На пороге новой энергетической эры
Дударенко В.В.,председатель совета директоров "Судпромкомплект"
Организаторами мероприятия выступили АО «Специальное конструкторско-технологическое бюро по электрохимии с опытным заводом» (СКТБЭ) г. Москва и Севастопольский государственный университет.
Крым не случайно был выбран местом проведения конференции. Сегодня он, являясь экологически чистым курортным регионом, взял курс на отказ от углеводородной энергетики и переход на водородную энергетику. Это особенно актуально в данный момент, в связи со стечением целого ряда обстоятельств (искусственная изоляция, энергетическая блокада со стороны Украины и т.д.). По сути, Крым превратился в уникальный полигон для реализации интересных стартапов и инновационных проектов, прежде всего энергетических.
Сегодня как никогда водородная энергетика становится мировым трендом и локомотивом развития ведущих стран. Не зря ее называют «энергией будущего», «зеленой энергетикой», которая преобразит облик городов, где автомобили, заправочные станции, тепло и электроэнергия в домах будут работать на водороде. В настоящий момент глобальные инвестиции в водородную энергетику, по разным оценкам, составляют 0,85 – 1,4 млрд евро в год. С такой финансовой подпиткой эра «водородной экономики» наступит гораздо раньше, чем представляется сейчас. Водородная энергетика пронизывает автомобильный, железнодорожный транспорт. Водородные заправки появляются в центрах мировых столиц и на крупных автомагистралях в США, Канаде и Норвегии. В Германии, Дании, Китае и Японии курсируют пассажирские поезда на водороде.
Интересные тенденции наблюдаются и в сфере энергетики морского транспорта, где для широкого внедрения водородных топливных элементов уже давно созданы международные консорциумы и ассоциации – FellowSHIP, Fuel Cell Boat BV и Marine Hydrogen&Fuel Cell Association (MHFCA). Исландия переводит все рыболовецкие суда, катера и яхты на водород, получаемый за счет геотермальной энергии. В США строится пассажирский паром-катамаран Water-Go-Round («Круговорот воды») – первый в мире корабль на водородных топливных элементах, который должен стать примером для перевода на водородное топливо всего мирового судоходства. Согласно исследованиям Сандийских национальных лабораторий, уже в ближайшем будущем пассажирские паромы перейдут на водородное топливо.
Особенно водородная энергетика актуально в военно-морской сфере. Так в Германии, Испании и Японии уже серийно производят подводные лодки с воздухонезависимыми энергетическими установками (ВНЭУ) на водородном топливе. Такие лодки также есть у Швеции, Италии, Греции, Израиля, Пакистана, Индии, Китая и Кореи. Оснащение подводных лодок ВНЭУ заметно расширяет их боевой потенциал: топливные элементы работают совершенно бесшумно и практически не выделяют тепла и вредных выбросов, одновременно обеспечивая корабль неограниченным ресурсом подводного хода, сопоставимым с атомными субмаринами. Такие лодки могут находиться в подводном положении гораздо дольше, чем традиционные дизель-электрические, оставаясь при этом невидимыми на больших глубинах не только для сонаров, но и для инфракрасных локаторов. Все это проблески новой эпохи исторической эволюции подводного флота. Параллельно с интенсивной разработкой водородных топливных элементов для подводных лодок аналогичные работы проводятся и для надводных кораблей.
.jpg)
Перед Россией стоит новая стратегическая задача – не оказаться в хвосте эпохального процесса. Именно поэтому работа конференции «Роль электрохимии в развитии энергетики и страны. Водородные технологии – 2018» была направлена на поиск перспективных направлений инновационного развития электрохимии в отечественной энергетической отрасли. В результате главной целью конференции стало определение уровня передовых достижений в области электрохимии, обмен опытом и мнениями, выявление проблем и перспективных векторов развития электрохимии в энергетической отрасли, а также выработка научно обоснованных рекомендаций по повышению эффективности выполнения работ, направленных на обеспечение высокого качества продукции и импортозамещение.
В работе конференции приняли участие более 150 ученых и специалистов, представлявших 45 ведущих профильных научных институтов и крупных производственных организаций энергетической отрасли, химического машиностроения, судостроения и оборонно-промышленного комплекса.
Среди них следует отметить: Институт проблем химической физики РАН, г. Черноголовка; ФГУП «Крыловский государственный научный центр», г. Санкт-Петербург; АО «ЦКБ МТ «Рубин», г. Санкт-Петербург; АО «Радиевый институт имени В.Г. Хлопина», г. Санкт-Петербург; Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, г. Екатеринбург; АО «Концерн «НПО «Аврора», г. Санкт-Петербург; ФГУП Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики («РФЯЦ – ВНИИЭФ»), г. Саров; ФГУП «Российский научный центр «Государственный институт Прикладная химия», г. Санкт-Петербург; ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (государственный университет)», г. Долгопрудный; Институт физики твердого тела РАН, г. Черноголовка; Филиал «Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии» («ЦНИИ СЭТ») ФГУП «Крыловский государственный научный центр, г. Санкт-Петербург; ФГУП «Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ»), г. Саров и многие другие научные и производственные организации.
