20 и 21 декабря 2005 года состоялась научная сессия Общего собрания Российской академии наук «Энергетика России: проблемы и перспективы»

20.12.2005

Первый день научной сессии Общего собрания Российской академии наук «Энергетика России: проблемы и перспективы»

20 декабря 2005 года

открылась научная сессия Общего собрания Российской академии наук

«Энергетика России: проблемы и перспективы»

Утреннее заседание открыл президент Российской академии наук академик Осипов Ю.С.

Во вступительном слове Юрий Сергеевич Осипов сказал:

«Энергетика России: проблемы и перспективы – так обозначена тема нашего собрания. Выбирая тему научной сессии Общего собрания, мы исходили из особого роли и значения энергетики в решении задач, стоящих перед страной. Задач как внутренних, так и внешних. Мы исходили также из понимания, что состояние дел в ряде секторов энергетики и в ресурсном обеспечении топливно-энергетического комплекса страны вызывает серьезную тревогу. Наконец, мы исходили из понимания, что решение накопившихся проблем и полнокровное развитие энергетики, эффективной и надежной невозможно без опоры на современные инженерные и научные знания. Нашу аудиторию вряд ли необходимо убеждать, что современная энергетика опирается на достижения широкого спектра наук: математических наук, физических, химических наук, наук о Земле, наук о жизни, общественных наук и, конечно, инженерных наук. В Российской академии наук давно и успешно ведутся работы по энергетической тематике. Многие из сидящих в этом зале принимали и принимают участие в исследованиях, прямо или косвенно связанных с проблемами энергетики. И сегодня следует сказать, что, в свою очередь, проблемы энергетики как и всегда порождают новые задачи фундаментальной и прикладной науки. Уместно подчеркнуть, что Академия наук имеет богатый опыт эффективного участия наших ученых (и здесь мне хотелось бы назвать имена академиков Г.М.Кржижановского, Александрова, Стыриковича, Мелентьева, Мельникова, Шейндлина и многих других), в решении сложнейших задач становления и развития одной из самых крупных энергетик мира. Вместе с тем сегодня мы ищем новые формы широкомасштабного сотрудничества с отечественным топливно-энергетических комплексом для решения ключевых проблем его устойчивого развития и надежного функционирования.»

Затем с докладом на тему «Состояние и основные проблемы энергетики России» выступил академик–секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН В.Е.Фортов.

Доклад, подготовленный академиками В.Е.Фортовым и О.Н.Фаворским, посвящен критическому анализу, основным проблемам и перспективам энергетики России.

В анализе состояния и развития до 2020 г. установленных мощностей электростанций отмечены: наступающий дефицит электроэнергии в стране и острая оперативная потребность ввода новых мощностей. Подчеркнута необходимость существенной децентрализации в электро- и теплообеспечении. Показаны ее возможности и рациональность применения малых ГТУ по срокам ввода, окупаемости и возможности их создания и производства в России.

В условиях больших запасов органического топлива и гидравлической энергии России целесообразно эффективное сочетание развития и совершенствования электростанций страны различных типов: атомных, гидравлических и тепловых на газе и угле.

Подчеркнута определяющая роль для разработки новых энерготехнологий и создания энергетического оборудования таких разделов фундаментальной науки как газовая динамика, тепломассообмен, теплофизика экстремальных состояний, горение, химия, прикладная математика, теория управления, геофизика, геология, ядерная физика и физика плазмы, электродинамика.

Обсуждаются проблемы горения в трех типах камер – гетерогенной, гомогенной и каталитической, их особенности и возможности. Отмечены современная глубина анализа, новые подходы, особенно по эмиссии продуктов сгорания и путям ее снижения. Отмечаются широкие достижения газовой динамики за последние 20 лет в связи с переходом к 3-мерному численному анализу нестационарных течений благодаря современным численным методам и развитию доступных супер-ЭВМ. Анализируются современные методы теплообмена в теплоэнергетике как способ повышения КПД за счет роста температуры рабочей среды, в том числе и при совершенствовании термостойкости стенок и за счет уменьшения затрат на охлаждение. Обсуждаются современные проблемы электрофизики в энергетике – асинхронные генераторы, регулируемые по оборотам электродвигатели, мощные полупроводниковые преобразователи, полупроводниковые солнечные преобразователи и источники света, высокотемпературная сверхпроводимость, а также взрывомагнитные имитаторы удара молний в линии электропередачи.

Вице-президент РАН академик Лаверов Н.П. в своем докладе: «Ресурсное обеспечение топливно-энергетического сектора» остановился на проблеме ресурсного обеспечения энергетического сектора современной экономики как одной из ключевых глобальных проблем. В краткой форме были представлены природные источники, используемые сегодня, и возможные перспективы как невозобновляемых, так и возобновляемых, альтернативных.

Была приведена прогнозная оценка геологических ресурсов при существующем их потреблении, анализ размещения крупнейших месторождений нефти и газа по степени их изученности и освоения, рассмотрены проблемы исследования ресурсов урана, которые возникли особенно после распада СССР и совместных программ с СЭВ, а также тенденции в освоении энергетических ресурсов в мире.

В связи ВВП с энергопотреблением за последние годы произошли сильные изменения: высокоразвитые страны с большим объемом производства наукоемкой продукции и низким удельным энергопотреблением отличаются высоким уровнем ВВП. В связи с этим при снижении энергопотребления до 10 т.у.т., Россия сможет превысить уровень ВВП-25 тыс. долларов США .

В числе проблем рационального использования ресурсов были названы резкое отставание геологоразведочных работ, неудовлетворительное правовое обеспечение управления ресурсами, рост безвозвратных потерь разведанных запасов нефти в недрах при ее добыче.

Н.П.Лаверов подчеркнул, что "основным вопросом в решении проблемы энергообеспечения остается привлечение инвестиций на ближайшие 25 лет". "По расчетам экономистов РАН и по данным Международного энергетического агентства на эти цели России потребуется 935 млрд долларов США", - сказал он, - "70% из них пойдут на развитие нефтяной, газовой, угольной и атомной промышленности, а на геологоразведочные работы - около 60 млрд долл. На развитие фундаментальных научных исследований и решение научно-технических задач на этот период потребуется не менее 15 млрд долл".

С докладом «Атомная энергетика в настоящем и будущем энергообеспечения России» выступил академик Румянцев А.Ю.

В топливно-энергетическом комплексе России атомная энергетика играет системообразующую, топливнобалансирующую, тарифостабилизирующую и природоохранную роль.

Основными результатами в атомной энергетике за 2004-2005 гг. являются ввод в промышленную эксплуатацию энергоблока № 3 Калининской АЭС и продление сроков эксплуатации энергоблоков № 1 Ленинградской АЭС, № 1 и № 2 Кольской АЭС. Основными задачами на 2006 г. являются готовность к выработке 152 млрд. кВт.ч и достройка энергоблока № 2 Ростовской АЭС.

В соответствии с Энергетической стратегией России предусматривается увеличение мощности АЭС в 2020 г. до 32 – 40 ГВт. Реализация оптимистического сценария предусматривает рост энерговыработки на АЭС до 200 млрд. кВт.ч к 2010 г. и 300 млрд. кВт.ч к 2020 г., что приведет к увеличению доли АЭС в общем производстве электроэнергии России с 16% в 2003 г. до 23% в 2020 г.

В условиях ограничения роста тарифа на электроэнергию АЭС темпами инфляции возникает существенный дефицит инвестиций для развития атомной энергетики. При сохранении действующей модели формирования инвестиций невозможно выполнение даже умеренного варианта Энергетической стратегии.

Инвестиции в ядерную энергетику за счет экспортной выручки замещенного АЭС природного газа могут положить начало постепенной структурной перестройке российской экономики.

Несмотря на те трудности, с которыми сегодня сталкивается атомная энергетика, роль атомной энергии в устойчивом энергообеспечении будет возрастать. В Инициативе Президента РФ Путина В.В. в ООН на саммите тысячелетия говорится о создании уже сегодня технологических основ новой ядерной энерготехнологии на основе быстрых реакторов с замкнутым трансмутационным топливным циклом, удовлетворяющим требованиям режима нераспространения.

Россия является лидером в разработке нового поколения быстрых реакторов, которые станут основой будущей атомной энергетики. В настоящее время применительно к топливному циклу нового поколения быстрых реакторов в России исследуются различные радиохимические технологии, которые могут обеспечить неразделение урана и плутония, а также заданные требования по фракционированию отходов и степени их очистки от долгоживущих радиоактивных нуклидов.

Разделение ядерной технологии для постепенного перехода к крупномасштабной атомной энергетике требует широкого международного сотрудничества на государственном уровне. Необходимы совместные разработки, ориентированные на нужды как национальной, так и мировой энергетики.

После перерыва началось обсуждение докладов.

Первым выступил председатель правления РАО "ЕЭС России" А.Б.Чубайс. Его выступление было посвящено проблемам и перспективам энергетики.

По словам А.Б.Чубайса, прогнозы энергопотребления в Энергостратегии ошибочны: в 2000-2005 годах был запланирован прирост 46-50 млрд кВт часов, а фактически он составит 73 млрд кВт часов. Эти цифры крайне тревожны, т.к. прогноз оказался превзойден почти в два раза, т.е. не на проценты, а в разы.

А.Б.Чубайс призвал к полному пересмотру государственной энергетической политики в стране. Среди предпосылок к такому шагу он выделил исчерпание резервов мощности и предельный износ оборудования. Также, по его словам, "серьезные предпосылки к этому создала и завершаемая нами реформа электроэнергетики".

Глава энергохолдинга отметил, что новая энергетическая политика не должна ограничиваться только электроэнергетикой. Вторым крупнейшим блоком этой политики А.Б.Чубайс назвал разработку стратегии развития российского энергомашиностроения, где накоплен колоссальный потенциал.

А.Б.Чубайс также выделил программу развития электроэнергетики до 2020 г. По его словам, "назрела острейшая необходимость выработать документ, который точно определит, где конкретно и какие именно мощности должны быть построены". "Сейчас мы разворачиваем активную разработку такого документа", - сказал глава энергохолдинга.

Не менее значимой А.Чубайс назвал корректировку тарифной политики. По его словам, без этого стратегия развития электроэнергетики обречена на провал.

В этой связи глава РАО "ЕЭС" признал ошибочной принятую в энергохолдинге в 2003 г стратегию, при которой рост тарифов на электроэнергетику ниже годового роста инфляции. Он отметил необходимость перехода к тарифу, который равен фактической инфляции.

"С точки зрения текущего управления менеджмент РАО "ЕЭС России" способен функционировать и в ныне действующей тарифной политике, однако стратегически эта линия приведет электроэнергетику к абсолютной катастрофе, если она не будет изменена. Поэтому мы предлагаем приравнять рост тарифов к росту инфляции и разработать новую энергетическую политику", - сказал А.Б.Чубайс, - «базовые предпосылки созданы, необходимо переходить к новой энергетической политике».

Член-корреспондент РАН Н.И.Воропай акцентировал внимание участников Общего собрания на двух аспектах, связанных с тем, что экономика и энергетика страны развиваются условиях глобализации. Первый вывод – необходимый уход от сырьевой ориентации участия России в международных энергетических рынках. Стратегия должна быть направлена на постепенное сокращение доли природного газа в энергетическом балансе страны. В связи с этим возрастает необходимость существенного развития восточной ориентации или восточного вектора энергетической политики России. Второй момент – выполнение Киотского протокола. Расчеты показывают, что наших ресурсов хватит примерно до 2030 года, а дальше надо предпринимать усилия для дальнейшего сокращения выбросов. Основные мероприятия с позиций устойчивого развития, это, во-первых, изменение структуры топливно-энергетического баланса в сторону увеличения доли квалифицированных видов топливно-энергетических ресурсов; повышение технологического уровня энергетики – безусловно, нынешний технологический уровень крайне низок, КПД мало. Повышение уровня использования топливно-энергетических ресурсов и энергосбережение. Повышение уровня возобновляемых энергоресурсов. Требуется целый комплекс государственных мер: законодательных и экономических стимулов.

Второй момент – необходимость корректировки объемов и динамики добычи и экспорта газа. Первая причина – это возможные проблемы освоения новых месторождений. Чем дальше мы уходим на Север, тем дороже себестоимость газа и скоро она превысит рыночные цены газа в Европе и северной части России.

Академик Ю.В.Горынин остановился на проблемах развития тепловой и атомной энергетики, т.к., по его мнению, остальные виды энергетики внесут значительно меньший вклад в развитие топливно-энергетической отрасли. В ближайшие 10 – 15 лет необходимо обеспечить развитие прорывной технологии перехода паросиловых установок на сверхвысокие параметры пара с резким снижением использования горючего на единицу электрической мощности. Для этого необходимо разработать и производить сравнительно дешевые конструкционные материалы для паросилового тракта: роторы турбин, работающие при температурах 600–620 градусов. Подобные задачи решаются сегодня в США, Германии, Японии, причем та страна, которая первая освоит производство крупногабаритных элементов энергоустановок, займет лидирующее место на мировом рынке тепловых энергоблоков как поставщик наиболее конкурентоспособного оборудования.

В области атомной энергетики энергоблоки уже очень надежно работают в течение 20–25 лет. Скоро они уже будут выводиться из эксплуатации. Спад радиоактивности будет продолжаться 10 тыс. лет. Для производства новых видов энергоблоков мы должны разработать и внедрить новые виды низколегированных сталей, которые позволят снизить спад радиоактивности на несколько порядков. Для водородной энергетики необходимо внедрение титановых сплавов. В этом случае мы имеем совершенно рекордный результат вывода их из эксплуатации – полтора – два года. Дальнейшее развитие топливно-энергетического комплекса страны теснейшим образом связано с развитием науки о материалах.

Вице-президент РАН, председатель Сибирского отделения РАН академик Н.Л.Добрецов рассказал о том, что в Сибирском отделении РАН была проведена научная сессия, посвященная проблемам нетрадиционной энергетики и вопросам энергосбережения. В постановлении Общего собрания СО РАН было отмечено, что эффективное развитие нетрадиционной энергетики возможно при соответствующем развитии энергосберегающих технологий и государственной регулировании на основе выделенных и научно обоснованных приоритетов. Особое значение имеет энергетика будущего, в первую очередь, связанная с развитием водородной энергетики. Фактически речь идет о замене традиционных моторных топлив на новые виды, основанные на синтез-газе, обогащенном водородом. Было также рекомендовано руководителям региональных научных центров принять необходимые меры по разработке предложений по ресурсосбережению, созданию новых нетрадиционных энергетических технологий, особенно в районах Севера, привлекая для этого предприятия и фирмы малого и среднего бизнеса. Рекомендовано также Комиссии по интеграционным проектам СО поддержать фундаментальные исследования по междисциплинарным интеграционным проектам, вносящим вклад в энергосбережение и развитие энергетики.

И.В.Грехов, Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН. Обычно, когда обсуждаются проблемы большой энергетики, силовая электроника и основанная на ней преобразовательная техника даже не упоминаются. Это, вообще говоря, выглядит странно, поскольку, например, в США, Японии и Европе более 60% вырабатываемой электроэнергии проходит через полупроводниковые преобразователи.

В России сейчас через полупроводниковые преобразователи проходит около 30% энергии; простые оценки показывают, что повышение этой цифры до мирового уровня позволит экономить около 15% энергии, что вполне сопоставимо с вкладом атомной или гидроэнергетики. Относительно малый объем преобразования энергии в России связан, в основном, с искусственно заниженной ценой на электроэнергию. Сейчас он быстро возрастает – примерно на 15-20% в год.

Основными активными элементами преобразователя являются силовые полупроводниковые приборы, а основным полупроводниковым материалом в течение уже почти полувека является монокристаллический кремний.

Современные силовые кремниевые приборы можно разделить, несколько условно, на две большие группы. Первая группа приборов, сейчас применяемых, в основном, для преобразования очень больших мощностей(от единиц мегаватт и выше) – это мощные диоды и тиристоры, а также запираемые тиристоры (ЗТ) и их модификации. Технологические основы производства приборов этой группы были заложены в 60х-70х годах. Приборы второй группы – полевые и биполярно-полевые транзисторы (MOSFET и IGBT) – представляют, по сути, силовую интегральную схему из сотен тысяч элементарных приборных ячеек на одном чипе, изготовляемом на основе современных микроэлектронных технологий.

В течение всего полувекового господства кремния в силовой электронике было ясно, что карбид кремния по своим физическим свойствам является гораздо более перспективным материалом. SiC имеет на порядок большую напряженность поля лавинного пробоя, втрое большую теплопроводность и вдвое – насыщенную скорость электронов. Рабочая температура у него примерно втрое выше из-за большей ширины зоны, на два порядка выше радиационная стойкость. Такое сочетание параметров позволяет резко улучшить характеристики практически всех приборов силовой электроники и преобразователей на их основе. Реально SiC–приборного качества стал коммерчески доступным в последние 5-6 лет, и работы по созданию SiC-силовой электроники начали развиваться очень быстро, причем сейчас США являются бесспорным лидером. Предполагается, что к 2015 г. основная часть военной и значительная часть общепромышленной силовой электроники там будут базироваться на SiC.

В 80-х годах СССР лидировал в области SiC-технологий, но затем в связи с известными событиями финансирование этих работ прекратилось и созданные технологии ушли за рубеж вместе с эмигрантами. В США при широкой государственной поддержке началось очень быстрое развитие SiC-технологий, которое сейчас идет с нарастающим темпом. Если сейчас не принять решительных мер, наше отставание скоро станет безнадежным. До недавнего времени именно такой ход событий представлялся неизбежным, однако сейчас появились некоторые надежды. Нам удалось убедить руководство Республики Мордовия, где расположен большой завод, выпускающий ~80% Российских силовых полупроводниковых приборов, начать работы по созданию SiC-индустрии в Мордовии. Из республиканского бюджета было выделено ~5 млн. euro для закупки базового технологического оборудования и ~30 млн.руб. для начала организации Научно-производственного комплекса широкозонных материалов с филиалом в С.-Петербурге.

Планируется в течение нескольких лет организовать небольшое производство с полным циклом: SiC-монокристаллы, пластины, epi-пленки и приборы на их основе.

 

©РАН 2024