Версия для печати

Научная сессия Общего собрания РАН - 21 декабря 2005 года

21 декабря 2005 г., среда

Утреннее заседание

Начало в 10 часов

Получение электроэнергии традиционными способами путем сжигания ископаемого топлива сопровождается заметным загрязнением окружающей среды. Истощение традиционных источников энергии, таких как уголь, нефть, газ, требует более широкого использования возобновляемых источников энергии, в первую очередь, солнечной энергии.

Солнце является практически неисчерпаемым, экологически чистым источником энергии. Методы преобразования солнечной энергии в электроэнергию с помощью солнечных батарей в настоящее время хорошо разработаны теоретически и практически. Солнечные батареи широко используются для обеспечения электроэнергией космических аппаратов и получают все большее распространение на Земле для обеспечения электроэнергией автономных потребителей (портативных электронных приборов, домов, метеостанций и т.д.) В России исследования в области солнечной энергетики были инициированы А.Ф.Иоффе в 1930-х годах, хотя в то время КПД солнечных элементов не превышал 1%. В последующие десятилетия их эффективность превысила 30%, благодаря интенсивным исследованиям в области физики и технологии солнечных элементов.

Существенным недостатком солнечной энергии является малая плотность светового потока, приходящего на земную поверхность. Поэтому стоимость электричества, получаемого солнечными батареями, существенно выше стоимости электроэнергии, получаемой традиционными методами, что является главным препятствием крупномасштабного производства солнечной электроэнергии. Перспективным путем решения этой проблемы является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. В этом случае требуемая площадь и стоимость солнечных элементов уменьшается пропорционально степени концентрирования солнечного излучения при использовании дешевых линз Френеля. При этом эффективность преобразования может превысить 35% в каскадных солнечных элементах на основе гетероструктур при 1000-кратном концентрировании солнечного излучения.

Более чем полувековые исследования по управляемому термоядерному синтезу на пороге решающего события - начала сооружения первого экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Ожидаемый успех ИТЭР’а будет знаменовать переход к строительству демонстрационной термоядерной электростанции, за которой последует промышленное освоение термоядерной энергетики.

Проект ИТЭР, инициированный Россией и основанный на установке «Токамак», разработанной в Курчатовском институте, является результатом совместных усилий Европы, Японии, США и России. Несмотря на тяжелое положение науки с 90-х годов прошлого столетия Россия внесла достойный вклад в научную и инженерную проработку проекта. Успех проекта и ожидания интенсивного развития экологически приемлемой и безопасной термоядерной энергетики побудили Китай и Южную Корею присоединиться к проекту на фазе его реализации. Практически решен вопрос о вступлении Индии в проект. Таким образом, в нем участвуют страны, население которых составляет большинство на Земле. Проектом предусмотрено, что термоядерная мощность реактора достигнет 500 МВт, что на порядок превысит мощность, затрачиваемую на поддержание плазмы. Будут также установлены закономерности поведения плазмы с термоядерным горением, отработаны основные технологии будущих энергетических реакторов. Вместе с тем, на ИТЭР’е нет возможности провести полномасштабные испытания материалов, способных выдерживать потоки энергии на стенку будущих энергетических комплексов. Эта работа будет выполнена на создаваемых испытательных стендах и реакторах деления на быстрых нейтронах.

Несмотря на завершение проекта, термоядерные исследования активно продолжаются как в области физики, так и в инженерных науках. Одновременно проводится проработка экономики и определение места термоядерной энергетики в будущей мировой системе.

В докладе будут представлены последние физические достижения в области систем с магнитным и инерционным удержанием горячей плазмы и обрисована концепция развития термоядерной энергетики в ведущих странах мира, в том числе в России.

Отдельно обсуждаются вопросы возможного неэлектрического использования термоядерных реакторов для производства водорода, трансмутации долгоживущих радиоактивных изотопов, обессоливания воды.

Достигнутый уровень развития работ по освоению термоядерной энергетики основан на глубокой связи фундаментальных и прикладных исследований.

Ощутимое уже в наши дни исчерпание наиболее доступных месторождений нефти; необходимость перехода к поискам новых месторождений в труднодоступных местах, часто весьма удаленных от мест переработки и потребления нефти из-за снижения ее качества и переноса нефтеперерабатыващих предприятий в малозаселенные места – все это приведет к удорожанию нефтепродуктов и, с неизбежностью, к удорожанию и дефициту продуктов и полупродуктов, наполняющих гигантский сектор рынка потребительских товаров (строительные материалы, материалы для автомобилестроения, многочисленные заменители кожи, меха, текстильные материалы природного происхождения, автомобильное топливо).

В докладе обсуждаются перспективы развития топливно-энергетического комплекса и сырьевой базы тяжелого органического синтеза в период после-нефтяной эры в контексте сценария, предполагающего, что к моменту исчерпания главных источников нефти еще не будут созданы методы, обеспечивающие энергией промышленность и население.

Химическая промышленность занимает особое место в мире энергетики. Химики потребляют не только энергию, но и энергоносители. В свою очередь химическая индустрия производит такие энергоносители, как метанол и диметиловый эфир, высокооктановые добавки – метилтретбутиловый эфир и этилтретбутиловый эфир. Все виды моторных топлив получают сегодня методами химической технологии. Экологически самый чистый энергоноситель, на который сегодня возлагают такие большие надежды футурологи, водород – это тоже продукция и объект потребления химической промышленности.

Анализ показывает, что ресурсы сырья для химической промышленности после исчерпания нефти и газа будут диверсифицированы. Вместо одного общего решения возникнет веер векторов развития сырьевой базы. В этом веере технических направлений займет свое место наряду с углехимией переработка возобновляемого сырья (биомассы и бытовых отходов).

