Материалы портала «Научная Россия»

Президиум РАН: детектив вокруг фотовольтаики

Президиум РАН: детектив вокруг фотовольтаики
О преимуществах государственно-частного партнерства в высоких технологиях

Слово фотовольтаика, напомним, употребляется по отношению к явлениям и технологиям, при которых электрический ток возникает вследствие преобразования энергии света. Здесь мы расскажем удивительную историю по поводу событий, имеющих огромное значение для будущего энергетики страны, причем, событий драматических и, к тому же, совсем недавних — этого года. Рухнул дорогостоящий проект — в 20 млрд руб, но только почти… На выручку пришла фундаментальная наука.

Об этом, а, главное, о выводах из этой истории, расскажем, пересказав научное сообщение на Президиуме РАН (14.04.15) «Государственно-частное партнерство: Научно-технический центр тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе», с которым выступили д.ф.-м.н. Евгений Иванович Теруков, представлявший этот НТЦ, и к.э.н. Олег Игоревич Шуткин из ООО «Хевел».

Все знают, что человечество не будет безгранично черпать из недр нефть и газ, чтобы удовлетворить свои потребности в энергии. На нас нещадно жаркими лучами палит ближайшая звезда — Солнце — и задача, казалось бы, простая: научиться делать хорошие солнечные электростанции в достаточном количестве. Есть страны, например, Германия, где таким способом уже сейчас получается пятая часть электроэнергии страны и где утвержден национальный курс — вообще полностью перейти на т.н. возобновляемые источники энергии.

В России солнечные батареи дают в настоящее время какие-то доли процента электроэнергии — почему так мало? Первая причина связана, как сказал на заседании академик В.Е. Фортов, с бытующим мифом, что, мол, солнечная энергетика нам не очень нужна, поскольку у нас много углеводородных ресурсов, плюс у нас достаточно хорошо обстоит дело с гидроэнергетикой. О второй причине здесь, в нашем рассказе, также пойдет речь — это тотальная незаинтересованность крупного бизнеса и производства в наукоемких технологиях.

Но прорыв, представьте, произошел: массовое развитие солнечной энергетики в России стартовало! И произошло это в январе 2015 года в городе Новочебоксарск, где компанией ООО «Хевел» был запущен завод по производству тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного кремния. Вот — тот дорогостоящий проект, который всего через пару месяцев почти рухнул. Но только — почти!

Чтобы рассказать — что его спасло, надо пунктиром наметить совсем другую линию из прошлого. Еще до войны в ведущем научном учреждении страны и мира — Ленинградском Физтехе — солнечный элемент учеными был сделан, правда, с очень маленьким кпд 1% и знаменитый физик Абрам Федорович Иоффе, имя которого ныне носит этот институт, тогда прозорливо предположил, что в мире в дальнейшем произойдет необычайно широкое шествие солнечной энергетики! Правда, тогда же физики сформулировали, что проблема  упирается в кпд и в стоимость установки и произведенной энергии.

Прошло более чем три четверти века. Сегодня в мире, если не говорить о России, уже инсталлировано 140 ГВт мощностей солнечной энергетики при ежегодных темпах прироста 40 – 50 ГВт. Что касается нашей страны, то интерес к проблеме возник в 2010 году. Тогда Физтех предложил компании РОСНАНО проект завода по концентраторной солнечной фотовольтаике которая была создана в лаборатории, руководимой д.т.н. Вячеславом Михайловичем Андреевым — совместно с академиком Жоресом Ивановичем Алферовым. Эти разработки задают направление гетероструктурной фотовольтаики, дающим на сегодня самые эффективные солнечные элементы в мире — их кпд уже за 45%. Тогда проект в РОСНАНО приняли и, по просьбе губернатора Ставрополя, перенесли реализацию на ту территорию. Увы, за два года ставропольцы не смогли найти нормального инвестора с 450 миллионами рублей, которые были необходимы, тот, кого нашли, смог вложить всего 50 миллионов, и, ко всеобщему огорчению, проект закрыли. Обидно — потому, что проект «вынырнул» совсем в другом месте. В Калифорнии сейчас начал реализовываться аналогичный проект — он в США пришел от наших коллег из Германии, которые, в свою очередь, в 90-е переняли эту технологию у нас.

В этом месте рассказа уместно сделать важную ремарку, которая прозвучала на заседании в словах члена-корреспондента А.Г. Забродского, директора ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. Исследователь, говорил он, параллельно с разработкой должен формировать и заказчика — это очень важно, это узкое место, и, может быть, даже самое главное. У нас в стране практически нет заказчиков под наши высокотехнологичные разработки, которые готовы были бы вкладывать в их реализацию деньги. В данном случае заказчик, к счастью, нашелся. Но, в целом, бизнес, к сожалению, не заинтересован в выпуске конкурентоспособной продукции, поскольку у нас слишком многое монополизировано, а если ты монополист — тебе ничего этого не надо. Это проблема, по сути, государственная: сил у директора даже крупного института явно недостаточно — очень мало подобных проектов при жизни удастся реализовать. Нам необходимо возрождение органа, говорил А.Г. Забродский, по функциям аналогичного бывшему советскому ГКНТ (Государственный комитет по науке и технике СССР), который был бы для нас, ученых, разработчиков, как бы единым государственным заказчиком и одновременно организовывал бы межведомственную кооперацию, потому что все сегодня тонет в межведомственных барьерах. Задача сверхсложная. Мы все вместе по крупице должны вносить вклад в создание подобного государственного органа управления. Если мы этого не сделаем, боюсь, сказал А.Г. Забродский, слова Президента страны о реиндустриализации ждет та же участь, что и участь слов о перестройке —  а чем тогда это кончилось для страны, вы помните.

Так или иначе, но опыт взаимодействия с РОСНАНО по тому проекту очень пригодился специалистам ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН на новом раунде по созданию солнечной энергетики — когда такое предложение возникло теперь уже от нового заказчика, от президента «Сколково» Виктора Феликсовича Вексельберга. И тут Физтехом был сделан ключевой шаг, который, как показали всем участникам последующие события, и спас ситуацию. В 2012 году при ФТИ им. А.Ф. Иоффе был организован «Научно-технический центр тонкопленочных технологий», причем, первоначально с очевидной целью — делать научное сопровождение солнечной энергетики, улучшать основные параметры тех солнечных модулей на основе аморфного кремния, которые еще только будут выпускаться в производстве (ООО «Хевел»).

Это был, с учетом мировых тенденций, дальновидный шаг: несмотря на то, что происходит с ценами на нефть, мировой прогноз по развитию солнечной энергетики растет от года в год и рост составляет порядка 25%. Первоначально планировалась цепь задач: разработка трехкаскадного солнечного модуля, улучшение оптического поглощения света в активных слоях модуля, улучшение качества активных слоев в каскадах и гетеропереходах. Ожидавшийся результат от этих улучшений — увеличение кпд модулей до 14–15 %.

Тут важно знать, что основу мирового производства солнечных элементов составляют элементы на кремнии — на кристаллическом (41 %) и поликристаллическом кремнии (45 %). Соответственно, ничего не подозревавшие ученые в НТЦ и производственники в ООО «Хевел», апробировали все решения строго для того технологического оборудования, которое было установлено на заводе ООО «Хевел»: речь шла об использовании тонкопленочной технологии изготовления солнечных элементов именно на основе кристаллического кремния — т.е. как во всем мире.

17 января состоялось открытие завода, он начал работать, но через пару месяцев с проектом произошла катастрофа — надо было ставить вопрос о закрытии завода. Потому что вертикально вниз упала цена на кремний!

До этого любая фирма планеты могла покупать недорогой китайский поликремний и на нем делать эффективные конкурентоспособные солнечные элементы — правда, с низким кпд, но, тем не менее, конкуренция могла бы быть. И вдруг Китай делает невероятно резкое снижение цен на кристаллический кремний — с 300 до 20 долл. за килограмм. При таком падении цены  на кремний продукция уже не будет никогда конкурентоспособной на мировом рынке.  

Вот когда все осознали своевременность и важность создания Научно-технического Центра: перед учеными была поставлена экстренная задача попробовать спасти действующее производство завода ООО «Хевел», найти способ его модернизации под новую конкурентноспособную продукцию, причем, что важно! — используя существующие технологические линии завода.

И тогда у ученых возникла идея совместить тонкопленочные технологии с технологией кремния — в сущности, это-то и стало предметом научного сообщения на Президиуме РАН: именно на данном пути удалось получить высокоэффективные солнечные элементы, конкурентоспособные на мировом рынке! Это важно подчеркнуть: сегодня авторитетов и стандартов в этой сфере пока нет, отрасль фотовольтаики настолько молодая, что до сих пор нет той технологии, про которую можно было бы сказать — она будет доминирующей в ближайшие годы! На новом направлении специалистами НТЦ был достигнут кпд элементов 21%, что позволяет производить конкурентноспособную продукцию.

