Инновации из «Сколково»

02.06.14 10:19

Юрий Балашов, руководитель проекта ООО «4Д Энергетикс Рус» (Сколково):

— Сегодня в области развития распределенных сетей есть большая проблема — современные стационарные накопители энергии для таких применений, как удаленные районы, объекты ВИЭ и системы поддержки электросетей, — очень дороги. Наша разработка призвана решить эту задачу. Мы создаем накопитель энергии со стоимостью одного цикла накопления энергии до 0,3 руб. за кВт∙ч, причем капитальные затраты на его производство будут в 4–5 раз ниже, чем у существующих систем хранения.

Наш подход основан на использовании адсорбционной батареи. Благодаря использованию дешевых материалов, таких как активированный уголь, а также применению стандартных систем электроники мы можем создать прототип со стоимостью накопления существенно ниже, чем у таких систем, как литиевые аккумуляторы и проточные батареи. Накопитель будет способен к исключительно быстрой перезарядке — в среднем в течение 0,3–2 часов на цикл, и сможет выполнять от 4 до 36 циклов в сутки. Также систему будет характеризовать высокое соотношение отданной и запасенной энергии на цикле заряд — разряд (до 85%).

На сегодняшний день создан прототип 96 В батареи. Над проектом работает команда разработчиков из Московского государственного университета и Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина. Мы работаем в партнерстве с западными производителями и интеграторами, в частности с компанией из Силиконовой долины в США. За три года нами пройден путь от концепции до промышленного прототипа батареи и создано мелкосерийное производство. Начальная фаза работ была профинансирована российским венчурным фондом. Получено письмо от потенциальных заказчиков о намерении закупать наш продукт на сумму $10 млн в год с 50% годовым ростом заказов, что достаточно для вывода компании на самоокупаемость за 2–3 года. Сегодня мы ищем инвесторов и партнеров для начала производства, испытаний продуктов у заказчиков и первых продаж.

 

Динамика развития проекта «4Д Энергетикс Рус»

 

Евгений Николаев, генеральный директор ООО «Композит Электро» (г. Чебоксары):

— Наш основной продукт — энергоэффективный высоковольтный провод с композитным сердечником. Суть инновации состоит в том, что мы создаем новый тип провода из алюминиевого сплава, где вместо металлического сердечника будет использоваться композитный, примерно в четыре раза более легкий. Сердечник имеет низкую теплопроводность и низкий коэффициент линейного расширения, который позволяет проводу удлиняться меньше, чем обычному сталеалюминиевому.

Скомпенсированный вес сердечника можно использовать на дополнительную массу токопроводящего элемента, либо просто сделать провод легче. При использовании провода с композитным сердечником потери электроэнергии снижаются приблизительно на 10%, сужается стрела провеса.

Мы предполагаем, что допустимый нагрев провода будет до 150°С, что позволит при необходимости передавать через него больше энергии. Стоимость линии с использованием нашего провода будет сопоставима с ВЛ с традиционным проводом АС, а в некоторых случаях и ниже. Сердечник легче, значит, в пересчете на километр будет возможна экономия до 5–7% по сравнению с применением сопоставимых продуктов. Также будут снижаться затраты на строительство ЛЭП за счет использования меньшего количества опор.

Разработка имеет серьезный потенциал. В России рынок проводов составляет порядка $400 млн ежегодно, мировой рынок проводов превышает $10,8 млрд, а к 2020 г. прогнозируют его рост до $14 млрд.

В настоящее время проведены НИРы по сердечнику, технико-экономическое обоснование применения, получены прототипы, и сейчас совместно с ВНИИКП и НТЦ ФСК ЕЭС мы создаем новый тип провода. Наша команда квалифицирована для проведения НИОКРов мирового уровня, как в композитах, так и в электроэнергетике.

 

Сергей Перегудов, генеральный директор ЗАО «Инженерно-технический центр «Континуум» (г. Ярославль):

Мы занимаемся системами WAMS — Wide area measurement systems. Речь идет о технологии синхронизированных измерений — одном из наиболее активно развивающихся направлений современной энергетики. Данные системы существенно отличаются от традиционных, так как основаны на двух базовых принципах — синхронности измерений (все измерения происходят единовременно, что позволяет напрямую сравнивать их друг с другом), и векторное представление данных (вид, естественный для последующей аналитической обработки). Кроме того, используется весьма эффективный способ сжатия таких данных. 

Возможности систем WAMS: прямое сравнение величин, полученных из различных географически разнесенных точек, анализ угловых характеристик токов и напряжений, получение точных срезов мгновенных небалансов мощности в энергосистеме, и значительное повышение их наблюдаемости. Например, системы позволяют определять параметры схем замещения элементов энергосистемы и с высокой точностью моделировать ее поведение в различных условиях. С их помощью можно проводить мониторинг реальных режимов работы оборудования, отслеживать и определять направления распространения различных возмущений, колебаний в энергосистеме, определять локализацию их источника.