Особого внимания заслуживает участие в конференции представителей Военно-Морского Флота РФ, а также делегатов руководства Республики Крым и города Севастополь, которые приняли активное участие в обсуждении всех поставленных вопросов.
При этом состав участников конференции был «укомплектован» не только людьми почтенного возраста, но и многочисленным контингентом молодых ученых со свежими научными идеями.
География участников конференции также оказалась более чем обширной – 17 регионов страны, таких как Москва, Санкт-Петербург, Севастополь, Республика Крым, Московская, Тамбовская, Ростовская, Нижегородская, Челябинская, Свердловская, Новосибирская области и т.д. Другими словами, на мероприятие съехались люди со всех концов страны. Были также представители ближнего зарубежья – Республики Беларусь.
В рамках конференции были проведены пленарное заседание и научные сессии по трем тематическим направлениям: применение технологий, используемых в системах электрохимической регенерации воздуха, для развития энергетики; воздухонезависимые энергетические установки – вклад в энергетику страны; водородные технологии – перспективные материалы, технологии и комплектующие.
Всеобъемлющему обсуждению подвергся широкий круг вопросов: передовые научно-технические решения и технологии, достижения в развитии стендовой и испытательной базы, направления развития научно-технического сотрудничества между предприятиями и отраслями промышленности в интересах развития электрохимии, а также необходимые меры для внедрения достигнутых научно-технических результатов в производство, в том числе в гражданском сегменте.
Всего было заслушано более 40 докладов и сообщений, затрагивающие не только вопросы научного характера, но и вопросы практического применения и внедрения полученных результатов.
Так, в своем докладе Ю.Б. Яненко (АО «СКТБЭ») рассмотрел проблемные вопросы создания безасбестных электрохимических систем регенерации воздуха нового поколения для обитаемых герметизированных объектов различного назначения (как подводных так и надводных) с целью повышения их надежности и эффективности в критических условиях эксплуатации, снижения массогабаритных характеристик, снижения затрат и себестоимости. Также оценил перспективы внедрения научно-технических достижений АО «Специальное технологическое бюро по электрохимии» в области электрохимии, каталитической химии, создания новых композитных материалов и водородных технологий для решения актуальных вопросов построения преобразователей и накопителей энергии, в том числе для возобновляемых источников энергии, водородной энергетики, создания умных сетей электроснабжения (Smart grid) с целью выработать научно обоснованные подходы и рекомендации по повышению энергоэффективности и качества продукции, импортозамещению.
Представитель АО «ЦКБ МТ «Рубин» С.И. Королёв резюмировал опыт эксплуатации систем ЭХРВ на подводных лодках настоящего и прошлых поколений, указав на приоритетное, с точки зрения повышения надежности и эксплуатационных характеристик, направление их развития – унифицированная система ЭХРВ раздельного типа, которая может быть применима к атомным и неатомным подводным лодкам.
М.А. Конопелько (Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН) в своем докладе представил результаты исследований по вопросам применения расплавленных карбонатных электролитов в системах ЭХРВ в двух режимах – топливного элемента и электролизёра. При этом последний был отмечен как наиболее предпочтительный для систем ЭХРВ в герметичных помещениях в силу высокой надежности, простоты конструкции и эксплуатации.
Большой интерес вызвало выступление Н.Н. Куртиной (АО «СКТБЭ»), посвященное вопросам применения разнообразных катализаторов для оптимизации (ускорения) процесса переработки побочных продуктов химических реакций систем жизнеобеспечения на подводных лодках.
В докладе подробно рассмотрены катализаторы с носителем из активного оксида алюминия γ-модификации, блочные катализаторы на металлической основе, катализаторы на носителе на основе пеноматериалов с нанесенным вторичным носителем и каталитическим слоем коралловидной структуры, катализаторы с моноблочным керамическим высокопористым ячеистым носителем и др. Использование последнего видится крайне перспективным, т.к. нанесение каталитических веществ (Ni, Co, Pd, Pt, Cu, Ag и т.д.) на пористый носитель обеспечивает их тонкое диспергирование, создает большую удельную поверхность при оптимальных размерах пор и повышает термостойкость катализатора, затрудняя спекание его кристаллов, разобщенных на поверхности носителя. При этом наиболее перспективным направлением в разработке катализаторов является синтез оксидных матриц, состоящих из металлического первичного носителя, вторичного носителя на основе оксидов и гидроксидов алюминия.
Не менее интересным был доклад представителя ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Л.М. Клячко, посвященный воздухонезависимым энергетическим установкам субмарин зарубежных флотов. Докладчик охарактеризовал процесс оснащения неатомных подлодок ВНЭУ как основную тенденцию развития современного мирового кораблестроения, которая к 2030 году выйдет на ключевые позиции. При этом в ближайшей перспективе основным типом ВНЭУ останется электрохимический генератор (ЭХГ), а в будущем приоритет будет за энергоустановками на базе твердооксидных топливных элементов, которые могут быть использованы в надводном кораблестроении, гражданском судостроении и других отраслях.
Доклад С.С. Худякова содержал подробный обзор комплекса работ АО «ЦКБ МТ «Рубин» по созданию воздухонезависимых энергетических установок и результатов стендовой отработки их экспериментальных образцов. Большое внимание было уделено описанию технологии получения водорода для ВНЭУ методом риформинга дизельного топлива двухступенчатым способом.
За период с 2008 года АО «ЦКБ МТ «Рубин» был проделан значительный объем как теоретических, так и практических исследований. Проработаны элементы конструкций, накоплено большое количество экспериментальных данных, позволяющих говорить о том, что данная технология реализуема с высокой степенью эффективности. Выполненные проектные работы, результаты проведенных экспериментов и испытаний созданных образцов показывают реализуемость ВНЭУ по выбранной технологии.
В настоящее время процесс создания установки находится в высокой степени готовности и может быть завершен в достаточно короткие сроки. Получение ВНЭУ позволит решить вопросы с модернизацией НАПЛ, а также расширит спектр задач, выполняемых ими. Кроме того, создание ВНЭУ позволит сохранить положение Российской Федерации на мировом рынке вооружений и военной техники, поскольку практически все потенциальные заказчики НАПЛ одним из основных вопросов ставят вопрос о комплектации НАПЛ ВНЭУ. При этом немаловажным фактором рассматривают вопрос применения таких энергетических установок на кораблях потенциального поставщика.
В своем выступлении С.С. Худяков отметил, что АО «ЦКБ МТ «Рубин» уже проработан вопрос о возможности использования ВНЭУ как для стационарных, так и для мобильных установок, предназначенных для работ на морском шельфе, а также в набирающей популярность тематике морской робототехники.
Особый интерес у участников конференции вызвало содержательное выступление Ю.А. Добровольского из Института проблем химической физики РАН, который представил панорамный обзор основных электрохимических источников энергии и устройств на их основе, а также провел сравнительный анализ возможностей использования таких устройств в мобильной технике и на транспорте. Кроме того, докладчик проанализировал барьеры на пути внедрения электрохимических устройств в гражданской и военной техносферах и озвучил возможные пути их преодоления. При этом он заострил внимание на рассмотрении принципов работы и конструктивных особенностей современных электрохимических генераторов на основе низкотемпературных топливных элементов, а также на их использовании в пилотируемом и беспилотном транспорте.
В докладе М.А. Касаткина (ЦНИИ «СЭТ») были детально рассмотрены результаты деятельности направления водородной энергетики (НВЭ), являющегося структурным подразделением Крыловского государственного научного центра (КГНЦ), по созданию энергоустановок на топливных элементах и химических источниках тока в интересах судостроения и ВМФ. В рамках реализации отечественной концепции развития корабельных ЭУ на топливных элементах с твёрдополимерным электролитом была разработана серия работающих на водороде и кислороде батарей – БТЭ-84 (5 кВт), БТЭ-50В (50 кВт), БТЭ-50К (50 кВт). На их основе был создан целый ряд энергоустановок: резервная энергоустановка РЭУ-5, автомобильная энергоустановка АЭУ-20, гибридная энергоустановка МГЭУ-60, работающая на конвертированном в водород дизельном топливе, с утилизацией тепла выхлопных газов в турбогенераторе и др. Кроме того, были достигнуты успехи в области разработки воздухонезависимых энергоустановок с системой утилизации продуктов окисления (УПО), ЭУ на твердооксидных топливных элементах (ТОТЭ) и альтернативных энергоустановок с водородным накопителем энергии. В рамках второго направления было отмечено создание энергоустановки планарной конструкции.
В докладе С.А. Живулько были представлены многочисленные разработки и достижения НВЭ КГНЦ в области создания эффективной, надежной и безопасной системы хранения и генерации водорода для энергоустановок на топливных элементах для морских объектов. Приведен детальный анализ системы хранения водорода в химически связанном состоянии с использованием боргидрида натрия, газобаллонной системы хранения водорода во встроенных в междубортное пространство криволинейных титановых баллонах (под давлением до 40 МПа), системы хранения на базе интерметаллидных накопителей и системы генерации водорода на борту путем конверсии жидкого органического топлива. Основной акцент был сделан на технологии генерации водорода из углеводородного топлива, базирующейся на принципе паровой конверсии с отбором водорода из зоны реакции, и специально созданном для ее проведения моноблочном конвертере. Данная технология принципиально новая и уникальная для отечественной промышленности, ее успешное внедрение откроет путь к широкому распространению энергоустановок на топливных элементах как в стационарной, так и в транспортной энергетике гражданского и военного назначения.
А.В. Балакин в своем выступлении презентовал разработанную АО «Концерн «НПО «Аврора» технологию разработки систем автоматического управления воздухонезависимыми энергетическими установками для морских подводных объектов. В ее основу заложено имитационное моделирование работы энергоустановки (ЭУ) и её системы управления (САУ) и последующая стендовая отработка конечного изделия. Для чего на указанном предприятии создаются специальные имитационно-моделирующие комплексы (ИМК), состоящие из двух базовых частей – аппаратной части (прибор ПСО с платами ввода/вывод, быстродействующий компьютер) и комплекса моделей, описывающих объект.
С их помощью разрабатывается имитационная модель ЭУ и ее САУ. Стержнем этого процесса является принцип модульного программирования: модель сложного объекта управления формируется из функциональных модулей, описывающих работу отдельных элементов моделируемого объекта. Применение данного принципа дополняется принципом исследовательского проектирования. Далее, с помощью ИМК, происходит практическая отработка систем управления. В конце своего выступления А.В. Балакин продемонстрировал отработанные на экспериментальных стендах концерна системы управления ВНЭУ с электрохимическими генераторами для неатомных субмарин и автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА).
По итогам проведенных пленарных, секционных заседаний и дискуссий участники конференции пришли к следующему выводу: интенсивному развитию водородной энергетики в сегодняшней России во многом препятствуют отсутствие системного подхода к данному вопросу, низкий уровень координации и обеспечения межотраслевого взаимодействия, а также отсутствие специального государственного органа федерального уровня, ответственного за системное развитие указанной сферы.
Для решения этих проблем разработан комплекс мероприятий, отраженных в виде рекомендаций в резолюции конференции:
Во-первых, для реализации единой промышленной и научно-технической политики по развитию водородной энергетики коллегии Военно-промышленной комиссии РФ следует рассмотреть вопросы о назначении руководителя приоритетного технологического направления по водородной энергетике и создании межотраслевого координационного совета по данному направлению.
Во-вторых, с целью повышения технического уровня водородно-энергетических разработок и уровня их конкурентоспособности на внутреннем и международном рынках Минпромторгу РФ совместно с рядом других заинтересованных министерств, ведомств и госкорпораций необходимо разработать межотраслевую комплексную целевую программу по развитию данного направления техники, включая разработку систем электрохимической регенерации воздуха (ЭХРВ) для надводных кораблей взамен фильтрующей системы очистки воздуха, воздухонезависимых энергетических установок непрерывного действия на базе гидролиза порошкового алюминия с совместным использованием электрохимического генератора и паровой микротурбины, энергетических установок на твердооксидных топливных элементах и т.д.
В-третьих, в интересах эффективного развития отечественной энергетики в русле импортозамещения Минэнерго России следует выбрать в качестве одного из приоритетных направлений создание мобильной водородной энергетической платформы (станции) с целью обеспечения заправки мобильных потребителей водорода высокого давления, зарядки мобильных электропотребителей, а также электроснабжения стационарных электропотребителей, удаленных от сетевых источников энергии. Кроме того, следует разработать предложения по созданию сети водородных заправочных станций на промышленной основе для обеспечения мобильных потребителей водорода и электропотребителей.
Участники конференции особо отметили необходимость осуществления более тесного научного и технического сотрудничества предприятий различных министерств и ведомств, вузовской и академической науки в развитии водородной энергетики. Именно поэтому целесообразно проводить данную конференцию на регулярной основе, уже сегодня сформировав оргкомитет будущей конференции «Водородная энергетика – 2019» и приняв меры к расширению состава участников, в том числе за счет государственных заказчиков и представителей частного бизнеса.
По итогам конференции участникам также удалось достигнуть несколько договоренностей о реализации конкретных практических мероприятий в русле ключевой тематики:
Завершение конференции ознаменовалось экскурсией для всех ее участников на легендарный крейсер «Москва» - флагмана черноморского военно-морского флота.
Крейсер «Москва» в Севастопольской бухте
В заключение хочется отметить, что конференция оказалась весьма насыщенной и интересной, и, безусловно, внесет свой вклад в развитие отечественной электрохимии и энергетики. Особо стоит отметить своевременность ее проведения, т.к. сегодняшний глобальный переход многих отраслей промышленности на новые методы производства качественных продуктов и развитие экологически чистого транспорта приведут в XXI веке к взрывному росту мирового спроса на водород. Все предложенные в резолюции конференции мероприятия являются более чем актуальными и перспективными на пороге эры новой энергетики.