Таков крутой поворот на старте отечественной солнечной энергетики: завод на том технологическом оборудовании, которое уже поставлено, проработает еще полгода, а затем полностью уйдет на реконструкцию — на полтора года! И с начала 2017-го года начнется выпуск продукции по более совершенной технологии, предложенной НТЦ.

Экономия огромна: не надо выбрасывать оборудование, а придется докупить его всего лишь на десятую часть от тех вложений, которые были сделаны раньше. При этом производительность завода возрастет вдвое, а окупаемость проекта достигается в течение полугода.

В мировой практике есть особый вариант достижения конкурентоспособности на очень конкурентном рынке, и это вариант, избранный Китаем: создание огромных масштабов производства. Китайская промышленность, не обладая передовыми технологиями, доминирует на рынке как раз вследствие создания огромных производств. У нас же случай с этим крутым поворотом, когда выручил НТЦ, убедил ООО «Хевел»: подход должен быть другим, в борьбе за конкурентоспособную продукцию надо делать акцент на использование самых передовых разработок.

Теперь в компании есть «комплект»: НТЦ, завод и также производство солнечных электростанций с 30-летней гарантией, т.е. конечного продукта, дающего производство электроэнергии. Докладчики показывали слайды: например, в горном Алтае, в долине — на снимке видна большая площадь солнечных элементов, устанавливаемая всего за три месяца, а как кардинально меняются здесь условия жизни!

На этом наглядном примере бизнес понял, зачем нужна наука. В Чебоксарах, конечно, некому было выполнять НИОКРы — там нет соответствующего квалифицированного персонала. Поэтому перед НТЦ изначально были поставлены две задачи — взять на себя функцию НИОКРовской проработки, а также решить вопрос подготовки кадров. И все это осуществлено: сейчас кадры готовятся на базовой кафедре Физтеха в Политехническом университете в Санкт-Петербурге. В течение последних двух лет выпущены две магистерские группы и эти ребята сегодня успешно работают на заводе.

Реализация проекта помогла Физтеху и еще с одной болевой точкой, общей, кстати, для всех институтов Академии наук — катастрофическим износом основных фондов оборудования. В Физтехе этот износ достигал 85% еще несколько лет назад. Сейчас же, с началом реализации масштабного проекта с объемом инвестиций 4 млрд руб. ситуация меняется, и уже в дюжине направлений института проекты могут доводиться до серьезных ОКРов.

Была и еще проблема: если хочешь создавать солнечную или ветровую энергетику, необходимо утвердить массу правительственных актов, документов, постановлений. К чести компании «Ренова», Виктора Феликсовича Вексельберга, говорил А.Г. Забродский, все эти задачи за несколько лет удалось «разрулить», принят целый блок постановлений Правительства — и сегодня вся нормативная база практически готова. Проект производства солнечных элементов и модулей был включен Минпромторгом России в отраслевой перечень проектов, способствующих импортозамещению. Рассматривается вопрос о включении проекта в перечень 20 приоритетных национальных проектов в энергетике, а также о его поддержке в рамках Фонда развития промышленности. Правительством РФ принято Постановление по поддержке объектов возобновляемой энергетики, в том числе солнечных электростанций, с учетом требований по локализации и изготовления солнечных модулей на территории РФ. К 2020 году в РФ ожидается введение в строй солнечных электростанций мощностью 1,5 ГВт.

17 января — это, все-таки, дата открытия солнечной энергетики в нашей стране! Это был пуск завода, а отнюдь не его закрытие.

Завершая заседание, академик В.Е. Фортов обратил внимание присутствующих на то, что последние исследования, которые были сделаны в Отделении энергетики РАН и Отделении наук о земле РАН привели к пересмотру карты солнечной инсталляции. Очень много солнца, оказывается — в Якутии, в северных районах, и там, конечно, применение такого рода технологий было бы очень кстати, не нужно было бы завозить огромного количества дизельного топлива для энергетических установок, как это делается сегодня. К сожалению, все программы по возобновляемой энергетике были провалены, сказал академик В.Е. Фортов, и главная причина в том, что наша промышленность совершенно не заинтересована во внедрении новых технологий. Без помощи государства нельзя сделать производство энергии конкурентоспособным делом, должна быть перестроена вся система управления энергетическим комплексом.

возобновляемые источники энергии президиум ран солнечные батареи фотовольтаика

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий