Энергетика – это физика плюс экономика

— Владимир Евгеньевич, Вы как-то сказали, что энергетика определяет лицо нашего века. А кто определяет лицо энергетики? И каким будет лицо XXI века?

— Предсказывать будущее — занятие неблагодарное. Но определённые тенденции сейчас существуют. Я думаю, что до середины века, либо несколько дольше, основную генерирующую компоненту будет определять тепловая энергетика. По-видимому, в этот же период будут созданы интеллектуальные сети как высокого, так и низкого напряжений. Генерация будет происходить на установках с высоким коэффициентом полезного действия — на уровне 60%. Предполагается, что к середине века возобновляемые источники в мировом топливно-энергетическом балансе достигнут 20—30%. Что касается атомной энергетики, то очень надеюсь, что она также будет быстро развиваться, несмотря на череду аварий на АЭС, в том числе и на Фукусиме. Будут радикально повышены характеристики надёжности атомных станций за счёт совершенствования Энергетика – это физика плюс экономика О ключевых проблемах российской электроэнергетики, а также о вкладе фундаментальной и прикладной науки в создание интеллектуальных электрических сетей рассказывает гость нашего журнала академик-секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления Российской академии наук, директор Объединённого Института высоких температур РАН доктор физико-математических наук Владимир ФОРТОВ. систем внутренней безопасности и применения реакторов на быстрых нейтронах. Уже в конце века будет продемонстрирована термоядерная электростанция, если раньше на ИТЭРе получат результаты, на которые рассчитывают физики. Физическая часть будет по-видимому реализована в середине века, а прототип промышленного термоядерного реактора появится в конце столетия. Не исключаю, что сроки могут быть сильно изменены — наука ведь может предложить самые неожиданные вещи.

— Понятие «интеллектуальная энергетика» в мире появилось сравнительно недавно. В странах Запада, Востока, а также в России в него вкладывают разный смысл. Более того, различные энергокомпании (речь идёт о российских) по-разному понимают цели и задачи «умной энергетики» и в соответствии с этим пониманием выстраивают свою политику. Общей для всех концепции пока нет. Какой смысл в понятие «интеллектуальная энергетика» вкладывает фундаментальная наука?

— Несмотря на разность подходов, достаточно общее понимание интеллектуальной энергетики в мире уже сложилось. Главное, есть понимание, что электрические сети должны быть построены по новому принципу, который учитывает максимальное использование достижений современной науки в области управления, диагностики, достижений сильноточной электроники (в том числе полупроводниковой) и многого другого. Сегодня в сфере интеллектуальной энергетики существует как бы два направления: на Западе, где расстояния небольшие, акцент делается на сетях распределительных — большей частью низкого напряжения. Для России, где велика протяжённость линий передач высокого напряжения, ближе другая классификация, учитывающая в том числе и управление высоковольтными линиями. Не случайно у нас вместо понятия Smart Grid укореняется понятие «активно-адаптивные сети». Хочу также обратить внимание, что в последнее время американские специалисты проявляют большой интерес к нашим работам именно в области построения высоковольтных активно-адаптивных сетей. Российская научная школа в этой области очень много может сделать полезного, и практики это хорошо понимают.

— Какими всё же должны быть настоящие «интеллектуальные сети»?

— Прежде всего гибкими и умными, чтобы прогнозировать возможные изменения, понимать возникающие проблемы и мгновенно реагировать на них. Доступными, чтобы к ним могли подключиться различные типы генерации (с приоритетом возобновляемых источников энергии), а также таких, которые используют углеводородные ресурсы. Надёжными, т.е. обеспечивающими безопасность и качество электроснабжения. Экономичными — за счёт новых технологий и эффективного управления сетями. При этом централизованное и местное управление в нормальных и в аварийных режимах должно быть охвачено адаптивной системой, а оценка состояния и управления в режиме on-line и off-line должна производиться с применением быстродействующих ЭВМ и программ. Всё это позволит существенно снизить потери электроэнергии и сделать сети более современными и надёжными, более наблюдаемыми и живучими.

— Потери электроэнергии — одна из главных проблем распределительного электросетевого сектора. Поможет ли её решить переход на активно-адаптивный уровень?

— В распределительном комплексе много проблем. Это и потери, и плохая наблюдаемость и управляемость, и трудности с подключением к сетям разных типов генерации, и т.д.

— Ну, ВИЭ для нас не очень актуально — Россия по запасам углеводородного сырья одна из первых в мире.

— Вместе с тем 20 миллионов российского населения живёт в стороне от централизованного энергоснабжения. И для этих людей возобновляемая энергетика очень актуальна. У нас в Институте высоких температур была проделана большая работа, проанализировано состояние всех российских территорий и сделаны аргументированные выводы, где и какие ВИЭ нужно строить, а где они вообще не нужны. Специалисты института сделали карту, на которой указали точки максимально выгодного размещения объектов ВИЭ.

