативы EnergyNET. Для ускоренного внедрения новых технологий надо создавать пилотные проекты, полигоны, где можно было бы быстро в тестовом режиме испытать новые решения и оценить их экономический эффект. В рамках EnergyNET в том числе планируется создание таких полигонов. Возможно, один из них появится на территории кампуса Сколковского института науки и технологий.

Николай Грачев – вице-президент, исполнительный директор Кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» . В 1999 году окончил Санкт-Петербургский университет экономики и финансов, позже – Берлинский университет им. Гумбольдта и Лондонскую школу экономики.

Более десяти лет работы в стратегическом консалтинге в Германии, России и Великобритании с McKinsey&Company и Roland Berger Strategy Consultants.

Последнее место работы до прихода в «Сколково» – партнер, глава энергетической практики в странах СНГ Roland Berger Strategy Consultants. До прихода в консалтинг опыт работы в венчурном инкубаторе (Venturepark Incubator AG) и банковской сфере (DresdnerBankAG).

В «Сколково» работает с 2014 года.

Человечество ищет ответы на глобальные вопросы:

– что делать в связи с изменением климата и глобальным потеплением;

– где найти энергоресурсы, которые распределены крайне неравномерно и истощаются;

– как обеспечить энергетическую безопасность каждой страны и глобальную безопасность.

Ответы на эти глобальные вопросы могут быть получены в результате реализации новой энергетической стратегии. Основные направления будущего развития энергетики:

1. Переход от энергетики, основанной на ископаемом топливе, к бестопливной энергетике с использованием возобновляемых источников энергии.

2. Переход на распределённое производство энергии, совмещённое с локальными потребителями энергии.

3. Создание глобальной солнечной энергетической системы.

4. Замена нефтепродуктов и природного газа на жидкое и газообразное биотопливо, а ископаемого твёрдого топлива - на использование энергетических плантаций биомассы.

5. Замена автомобильных двигателей внутреннего сгорания на бесконтактный высокочастотный резонансный электрический транспорт.

6. Замена воздушных линий электропередач на подземные и подводные кабельные линии.

По всем указанным направлениям в ВИЭСХе проведены исследования, разработаны технологии и экспериментальные образцы, защищённые российскими патентами.

Солнечная энергетика – это самая быстрорастущая отрасль энергетики в мире с темпами роста 53% в год и объёмом производства в 2009 г. 12ГВт.

Солнечные электростанции (СЭС) с концентраторами в Калифорнии мощностью 354МВт работают с 1980 г. и замещают ежегодно 2млн. баррелей нефти (1 баррель – 159л).

Роль солнечной энергии в энергетике будущего определяется возможностями промышленного использования новых физических принципов, технологий, материалов и конструкций солнечных элементов, модулей и электростанций, разработанных в России.

Для того чтобы конкурировать с топливной энергетикой, солнечной энергетике необходимо выйти на следующие критерии:

КПД солнечных электростанций должен быть не менее 25%.

Срок службы солнечной электростанции должен составлять 50 лет.

Стоимость установленного киловатта пиковой мощности солнечной электростанции не должна превышать 2000долл.

Объём производства солнечных электростанций должен быть 100ГВт в год.

Производство полупроводникового материала для СЭС должно превышать 1 млн. т в год при цене не более 25долл./кг.

Круглосуточное производство электрической энергии солнечной энергосистемой.

Материалы и технологии производства солнечных элементов и модулей должны быть экологически чистыми и безопасными.

Рассмотрим, в какой степени цели и направления развития мировой солнечной энергетики отвечают вышеуказанным критериям.

В ГНУ ВИЭСХ разработана новая технология, материалы и технологическое оборудование для сборки солнечных фотоэлектрических модулей с увеличением срока службы солнечных электростанций в два раза с 20-25 лет до 40-50 лет. Новая технология повышает КПД за счёт снижения рабочей температуры модуля и позволяет создавать фотоприёмники концентрированного излучения с большим сроком службы.

Солнечный модуль изготовлен с применением нового типа заполнителя – модифицированного полисилоксанового геля, обеспечивающего улучшенные оптические параметры, расширенный диапазон эксплуатационных температур и удвоение срока службы модуля. Температурный диапазон эксплуатации: от -60 до +60оС. Предполагаемый срок эксплуатации модуля – более 40 лет.

Годовая экономия электроэнергии на производстве модулей мощностью 1МВт не менее 70560кВт/час. Увеличение объёма производства электроэнергии при эксплуатации СЭС за счёт увеличения срока службы с 20 до 40 лет составит 20 миллионов кВт-ч для СЭС 1МВт и 200 миллиардов кВт-ч на мировой объём выпуска 10 ГВт.

Разработка отмечена дипломом Президиума РАСХН как лучшая работа в Академии за 2009 год. Получены патенты РФ, аналогов в мире нет.

Разработана новая технология и конструкция, и организовано экспериментальное производство солнечных фотоэлектрических кремниевых модулей (СФКМ) с КПД до 24% для солнечных электростанций с концентраторами, которая позволяет снизить затраты кремния на единицу мощности СЭС по сравнению с существующей технологией в 500 – 1000 раз.

Состояние разработки: выпущена партия 100 СФКМ и проведены исследования СФКМ с концентраторами. Получен патент РФ и диплом Федеральной службы по патентам РФ о включении этой разработки в 100 лучших изобретений РФ (отбор из 42 000 патентов). Аналогов в мире нет.

Исследована система солнечного теплоснабжения зданий с помощью встроенных в стены солнечных коллекторов с вакуумными стеклопакетами (СКВС). Совместно с НПО «Плазма» разработана технология изготовления вакуумных стеклопакетов и организовано их экспериментальное производство.

Сопротивление теплопередачи СКВС толщиной 7мм с вакуумным зазором 100 мкм равно 1,2м2-°С/Вт, что соответствует сопротивлению теплопередаче кирпичной стены толщиной 0,65 м. Срок службы вакуумного стеклопакета 40 лет.

Облицовка фасадов зданий солнечными коллекторами с вакуумными стеклопакетами позволяет в средней полосе РФ в течение 8 месяцев, а в Южном федеральном округе круглогодично обеспечить солнечное теплоснабжение зданий.

Разработана компьютерная программа и проведены расчёты тепловой энергии, полученной от СКВС на фасаде здания в отопительный период.

Использование 7мм вакуумного стеклопакета в окнах зданий снижает потери на кондиционирование на 25-30%. На технологию и конструкцию вакуумного стеклопакета и его применение получено 15 патентов РФ. Аналогов за рубежом нет, за исключением Японии.

Современные системы передачи электрической энергии используют двух- и трёхпроводные линии, в которых электрическая энергия передаётся от генератора к приёмнику бегущими волнами тока, напряжения и электромагнитного поля. Основные потери обусловлены джоулевыми потерями на сопротивлении проводов, от протекания активного тока проводимости по замкнутому контуру от генератора к приёмнику и обратно.

Крупные энергетические компании во многих странах мира вкладывают гигантские средства и научные ресурсы в создание технологии высокотемпературной сверхпроводимости для снижения джоулевых потерь в линии.

Существует другой, вероятно, более эффективный способ снижения потерь, по крайней мере, в магистральных и межконтинентальных линиях электропередач: разработать регулируемые резонансные волноводные системы передачи электрической энергии на повышенной частоте 1-100кГц, которые не используют активный ток проводимости в замкнутой цепи. В волноводной однопроводниковой линии нет замкнутого контура, нет бегущих волн тока и напряжения, а есть стоячие (стационарные) волны реактивного ёмкостного тока и напряжения со сдвигом фаз 90°. За счёт настройки резонансных режимов, выбора частоты тока в зависимости от длины линии, можно создать в линии режим пучности напряжения и узла тока (например, для полуволновой линии). При этом, из-за отсутствия активного тока, сдвига фаз между стоячими волнами реактивного тока и напряжения 90° и наличия узла тока в линии, отпадает необходимость и потребность в создании в такой линии режима высокотемпературной проводимости, а джоулевые потери становятся незначительными, в связи с отсутствием замкнутых активных токов проводимости в линии и незначительными величинами незамкнутого ёмкостного тока вблизи узлов стационарных волн тока в линии.

Изменяется и механизм передачи электрической энергии. В обычных двух-трёхпроводных линиях при включении генератора в линии возникают бегущие волны тока, которые должны достигнуть нагрузки и вернуться к генератору. В резонансной однопроводниковой волноводной линии при наличии стационарных волн незамкнутого электрического тока электрическая энергия присутствует в любой точке линии.

Новая физика электрических процессов, связанная с использованием не активного, а реактивного тока, позволит решить три главные проблемы современной электроэнергетики:

– создание сверхдальних линий передач с низкими потерями без использования технологии сверхпроводимости;

– увеличение пропускной способности линий;

– замена воздушных линий на кабельные однопроводниковые волноводные линии и снижение сечения токонесущей жилы кабеля в 20-50 раз.

В экспериментальной резонансной однопроводниковой системе передачи электрической энергии, установленной в экспериментальном зале ВИЭСХ, мы передавали электрическую мощность 20кВт при напряжении 6,8кВ на расстоянии 6м по медному проводнику диаметром 80мкм при комнатной температуре, при этом эффективная плотность тока в проводнике составила 600А/мм2, а эффективная плотность мощности – 4МВт/мм2. Из других применений резонансной электроэнергетики, основанной на незамкнутых токах, следует выделить беспроводной офис, бесконтактный высокочастотный электротранспорт, создание местных энергетических систем с использованием возобновляемых источников энергии, соединение оффшорных морских ВЭС с береговыми подстанциями, электроснабжение потребителей на островах и в зонах вечной мерзлоты, пожаробезопасные однопроводниковые системы уличного освещения и освещения зданий, домов престарелых, музеев, больниц и пожароопасных производств.

Подготовлены предложения по разработке энергоэффективного гибридного трактора с беспроводной системой зарядки аккумуляторов, электрической мощностью 50-100кВт, экономией дизельного топлива 30% и снижением уровня выбросов в 5 раз.

Планируется изготовление и испытание опытного образца и организация серийного производства.

Будет выполнена разработка электрического автомобиля с беспроводной системой зарядки аккумуляторов, электрическая мощность которой 50-100кВт. Грузоподъёмность 1,5т. 100% экономия топлива. Отсутствие вредных выбросов. Увеличение эффективности использования первичной энергии в 2 раза:

– отсутствие двигателя внутреннего сгорания и топливных баков;

– отсутствие химических аккумуляторов;

– отсутствие топливных элементов, системы накопления и хранения водорода;

– неограниченная дальность пробега;

– возможность полной автоматизации вождения на автострадах.

Используется бесконтактная резонансная система электроснабжения с однопроводниковой линией электропередачи, работающей на повышенной частоте.

Планируется изготовление опытной партии, проведение испытаний и организация серийного производства.

Для сомневающихся в существовании незамкнутых электрических токов приводим высказывания двух выдающихся учёных в области электротехники и электро-энергетики.

«Исключительная трудность согласования законов электромагнетизма с существованием незамкнутых электрических токов – одна из причин среди многих, почему мы должны допустить существование токов, создаваемых изменением смещения» (Д. Максвелл).

«В 1893 г. я показал, что нет необходимости использовать два проводника для передачи электрической энергии... Передача энергии через одиночный проводник без возврата была обоснована практически» (Н.Тесла, 1927 г.).

«Эффективность передачи может быть 96 или 97 процентов, и практически нет потерь...

Когда нет приёмника, нет нигде потребления энергии» (Н. Тесла, 1917 г.).

«Мои эксперименты показали, что на поддержание электрических колебаний по всей планете потребуются несколько лошадиных сил» (Н. Тесла, 1905 г.).

Н. Тесла ответил и на вопрос, который часто задают нам: почему электроэнергетика не восприняла его идеи? «Мой проект сдерживался законами природы. Мир не был готов к нему. Он слишком обогнал время. Но те же самые законы восторжествуют в конце и осуществят его с великим триумфом» (Н. Тесла, 1919 г).

За 20 лет исследований российские учёные получили более 20 патентов на технологии и оборудование резонансной электроэнергетики, результаты исследований опубликованы в книге «Резонансные методы передачи и применения электрической энергии» (3-е изд., 2008 г., ГНУ ВИЭСХ, 350 стр.).

Резонансная электроэнергетика нуждается в поддержке государства для реализации пилотных и демонстрационных проектов и ждёт нового Моргана, банкира, который 100 лет назад финансировал работы Н. Тесла.

Особенно большое значение для сельского хозяйства имеет технология переработки биомассы, растительных и древесных отходов, навоза, торфа в жидкое топливо и газ посредством термохимической переработки и метаногенеза.

Энергетические установки, использующие биомассу, отходы могут дать столько же энергии, сколько все атомные станции в России, и они имеют почти нулевые выбросы диоксида углерода и серы, то есть являются экологически чистыми. Получение и использование этого топлива, а также смесевого и модифицированного топлива позволит пополнить энергобаланс сельских предприятий и регионов и в значительной мере снизить зависимость от централизованных закупок ископаемого топлива и электроэнергии.

Осуществляется разработка технологии и создание оборудования высокоскоростной термохимической переработки древесных опилок, угля, торфа и сельскохозяйственных отходов с целью получения пиролизного газа, электроэнергии и теплоты.

Производительность по сырью 1т/сутки. Выход пиролизного газа более 50% от массы сырья обеспечивает работу газопоршневой машины с электрогенератором электрической мощностью 100кВт и тепловой мощностью 100кВт.

Завершается разработка технологии и оборудования для получения смесевого композиционного дизельного топлива. Изготовлены и проведены испытания двух типов оборудования: производительностью 1-3т/ч и 0,2т/ч. Экономия дизельного топлива 30%.

Удельная теплота сгорания 10300ккал/кг, цетановое число – 51, температура застывания -36оС. Годовой экономический эффект при объёме потребления 6 млн. т – 30 млрд. руб. Снижение вредных выбросов в 2 раза. В планах изготовление опытной партии, испытания топлива на МИС, организация производства оборудования 100 комплектов в год.

Инновационная и инвестиционная деятельность является важнейшей составляющей научно-технического прогресса. Она открывает возможности практического воплощения новых идей и реализации их в инвестиционных проектах. На пути реализации инноваций и инвестиций – психологические, экономические, технологические, законодательные, информационные барьеры.

Неучтённые риски, недоверие, боязнь неудачи, ошибки в ряде случаев не позволяют последовательно довести идею до реального воплощения.

Экономические барьеры связаны, как правило, с нехваткой средств на воплощение идеи или более высокой стоимостью предлагаемой технологии или техники по сравнению с существующей на сегодняшний день, из-за недооценки ряда показателей (например, экономических преимуществ, качества, надёжности или перспектив снижения стоимости).

Технологические барьеры могут быть преодолены при разработке и освоении новых, менее затратных и более эффективных технологий, что будет способствовать снижению и экономических барьеров.

Законодательные барьеры связаны с отсутствием законодательных и нормативных актов, стимулирующих инновационную и инвестиционную деятельность. Например, в энергетике России нет нормативных актов и экономических регуляторов, обеспечивающих поставку и продажу электроэнергии в общую энергосистему малыми и независимыми производителями.

В процессе выбора и реализации инновационных предложений важнейшим является полнота и доступность информации, включающей технико-экономическое обоснование и бизнес-планы. Для преодоления информационного барьера следует сопровождать все инновационные предложения бизнес-планами с анализом рисков при их реализации для последующего издания, широкого распространения в Интернет и на конференциях.

Необходима государственная поддержка в создании благоприятных условий для реализации инвестиционных и инновационных проектов и их использования в производстве.

При реализации инновационных пилотных проектов важным является определение тех регионов, где условия реализации конкретных инноваций более благо-приятны.

Например, при реализации автономных энергосистем на базе возобновляемых источников энергии следует выбрать регионы с благоприятными солнечными, ветровыми или другими ресурсами, а также регионы, где тарифы на традиционное энергообеспечение – повышенные.

Для стимулирования и поддержки НИОКР и последующей инновационной деятельности следовало бы в пределах выделяемого финансирования разрешить государственным научным учреждениям оплачивать расходы на подачу и поддержание патентов РФ, участие сотрудников в выставках и конференциях, подключение и использование Интернет, приобретение компьютерной техники, научных приборов, программного обеспечения, изготовление макетных и экспериментальных образцов, реализацию демонстрационных проектов.