Новые материалы открывают возможности для разработки более эффективных технологий производства и хранения энергии. Достижения и вызовы в области разработки новых энергетических материалов и технологий обсудили участники Форума будущих технологий — 2025.

Три критерия

Виктор Ильгисонис, директор направления научно-технических исследований и разработок государственной корпорации по атомной энергии «Росатом»:

«Будущая энергетика должна удовлетворять трем простым критериям: безопасность, экологичность и эффективность. Важно, чтобы они применялись и применялись с расчетом на перспективу».

Материалы есть, проектов нет

Павел Козлов, заместитель генерального директора по научной работе АО «Научно-производственное объединение «Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения»:

«Вопрос создания паровых турбин достаточно неоднозначный, потому что зависит от объекта генерации. В атомной энергетике основу генерации в ней составляют водо-водяные энергетические реакторы.

Паровые турбины работают на сравнительно низких параметрах, при температуре не более 280 градусов Цельсия. И все материаловедческие вопросы здесь решены.

Ведущим предприятием в России в этой области являются «Силовые машины». Они уже освоили современные проекты, в том числе турбин большой мощности, как тихоходных, так и быстроходных, мощностью 1200 МВт. И отработали изготовление оборудования с использованием отечественных заготовок на Ленинградском Металлическом заводе.

В данном случае повышение эффективности возможно только за счет изменения конструктива, но КПД таких установок традиционно не более 3%.

В Генсхеме размещения объектов электроэнергетики до 1942 года предусмотрено 14 быстрых реакторов, которые разрабатываются в рамках проектного направления «Прорыв». Температура теплоносителей на выходе на турбину превышает 500 градусов. Здесь было бы странно игнорировать опыт теплоэнергетики, где эти параметры уже освоены.

В то же время только 25% тепловых блоков, которые сейчас используются в России, моложе 30 лет и, условно, относятся к современным проектам.

Поэтому освоенные у нас турбинные технологии не превышают температуры 540−560 градусов, 565 С0 для турбин большой мощности. В то время как к концу 2000-х годов в Германии был внедрен первый угольный блок с температурой пара 600 градусов (на перегреве 620 С0), с КПД 45%.

То есть фактически повышение рабочей температуры от 540 до 600 градусов заняло примерно 25 лет. Эти работы велись фактически во всем мире с конца 1970-х годов и до конца 2010-х. В результате чего и получили распространение такие угольные установки.

Это было бы невозможно, если бы не были внедрены и разработаны новые классы материалов, которые до этого в тепловой энергетике так широко не использовались.

Именно комплекс материаловедческих работ, проводившийся в нашей стране, привел к тому, что у нас есть материалы, обеспечивающие возможность создания такого оборудования с температурами 620 градусов. Это трубы, необходимые заготовки, листы, прокат, роторы. К сожалению, проекты с такими параметрами у нас не разрабатываются. То есть материалы есть, проектов нет».

Водороду нужен собственный стандарт

Виктор Медведев, генеральный директор ООО «Н2 Инвест»:

«Водород применяется в промышленности уже давно. Сегодня его «третье пришествие». Это направление набирает обороты, и очевиден тренд на глобальные коммерческие масштабы. Так, по данным Всемирного Водородного Совета, заявлено уже более 1500 крупных водородных проектов. Их совокупная стоимость превысила 680 миллиардов долларов. Общий бюджет при этом вырос почти на 20% за год. Число проектов за четыре года увеличилось в 7 раз. А объем подтвержденных инвестиций — в 8 раз.

Согласно прогнозируемой географии спроса и предложения, масштабное потребление водорода будет сосредоточено в одних регионах, а экономически эффективное массовое производство — в других. То есть водород придется возить на дальние расстояния.

Ситуация осложняется тем, что проекты в водородной отрасли характеризуются высокой капиталоемкостью, длинными инвестиционными циклами и значительными рисками. Реализация проектов частично буксует из-за инфраструктурных ограничений, которые чрезмерно удорожают логистику.

Отрасли требуется эффективное и универсальное средство перевозки, которое можно будет перемещать любым транспортом, где угодно хранить и к чему угодно подключать. Водородной экономике нужен собственный стандарт, как USB-C в мире гаджетов».

В ожидании серийного производства

Илья Белавинцев, исполнительный директор Ассоциации развития технологий систем накопления электроэнергии (АРТСНЭ):

«Сейчас очень много перспективных направлений по развитию аккумуляторных технологий. В России ведется работа по всем.

Около 10 научных центров занимаются этой тематикой, и эта работа нередко имеет академический характер. Одна из причин — объем производства литий-ионных аккумуляторов российскими предприятиями сегодня очень низкий. В год выпускается около 20 МВт в час.

Если ретранслировать это на потребности в материалах (катоды, аноды, электролит), то это порядка 25−30 тонн в год. То есть это не коммерческая история. С такими объемами нельзя добиться конкурентоспособной цены.

Поэтому очень важно что благодаря системной поддержке правительства с 2026 года ожидается резкий рост производственных мощностей и, соответственно, объемов выпуска литий-ионных аккумуляторов. К 2030 году он составит около 13 ГВт в час в год.

Следующий этап — появление производства химических элементов и электроники. Найдется место и для научных разработок.

Главное — начало масштабного серийного производства, которое станет основой развития отрасли. Без него мы не сможем двигаться дальше».

Развивать разработки

Алексей Кашин, генеральный директор АО «ГК «ИнЭнерджи»:

«С точки зрения проникновения разных типов электрификации в инфраструктуру, как в подвижную, так и стационарную (а это весь транспорт, энергетика, экономика в целом), нужны источники энергии разного типа. И зона развития электрохимических технологий диктуется экологизацией транспорта и развитием инфраструктуры.

Электрохимические технологии — крупнейший из новых высокотехнологичных рынков.

В России 60 млн единиц транспорта, из них 50 миллионов — гражданской техники. У нас нет хороших технологий двигателей внутреннего сгорания, трансмиссий и многого другого. А сейчас идет смена технологического уклада. И большой вопрос — во что мы инвестируем. В технологическую отсталость или в будущие технологии?

Очень интересные ниши для развития электрохимических технологий это:

• генерация и топливные элементы;
• накопители, то есть, как правило, аккумуляторные батареи;
• водород или технологии электрохимического преобразования. Можно назвать этот блок зеленой электрохимией.

Важно помнить, что навыка создания крупномасштабных отраслей за последние 30 лет у нас не появилось. А тот, что был, мы подрастеряли. Поэтому для развития перспективной энергетики очень важно научиться развивать свои разработки. Для этого нужна связка опытно-промышленных производств с отраслевой наукой, сменяемость поколений.

Нужно воссоздать школу электрохимии, которая у нас когда-то была. И для этого участники рынка должны действовать сообща».