— Сколько будет стоить создание активно-адаптивных сетей?

— Цена вопроса довольно высока — сотни миллиардов рублей. Тем не менее она далека от запредельной. И строить принципиально новые сети всё равно нужно. Сетевой комплекс страны устарел — износ фондов достигает 60%, причём 20—30% надо менять немедленно. Так что, деньги за обновление всё равно придётся тратить. Поэтому лучше вложить их в новые технологии и оборудование, тем более, что многие инновационные вещи в энергетике укладываются в концепцию построения «умных сетей».

— А сколько времени потребуется на создание таких сетей?

— Это процесс поэтапный, постоянно развивающийся. Внедрение «умных элементов» проводится постепенно. Создание активно-адаптивной сети зависит от финансово-экономического и технического состояния электросетевых компаний. При этом следует отметить, что многие инновационные вещи в энергетике удалось сопрячь с построением «умных сетей», что, на мой взгляд, очень важно.

— Что нового может предложить наука современной электроэнергетике? На каких направлениях должны сосредоточить усилия учёные?

— Это многоплановый вопрос. Наука сосредоточивает своё внимание на разных направлениях. Во-первых, базовая проблема — обеспечение электроэнергетики необходимыми энергоресурсами. Сейчас много говорится о том, что будем делать, когда традиционные ресурсы закончатся. Наука отмечает, что традиционных ресурсов у нас пока достаточно. Углеводородные запасы будут доразведываться, параллельно совершенствуются методы и технологии добычи сырья, повышается извлекаемость полезных ресурсов из месторождений. Так что говорить о скором закате углеводородной эры пожалуй преждевременно. Во-вторых, если даже предположить, что через какое-то время традиционного топлива станет не хватать, то надо вспомнить о практически неисчерпаемых возможностях атомной, а потом и термоядерной энергетики. Очевидно, что до конца текущего века будет получен управляемый термоядерный синтез — такие работы ведутся в рамках международного проекта ИТЭР, где одну из ведущих ролей играет российская наука. К слову, углеводородная энергетика — это не более чем «запасённая» энергия термоядерного реактора с гравитационным удержанием нашего Солнца. Может случиться так, что термояд сменит углеводородную энергетику ещё до исчерпания углеводородных ресурсов. Ведь каменный век кончился много раньше, чем иссякли камни на Земле.

— А насколько хорошо фундаментальная наука понимает, какие технологии и разработки будут востребованы энергокомпаниями в ближайшем будущем?

— Если говорить о более конкретных вещах, то энергетика, в том числе и электроэнергетика, всегда опиралась на достижения фундаментальной науки. Напомню читателям журнала, что современная советская, а затем российская физика началась с создания в 1918 году Физико-технического института в Ленинграде, который сейчас носит имя академика Иоффе. В то время шла гражданская война, тем не менее государство выделило деньги на создание научного учреждения, задача которого — изучение физических явлений, необходимых для осуществления плана ГОЭЛРО. Перед коллективом института была поставлена задача — разработка эффективных изоляторов и высоковольтной техники. Работы самого основателя института Абрама Федоровича Иоффе, который на протяжении нескольких десятилетий возглавлял вуз, были связаны с исследованиями в области электрофизики. Сегодня ФТИ остаётся крупнейшим научным центром России, где ведутся фундаментальные и прикладные исследования в важнейших областях современной физики и технологии.

Фундаментальная наука предлагает широкий спектр решений в области систем управления, диагностики, создания адаптированных систем, световолоконных систем измерения токов и напряжений и систем современной борьбы с ударами молнии в линии электропередач, гололёдом и т.п. В частности, наш Институт высоких температур разработал устройство, позволяющее диагностировать электрооборудование на предмет устойчивости от ударов молнии.

Широкое применение получают  полупроводниковые преобразователи. Ведь в развитых странах до 40% электроэнергии проходит через такие преобразователи, что позволяет существенно повысить эффективность передачи электричества заметно сократить потери и поднять качество электроэнергии. В России этот процесс пока идёт не так активно, однако ситуация меняется день ото дня. Например, все более востребованными становятся  полупроводниковые преобразователи, которые разработал талантливый российский учёный академик Игорь Всеволодович Грехов. Его разработки не только не уступают, они во многом превосходят зарубежные аналоги.

Учёные нашего института разработали компактную, надёжную, удобную в применении систему размыкателей с использованием взрывчатки — для разрыва линий и отключения при коротких замыканиях. Эта система позволяет избежать масштабных аварий, поэтому она востребована электроэнергетическими компаниями.

Очень большие перспективы у нас в области разработок и внедрения энергоустановок на твёрдооксидных топливных элементах, по улавливанию СО₂, по развитию солнечной энергетики и так далее.

Вообще у солнечной энергетики большое будущее. Она уже занимает в мировом топливном балансе более заметное место, к тому же производство солнечных батарей становится всё более экономичным, они получают всё больше популярности в разных странах, в том числе и в России. Ясно, что направление будет активно развиваться.

Ещё одно перспективное направление связано со сверхпроводимостью. Уже запущена и работает система сверхпроводящего кабеля, принято решение о строительстве однофазной кабельной линии. Кроме того, сверхпроводники используются в новом поколении трансформаторов для создания накопителей и токоограничителей.

— Владимир Евгеньевич, в 2011 году мы отметили столетие открытия сверхпроводимости. Между тем свойства сверхпроводимости используются пока крайне недостаточно. Некоторые эксперты даже ставят под сомнение целесообразность её использования в электроэнергетике. С чем это связано?

— Для массового применения сверхпроводимость ещё повидимому не совсем созрела. Философское объяснение этому дали наши великие учёные Лев Ландау и Михаил Старикович. Они задались вопросом: что такое энергетика? И пришли к выводу, что энергетика — это физика плюс экономика. Физика отвечает на вопрос: что можно сделать? А экономика сообщает, надо ли это делать. Так вот, с точки зрения экономики сверхпроводимость пока не выгодна. Однако в отдельных случаях её применение оправдано. Задача учёных — сделать её экономически эффективной. А это станет возможно тогда, когда мы сможем получать свойства сверхпроводимости при комнатной температуре. Сейчас лучшие физики и технологи активно работают над этой задачей. Когда она будет решена, — вся электроэнергетика радикально изменит свой облик. Не нужно будет строить высоковольтные линии, отпадёт необходимость в трансформаторах — интеллектуальная сеть будущего будет работать на постоянном токе.

— Для развития интеллектуальной сети потребуются новые материалы и технологии. Но в России нет базы для их создания, а сами технологии вызывают скептицизм. К тому же многие отрасли, призванные обеспечить потребности энергетики, либо еле дышат, либо окончательно разрушены. Что делать в этой ситуации? Импортировать готовые решения? Кооперироваться с иностранными компаниями и научными институтами? Создавать что-то своё?

— Ситуация в мире и мировой науке сильно изменилась. Масштабные проекты носят интернациональный характер. Мы никуда не уйдём от кооперации. В России на условиях кооперации с международными компаниями осуществляются различные проекты в самых разных областях экономики, в том числе и в электроэнергетике. И это оправдано. Стоимость сырья в электроэнергетике очень невелика. Куда дороже стоит интеллект. Основную прибыль приносит добавочная стоимость. И этот фактор необходимо учитывать при кооперации с зарубежными партнёрами.

— Часто слышишь жалобы от учёных, что их научные достижения практически не используются практиками. В чём дело? Может быть, наука предлагает то, что пользователи пока не могут воспринять?

— Этот вопрос более глубокий, чем энергетика. Мы часто сталкиваемся с ситуацией, когда разработки наших учёных легче и дешевле внедрить за границей, чем в России. Только в нашем институте таких примеров десятки, а в Российской академии наук — сотни. И причина не в том, что наши специалисты хуже иностранных и менее восприимчивы к новизне. Причина в том, что система внедрения не работает. Помню, на этапе перехода из 20 в 21 столетие были проведены опросы общественного мнения, в котором принимали участие не только учёные и технические специалисты, но и простые граждане. Все они отвечали на вопрос: «Что вы считаете главным достижением в ушедшем столетии?» Знаете, что респонденты поставили на первое место? Инновационную систему США! Не открытие атомной энергии, не открытие чёрных дыр, а создание системы, которая позволяет создавать и быстро продвигать инновационные продукты. Вспомните, как во время визита в Сингапур президент РФ Дмитрий Медведев за 15 минут зарегистрировал фирму. У нас для этого надо собрать большие стопки документов и долго бегать по инстанциям. И так везде, в том числе и в области продвижения новых разработок. У нас человек, вместо того чтобы заниматься экспериментами, создавать что-то новое, вынужден стучаться о стену, а не творчески работать. В связи с этим считаю, что задача нового президента могла бы состоять в том, чтобы разобраться с бюрократическим идиотизмом, который просто не даёт развиваться отечественной науке и производству. Когда в нашей стране заработает нормальная система, позволяющая учёным и специалистам без препятствий воплощать в жизнь лучшие разработки, наша экономика я убеждён, выйдет на качественно новый уровень.

Беседовала Людмила Юдина