Если мы посмотрим на типовую структуру систем WAMS, то увидим, что на нижнем уровне располагаются специализированные устройства измерения, которые работают в едином времени, что достигается синхронизацией с помощью спутниковых технологий GPS 2. Далее данные через коммуникационные подсистемы после промежуточной концентрации попадают в верхний уровень, который является основным и определяет функциональность системы. Здесь происходит сбор данных, их анализ, и, возможно, в перспективе, будет также возможно выполнение управляющих воздействий на исполнительные механизмы. Тогда система из измерительной превратится в управляющую или даже систему защиты.

Наша компания несколько лет активно работает в направлении систем WAMS, участвует в разработке нового измерительного устройства для цифровых подстанций, которое может работать как с аналоговыми, так и с цифровыми данными по стандарту МЭК 61850, использоваться в составе традиционных и инновационных систем.

Наша компетенция не ограничивается только уровнем измерений. Один из актуальных проектов — разработка системы сбора и обработки синхронных векторных данных, то есть системы верхнего уровня. Таким образом, у нас есть компетенции на всех ключевых уровнях WAMS, и мы открыты к сотрудничеству в данной сфере.

 

Дмитрий Сильченков, генеральный директор ООО «Электрокомпозит» (Мытищи Московской обл.):

Наша компания разработала новый тип провода с гибким многожильным композиционным сердечником для воздушных линий, позволяющим в два раза повысить их пропускную способность и на 20% — энергоэффективность. 

В начале XXI в. сначала в США, а затем в Европе были разработаны провода нового поколения с композитным сердечником, обладающие повышенной пропускной способностью за счет возможности длительно эксплуатироваться при повышенных температурах. В целом появление этих проводов обусловлено логикой развития мирового промышленного производства и роста численности населения. Существующие линии с традиционным сталеалюминиевым проводом перестали удовлетворять темпам мирового роста ВВП в конце ХХ — начале ХХI вв., а строительство новых линий было бы крайне дорогим, а то и вовсе невозможным. Повышение токовой нагрузки — логичное и экономически обоснованное решение в то время.

Провода с композитным сердечником, в отличие от АС, использующихся в ЛЭП более 100 лет, легче, более энергоэффективны, прочнее, следовательно, надежнее при воздействии гололедно-ветровых нагрузок и безопаснее. Единственный недостаток этих проводов — высокая стоимость. С учетом стоимости арматуры и монтажных работ они примерно в 10 раз дороже традиционных АС.

Мы считаем, что применив принципиально новую конструкцию и технологию изготовления, мы можем существенно снизить себестоимость таких проводов, расширить спектр их практического применения. В настоящее время из-за высокой стоимости рынок высокотемпературных проводов составляет 3–5% от рынка неизолированных проводов, чаще всего это провода специального назначения для повышения пропускной способности.

Что представляет собой один из самых популярных и успешных сегодня проводов с композитным сердечником? Он имеет сердечник в виде единичного длинномерного стержня, армирован в центральной части углеродными волокнами, во внешней части — стеклянными. Чтобы достигнуть приемлемой гибкости при такой конструкции, необходимо снижать содержание армирующих волокон, а это значит, что при производстве требуется использование специальных высокомодульных, высокопрочных волокон, которые очень дороги и ведут к удорожанию продукта. Провод — длинномер 3 км. Вероятность нахождения на этой длине дефектов критического размера очень велика. Отсюда необходимость в дорогостоящем оборудовании по автоматизации процессов контроля качества. Процент брака при таких длинах очень велик, а это опять удорожание. Наконец, сердечник открыт для воздействия влаги, озона, окислов азота, кислорода, действию повышенных температур. Сложно обеспечить приемлемый ресурс работы и сроки эксплуатации.

Проанализировав все эти недостатки, мы пришли к заключению, что выбор многожильной конструкции сердечника, в котором каждая жила находится в металлической защитной оболочке, выполненной из алюминиевых сплавов, является оптимальным с точки зрения обеспечения ресурса работы провода и возможности снижения его себестоимости. В данной конструкции требования к армирующим волокнам не такие суровые, и можно применять более дешевое связующее из-за защиты сердечника. Соответственно вопрос гибкости и надежности тоже решается.

Несколько слов по выбору армирующих волокон. Наши коллеги использовали базальтовые и стеклянные. Мы первоначально тоже хотели использовать эти волокна, проводили их комплексные испытания в условиях эксплуатации. Результаты показали, что применять стеклянные и базальтовые волокна в неизолированных проводах нецелесообразно. Две причины: модуль упругости и наличие специфического разрушения на изломах, решить эти проблемы практически невозможно.

Чтобы реализовать нашу конструкцию, потребовалось применить принципиально новую технологию, обладающую высокой производительностью. В результате нам удалось вдвое снизить себестоимость продукции по сравнению с зарубежными аналогами. Стоимость линии с нашим продуктом будет равна стоимости линии с проводом АС, а все положительные свойства высокотемпературных проводов будут являться тем бонусом, который сетевые компании могут использовать в процессе эксплуатации.

 

Подготовила Кира Патракова

Читайте также: