Ветрогенераторы для безветрия, настенные солнечные батареи и другие ВИЭ-новации «Сколково».
Возобновляемая энергетика не может без инноваций, и над совершенствованием «зеленых» технологий работают тысячи научных команд по всему миру, в том числе и в России. О том, какие проекты в области ВИЭ есть в Фонде «Сколково», есть ли у альтернативной энергетики будущее в России, и сможет ли наша страна сказать свое веское слово в одной из самых динамично развивающихся отраслей в мире, «Пятому ЭлеменТу» рассказал руководитель направления «ВИЭ и новые материалы» Кластера энергоэффективных технологий Фонда Юрий Сибирский.
Юрий Сибирский.
– Над какими проектами в области ВИЭ работают резиденты Кластера? – У нас есть очень разные проекты практически по всем направлениям возобновляемой энергетики. В солнечной энергетике ведутся разработки, нацеленные на усовершенствование процесса производства фотоэлектрических преобразователей. Если улучшить один из компонентов этого производственного цикла, можно повлиять на производительность, КПД и, следовательно, на себестоимость солнечной батареи. Есть проекты в области гетероструктурных солнечных элементов для концентраторных солнечных батарей, так называемые CPV-технологии, ими занимается команда из Петербургского Физтеха (Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе. – Прим. «Пятого ЭлеменТа»). Интересная тематика – это проекты в области Emerging PV. Например, органические солнечные элементы, которые можно печатать на фасадах зданий. Из них можно делать независимые рекламные конструкции, использующие попадающий на них свет. Есть ниша «умного» текстиля, то есть ткани с подсветкой. Все эти направления точно будут иметь развитие, хотя на сегодняшний день их доля рынка очень мала. Есть у нас и команды, которые занимаются еще более изысканными технологиями. Это, например, перовскиты – солнечные элементы, которые можно будет печатать с достаточно высоким КПД. (Перовскит – минерал, титанат кальция, который может заменить кремний в солнечных батареях. – Прим. «Пятого ЭлеменТа».) Основная проблема перовскитовых элементов сегодня – их высокая деградация. Если удастся решить этот вопрос, сфера применения у них будет крайне широкой.– Среди резидентов Кластера есть компании, которые строят в России ВИЭ-объекты? – Нашим резидентом является НИОКР-центр компании «Хевел» – он решает конкретные инженерные задачи, которые возникают на их производстве. Они уже добились повышения КПД и снижения деградации солнечных батарей, разобрались с газом, который образуется в этом производстве. Буквально в начале этого года они анонсировали создание прототипа промышленного гетероструктурного солнечного модуля на кристаллической кремниевой основе по так называемой HIT-технологии (Heterojunction with intrinsic thin layer. – Прим. «Пятого ЭлеменТа»), это гибрид кремния и тонких пленок. Если удастся реализовать этот проект, это кратно увеличит КПД их солнечных батарей. Солнечная энергетика не может без инноваций. Существенное снижение стоимости СЭС – это заслуга того, что тысячи команд по всему миру искали, как можно улучшить процесс, повысить эффективность, снизить стоимость. И эта работа продолжается по всему миру, и в России тоже.
– Солнечной энергетикой тематика проекта не ограничивается? – В области ветроэнергетики есть проекты по улучшению аэродинамики ветроколеса и повышению коэффициента использования энергии ветра. Есть интересная разработка, направленная на малые скорости ветра. Сегодня это один из трендов – снизить номинальную скорость ветра, чтобы иметь эффективную генерацию на территориях с более низким ветряным потенциалом, тем самым расширив географию использования ВЭС. Есть один очень интересный проект в области волновой энергетики. Разработчики из Петербурга совмещают защиту береговой черты и энергетическую часть. Сама по себе волновая энергетика пока нигде в мире не имеет экономической эффективности, это очень дорого. А при совмещении этих двух задач экономика появляется. Если все удастся, это будет пилотный проект в России. На мой взгляд, это очень интересная разработка, которая потом может быть успешно масштабирована.
Уникальная разработка ученых их Санкт-Петербурга (ООО «НПО Гидроэнергоспецстрой») – установка, объединяющая дамбу для защиты от наводнений и ветро-солнечно-волновую электростанцию. Больше фото здесь.
– Сколько всего проектов сегодня разрабатывается в Кластере? – Всего у нас сегодня около 50 проектов в области ВИЭ и накопителей энергии. В части солнечной энергетики – чуть меньше 10, ветроэнергетики – 8. Еще около 10 проектов по водородной энергетике. Несмотря на то что количество проектов может звучать внушительно, нам бы хотелось, чтобы их количество только росло, учитывая те разнородные научно-технические задачи, которые решаются в рамках каждого из направлений. – В России эти разработки могут быть востребованы? – Надо трезво понимать размер нашего рынка. Если базироваться на постановлении правительства о поддержке проектов ВИЭ, то это максимум 6 ГВт к 2020 году. К настоящему моменту законтрактовали только 900 МВт солнечной генерации, и, по моим оценкам, суммарно может получиться 1,5 ГВт – это на пять лет, до 2020 года. А мире в прошлом году было введено около 38 ГВт новых мощностей солнечной энергетики. Изолированные от централизованного энергоснабжения районы – Якутия, Дальний Восток – однозначно нуждаются в ВИЭ. Минэнерго оценивает потенциал ВИЭ здесь в 1 ГВт. Это в принципе хорошие деньги, грубо говоря, 2–3 млрд долларов. – Это рынок с хорошим потенциалом? – Да. Правда, тут возникают свои проблемы. Например, в ветроэнергетике – начиная от того, как доставить и смонтировать ветрогенератор, до построения мини-smart-grid на территории конкретного поселка. Поясню: ветрогенератор дает непостоянную выработку, то есть должна быть связь с, например, дизель-генератором. Нужно обеспечить эффективную работу этой связки с минимальными потерями, так как дизель-генератор имеет свои ограничения и при постоянном включении-выключении у него более низкий КПД, и риск поломок возрастает.
Электронно-машинный генератор для ветроэнергетической установки (ООО «ВДМ-техника»)
Возвращаясь к предыдущему вопросу: в мире инвестиции в возобновляемую энергетику в 2014 году составили рекордные 310 млрд долларов. Так что основной рынок находится за рубежом. Мы помогаем нашим резидентам общаться в том числе с иностранными контрагентами, которые будут основными потребителями их разработок. В России мы активно общаемся с РАО «Энергетические системы Востока», которая развивает возобновляемую энергетику на Дальнем Востоке
– Во всем мире активно работают в области повышения КПД солнечных батарей. Какой рекорд эффективности сегодня? – Это зависит от технологии. Максимальный КПД у так называемых гетероструктурных солнечных элементов, которые разрабатываются, как я упоминал, в том числе в нашем Петербургском Физтехе. Эти элементы самые дорогие. В лаборатории для этой технологии получен максимальный КПД порядка 45%. Объем этого сектора пока не очень большой, по стоимости на киловатт установленной мощности они самые дорогие, так как требуют наличия концентратора солнечной энергии и трекера, который будет «вести» панель за солнцем. Такие батареи работают только под прямым солнечным светом. Еще их называют концентратные солнечные батареи или CPV. Сегодня такие солнечные элементы (но без концентраторов) активно используются в космосе, где в первую очередь играет параметр «ватт на килограмм». А самая распространенная технология – кремниевая – имеет максимальный КПД, достигнутый в лаборатории, около 25%. – Как эти технологии делят рынок? – Кремний – самая массовая технология, занимает около 80–90% рынка. Из оставшихся около 10–20% – это солнечные батареи на тонких пленках. Незначительную часть занимают CPV (сотни мегаватт в год) и уже упоминавшиеся Emerging PV, которые пока являются скорее экзотикой.
Низкоконцентраторная солнечная установка (ООО «Солэкс-С»)
– Какие технологии возобновляемой энергетики будут более востребованы в мире в будущем? – Технологий внутри сектора ВИЭ очень много, и они все развиваются. Например, корейские компании очень сильно развили технологии CIGS – это тонкие пленки (Copper indium gallium selenide, медь-индий-галлий-селен. – Прим. «Пятого ЭлеменТа») с КПД около 19%. Солнечная энергетика – это сложные процессы, связанные с полупроводниками, и тут технологическое развитие точно будет продолжаться, расти КПД и снижаться стоимость для потребителей. Найдут свою нишу и Emerging PV, которые, например, можно будет очень недорого наносить на фасады зданий, тем самым делая шаг в сторону «умных домов». В ветроэнергетике развитие идет по линии увеличения масштаба. Сейчас уже есть ветроагрегаты мощностью свыше 7 МВт. Активно развивается и малая ветроэнергетика (мощность до десятков кВт). Будут иметь развитие системы накопления энергии, которые нужны не только для ВИЭ. Там есть множество технологических вопросов, которые надо решать, чтобы сделать их эффективными. Актуальным вопросом являются «умные сети», smart grid. Без развития сетевого хозяйства дальнейшее масштабное внедрение ВИЭ в мире будет крайне сложным. Так как сглаживать пики потребления – очень комплексная задача, которая требует построения «умных сетей», управления ими, наличия накопителей и суперконденсаторов для сглаживания этих пиков и резервных источников электроэнергии. – В Кластере ведется работа по накопителям энергии? Какие проблемы решаются? – Накопители бывают разные. Это могут быть суперконденсаторы, у которых не очень большая емкость, но большие максимальные токи и низкая деградация (большое количество циклов заряда-разряда). Есть аккумуляторы с большой емкостью. Но вопрос по технологиям накопления энергии – это тема для другого, не менее объемного разговора.
– По вашему мнению, каково будущее ВИЭ в России и в мире? – «Ландшафт» развития ВИЭ в России задало Минэнерго, приняв правила поддержки проектов на оптовом рынке и в рознице. Как это повлияло на проекты в солнечной энергетике – уже видно, по всей стране строятся новые СЭС. Программа поддержки в рознице поможет менее крупным проектам, что тоже важно для расширения сектора возобновляемой энергетики. Развиваться ВИЭ будут и в изолированных районах, например, в Якутии, где объективно нужно заменять дорогое привозное дизельное топливо. Я думаю, что там к 2020 году существенная доля генерации будет покрываться за счет возобновляемых источников. Очевидно, что Россия не будет в мировых лидерах в области ВИЭ. Но те правила, которые есть в нашей стране сегодня, дадут хороший плацдарм для дальнейшего развития. Хотел бы отметить и такой фактор, как диверсификация экономики, – эта важная для страны задача и ВИЭ за счет правил по локализации производства работает на эту задачу. Создаются высокотехнологичные производства с новыми рабочими местами. Что касается всего мира, то там ВИЭ в долгосрочной перспективе точно займет существенную долю в энергетическом балансе, а в ряде стран уже играет значительную роль в поставках электроэнерии. Это уже происходит и будет развиваться и дальше. Мне кажется вполне реальной мысль, что в мире в какой-то момент субсидируемый тариф будет не на «зеленую» энергию, а на традиционную генерацию, которая будет нужна для резервирования возобновляемых мощностей.
– Развитие ВИЭ тесно связано с сетевым паритетом, то есть когда цена «зеленой» энергии при поставке в сеть равна цене традиционного киловатта. По вашему мнению, когда стоить ожидать достижения сетевого паритета в глобальном масштабе? – На вопрос о достижении сетевого паритета можно было достаточно уверенно ответить летом: «Это фактически произошло». Сейчас я уже не уверен в таком однозначном ответе, снижение цен на первичные энергоносители безусловно повлияло в негативную сторону на сетевой паритет традиционной генерации и ВИЭ. Но то, что он будет достигнут, – совершенно точно. Цены на нефть не могут снижаться бесконечно, за десятилетия мир уже видел флуктуации в сторону снижения, но потом стоимость барреля снова идет вверх. Хотя по вопросам цены на нефть лучше обратиться к аналитикам нефтяного рынка, которые предсказывали как снижение цены до 20 долларов за баррель, так и отскок обратно к значениям около 100 долларов... При этом надо понимать, что стоимость ВИЭ в будущем не будет снижаться так резко, как это было в последние годы. Существенная доля потенциала по снижению стоимости уже выбрана, но в мире многие работают, для того чтобы сделать возобновляемую энергетику более выгодной для потребителей.
– Европа и Китай – старый и новый рынок сбыта российских углеводородов – активно развивают альтернативную энергетику. Смогут ли они когда-нибудь полностью или по большей части перейти на ВИЭ? – Китай сегодня – один из основных игроков в области ВИЭ. Китайские компании сегодня являются крупнейшими производителями солнечных панелей и очень заметными представителями в области ветра. Но для меня большой вопрос, сможет ли какая-либо страна когда-то полностью перейти на ВИЭ. Дело в том, что с определенного момента ввод новых мощностей становится все дороже, в частности, по причине развития сетей, необходимости накопителей, о чем говорилось выше. Резервирование нужно в любом случае, то есть традиционные станции все равно останутся. Вряд ли тот же Китай или Европа полностью откажутся от атомных станций. Китай вообще потребляет гигантское количество энергоресурсов, и его потребности только возрастают. В ЕС сейчас цель – достигнуть 20% ВИЭ в энергобалансе к 2020 году. Затем они могут поставить новую, более амбициозную, цель. Но 100% не стоит ожидать ни в Европе, ни в Китае, ни, пожалуй, ни в одной крупной энергосистеме.
Ветро-солнечная установка «Aerogreen» (ЗАО «АЭРОГРИН»)
Источник: 5thelement.ru