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.
