16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/397/9399386.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 17 (397) сентябрь 2020 года

Композиты меняют энергетику

Наука и новые технологии Ирина КРИВОШАПКА, при содействии INNOPROM ONLINE 306

Инновации в энергетике и электротехнике, в частности, почти всегда обсуждают на уровне проектов, станций, агрегатов и турбин. Но часто именно детали в готовом объекте не только гарантируют его безопасность, безаварийный и длительный срок эксплуатации, но и влияют на экономическую состоятельность и стоимость всего проекта.

К примеру, работоспособность ветроустановки и экономика ветрогенерации зависит от… лопасти, точнее, от материалов, из которых она состоит, – металла, композита или углеволокна. Именно последнему суждено в ближайшие 10 лет нарастить свою долю применения только в ВИЭ в три раза.

О том, какие виды этих скромных элементов в энергетике сыграют свою решающую роль в будущем, рассказали эксперты, доказав, что современные тренды – ВИЭ, безуглеродная энергетика и «зеленое» топливо – как раз и подтолкнут рынок композитов к фантастическому росту.

Традиционные конструкционные материалы – металлы – актуальны уже более 3 000 лет. Полимерные композиты на основе технических волокон появились всего 50 лет назад. Однако благодаря уникальным характеристикам, легкому весу и высокой прочности, а также стойкости к кислым средам они уже конкурируют с традиционными материалами в стратегических отраслях промышленности, в том числе и энергетике.

– Есть провокационное заявление о том, что эра железобетона и металла подходит к концу и через 10‑20 лет весь мир будет состоять из углепластика, – сказал генеральный директор UMATEX Александр Тюнин. – В силу своих характеристик этот материал превосходит все известные металлы и даже такие современные легкие композиты, как стекловолокно, базальт и высокопрочную сталь и по прочности, и по износостойкости, и по другим характеристикам. Например, легкость углепластика выше стали в 5 раз, высокая прочность – более 7 Гпа и большая устойчивость к агрессивным средам и коррозиям. В результате этот материал может служить до 100 лет и повышать эксплуатационные характеристики разных изделий.

При этом, отметил спикер, речь не идет о полной и тотальной замене использования, скорее, можно говорить о комбинированном применении композитов и современных металлов и сплавов. Но очевидно то, что доля композитных материалов и сплавов ежегодно будет увеличиваться. Причем во всех отраслях, где это возможно. Как известно, семь ключевых отраслей являются потребителями этих материалов: авиация, космос, инфраструктура, судостроение, ядерная энергетика, ОПК, прочие индустриальные применения.

Кратный рост рынка УВ обеспечит его соответствие глобальным технологическим трендам, включая без­углеродную энергетику, экологичный транспорт и топливную эффективность. Интересно то, что эти тренды не будут развиваться без композитных материалов.

– Лопасти ветроэлектростанций состоят из композитов, солнечные панели – тоже, в атомной энергетике применение композитов в самых разных элементах станций растет с каждым годом, – рассказал А. Тюнин. – К 2030 году только в ветро­энергетике ожидается применение УВ в 2‑3 раза больше, чем сейчас.

При этом эксперты говорят, что этот рынок не будет расти быстро и просто – сроки выхода новых продуктов в сфере углеродного волокна начинаются от 5 лет, а коммерциализация таких продуктов занимает порядка 18 лет.

Для российского рынка оптимистичным событием стало подписание в апреле этого года между Правительством РФ и ГК «Росатом» дорожной карты «Технологии новых материалов и веществ», в рамках которой сформировано 4 направления: полимерные материалы, аддитивные технологии, редкие металлы и новые конструкционные материалы.

Документ предполагает комплексное развитие научных разработок, производства материалов и развития отечественной базы и оборудования, и материалов. По результатам Дорожной карты российские композиты могут реализовываться не только на территории РФ, но и экспортироваться. Прогнозируется почти семикратный рост отечественного рынка углекомпозитов к 2025 году (с 0,8 тыс. тонн в 2018 г. до 5,8 тыс тонн в 2025 г.) и выход на экспорт с тем, чтобы к 2030 году войти в пятерку лидеров по производству углекомпозитов – сегодня мы поставляем в зарубежные страны менее 1 % продукции.

Безусловно, скептики говорят, что стоимость таких материалов далеко не маленькая и вряд ли она будет снижаться. Однако трендом современных производств по переработке вторичного сырья для выпуска готового изделия, возможно, воспользуются и в России. Кроме того, авторы технологии рассчитывают на масштабирование таких производств в РФ.


Без конфликта со старым

Как отметил председатель совета директоров АО «РОТЕК» Михаил Лифшиц, наиболее успешно новые материалы внедряются в тех отраслях, где они не вступают в конфликт со старыми.

– Например в ветроэнергетике, которая появилась относительно недавно, – подчеркнул М. Лифшиц. – Никому в голову не приходило пытаться в индустриальном масштабе применить что‑нибудь кроме композитов для производства лопастей. Поэтому, чем больше будет новых изделий, тем больше новые поколения инженеров будут смотреть на применение материалов без предвзятости и привычек к чему‑то, тем быстрее туда будут проникать композиты, о которых мы говорим.

По его мнению, востребованной также будет комбинация металлов и композитов.

– Если мы говорим про ту же авиацию или автопром, то металлические компоненты, сделанные с современными подходами, с использованием методов бионики, и комбинации металлов и композитов, это ключ. В том числе, к консервативным отраслям, к которым относится и наш традиционный бизнес – производство турбин, – сказал спикер.

Он также отметил, что применение новых материалов в значительной степени меняет лицо отраслей. Говоря о солнечной энергетике, Михаил Лифшиц подчеркнул, что композиты позволяют «фантастически расширить применение солнечной энергетики за счет размещения композитных модулей на вертикальных поверхностях и крышах существующих зданий».


Цена – не вопрос

Стоимость композитов сегодня выше стоимости металлов. Но если речь идет о совокупности характеристик, включая технические, то цена вопроса может быть совсем другой в зависимости от сферы применения.

– Там, где экономика и решения могут конкурировать, где характеристики материалов как раз заложены в применение, как это в случае с лопастями, средние размеры которых в пределах 60 метров, жесткими требованиями по прочности, надежности, долговечности и легкости, очевидно, что применяется сложное сочетание стекловолокна, углеволокна, – рассказал Алишер Каланов, руководитель инвестиционного дивизиона ВИЭ УК «Роснано». – Сравнивая два продукта, производимых из разных материалов, нужно посчитать экономику жизненного цикла, и в данном случае дешевизна неуместна. Использование изделий из других материалов – наиболее эффективное решение.

Мы построили первый завод по производству лопастей в России. Лопасти выпускаются с использованием сочетания стекловолокна и углепластика, как определенного элемента армирования – лопасть длиной 62 метра подвергается соответствующим нагрузкам, поэтому должна сочетать в конструкции два материала композитной индустрии. Если смотреть в будущее, то в соответствии с программой до 2035 года развитие ветроэнергетики будет строиться на турбинах 5+ класса, с лопастями более 70 метров. Соответственно, возникнет необходимость в инновационных материалах для армирования.

Как отметил А. Каланов, в целом ветроэнергетика будет одним из элементов генерации будущего. Развитие будет идти в направлении материковой и офшорной части, последняя, кстати, наращивает темпы: с нынешнего 1 % в ближайшие годы «Роснано» планирует нарастить объемы до 25 %, в том числе и за счет новых технологий и изделий. При этом спикер сделал сноску, что в морской энергетике речь идет о еще более габаритных установках – мощностью 8‑12 МВт.

– Будущие тренды за углеволокном, считает А. Каланов. – Когда мы выбирали технологического партнера, оказалось, что только у одного из них 62‑метровая лопасть армировалась углеволокном, остальные делали на «стекле». А лопасти длиннее 70 метров невозможны без армирования, это понимают и наши партнеры. И все производители, которые говорят об установках 5+ класса, согласны с этим. Есть также и другие элементы ветроустановки, которые производятся из композитных материалов, но основным элементом, влияющим на работоспособность установки и экономику ветрогенерации, является все‑таки лопасть. Мы видим перспективы в новых материалах, углублении локализации и надеемся, что вслед за построенным заводом появятся предприятия, которые позволят выпускать и компоненты для формирования такого сложного продукта, как лопасти.

В продолжение офшорной ветроэнергетики Алишер Каланов рассказал о планах по использованию на таких установках водородных технологий. Это тоже соответствует мировым тенденциям по безуглеродной и зеленой энергетике, и крупные мировые компании дополняют офшорные ветропарки инфраструктурой, которая позволяет получать «зеленый» водород и использовать его как топливо будущего. Разумеется, и здесь будут использоваться новые композиты, в силу того что водород как продукт, обладающий индивидуальными характеристиками, при взаимодействии с металлом приводит к его хрупкости, и это не самый удачный исход для выстраивания всей инфраструктуры ВЭК – от запорной арматуры до транспортировки этого топлива.

Известно, что «Роснано» совместно с UMATEX работает над созданием технологий, которые станут не просто уникальными научными компетенциями, но и смогут создать экспортоориентированный продукт.
Какие материалы или сложные химические соединения получат в перспективе свою нишу на рынке, пока неясно. Но, как видно, композиты, от которых зависит экономика готового объекта, совершенно точно не входят в узкосегментированную нишу.


Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), Ветроэнергетика, Ветроэлектростанция, Лопасть ротора

Похожие Свежие Популярные