Содержание биомассы в биосфере измеряется гигантской цифрой – 800 млрд т. Ежегодно возобновляется 200 млрд т. Уже в наши дни к биоресурсам приковано внимание не только ученых, но и предпринимателей, занимающихся развитием энергетики. Установочная мощность заводов, предназначенных для производства биотоплива (биогаз, биодизель, соякеросин, коксо-дизель, рапсобензин) достигает сотен тысяч тонн в год. Считают, что, в 2010 году около 7% топлива в Европе будет «зеленым». Анализу упомянутой проблемы и работам институтов РАН, отвечающим этому вызову времени, посвящен настоящий доклад. В докладе подчеркнута необходимость координации усилий специалистов химиков и биохимиков, энзимологов и биотехнологов, специалистов в области создания мембран и использования мембранных реакторов в катализе и биотехнологии, энергетиков и экономистов и многих других для решения задач, поставленных на повестку дня.

Почти вся энергетика в биосфере, включающей растения, животные и человека, определяется процессами фотосинтеза и дыхания. Основное поступление энергии в биосферу извне происходит за счет поглощения солнечной энергии хлорофиллом в растениях, водорослях и фотосинтезирующих бактериях. Ассимиляция СО₂ из атмосферы фотосинтезирующими организмами за счет преобразованной солнечной энергии приводит к синтезу органических веществ, которые определяют жизнь на планете, а также энергетические запасы, накопленные в виде нефти, угля и кислорода, выделенного при разложении воды в процессе фотосинтеза. Процесс дыхания есть обратный процесс, заключающийся в окислении органических веществ с помощью кислорода, который дает энергию в виде АТФ, необходимую для жизнедеятельности клеток организмов.

Процессы фотосинтеза и дыхания осуществляются в живых клетках с помощью молекулярных механизмов, осуществляемых в белковых структурах, основная часть которых является трансмембранными. Для многих из этих структур осуществлен рентгено-структурный анализ, показывающий расположение в пространстве многих тысяч атомов, определяющих структуру и функцию белков. С помощью методов молекулярной биологии удается направленно изменять эти структуры и выяснять детальные механизмы их функционирования. Использование физических методов, таких как фемтосекундная оптическая спектроскопия и ЯМР-спектроскопия, дает возможность выяснять молекулярную динамику белковых структур и ее роль в процессах фотосинтеза и дыхания.

Данные биохимических, биофизических и молекулярно-биологических исследований процессов фотосинтеза и дыхания, происходящих с высокой квантовой и энергетической эффективностью, необходимы для конструирования химических и физических моделей, которые могут быть использованы в технологических устройствах.

Член-корреспондент РАН Э.П. Волков сообщил о работе круглого стола «Экономика, энергетическая политика, энергетическая безопасность – международные аспекты».

На заседании круглого стола присутствовало 150 человек, было заслушано 12 докладов. Основное, что отмечалось в дискуссии и в докладах круглого стола – связь энергетического комплекса и экономики страны, их взаимное влияние, подчеркивалась роль электроэнергетики как особой структуры комплекса, которая работает непосредственно со всем населением, и все трудности и неудачи сразу принимают социальную форму. Поэтому особое внимание должно быть обращено на электроэнергетику. Отмечалось также, что в электроэнергетике в последнее время сложилась тяжелая ситуация, отдельные выступающие говорили даже о катастрофической ситуации в энергетике. Это проявляется, прежде всего, в старении мощностей, оборудования. В европейской части 80% потребляемого в энергетике сырья составляет газ. Все это привело к тому, что в отдельных регионах страны (это, прежде всего, Москва и Московский регион) ощущается дефицит электроэнергии. Отдельные выступающие обращали внимание на то, что дробление АО Энерго на отдельные компании может вызвать неконтролируемые процессы, что сейчас надо стараться, чтобы были консолидированные финансовые источники, которые помогли бы в короткое время – 5 – 7 лет – сбалансировать состояние регионов по электроэнергетике. Для того, чтобы привести электроэнергетику в нормальное состояние, по мнению участников дискуссии, требуются инвестиции порядка 5 –7 млрд. долларов в год. Представляется малореальным, что получить эти инвестиции можно за счет тарифов. Были высказаны разные предложения: и использование средств стабилизационного фонда, и средств инвестиционного фонда, и предложения создать при Президенте страны специальный государственный фонд, и т.д. В результате дискуссии круглый стол пришел к двум принципиальным выводам: необходимо Российской академии наук совместно с государственными органами, заинтересованными компаниями выступить с инициативой разработки национального проекта «Новая энергетика России». Целью этого проекта должна стать разработка и поэтапная реализация общероссийской программы эффективной генерации, эффективного использования энергии на новой технике. Речь шла также о сбыте и управлении спросом потребителей. Академик И.В.Прангишвили отмечал, что система управления в электроэнергетике недостаточно эффективна, и что Институт проблем управления РАН уже начал работу по совершенствованию систем управления по атомным и по обычным электростанциям. Вопросы совершенствования управления также должны решаться в рамках этой программы. В ходе дискуссии было высказано предложение, чтобы Российская академия наук стала главным экспертом по всем крупным энергетическим проектам, и чтобы оплата за эту деятельность соответствовала современным условиям и планируемым объемам зарплаты научных сотрудников.

Академик О.Н.Фаворский выступил от круглого стола «Физико-технические проблемы энергетики».

Было прочитано 8 докладов и 4 научных выступления. В работе участвовало около 100 человек. В ряде выступлений говорилось о том, что в настоящее время, даже в тех условиях, в которых работали институты Академии наук и остатки прикладных научно-исследовательских институтов, появились и существуют целый ряд технологий, разработанных на основе детального изучения физико-технических процессов в разного рода агрегатах, устройствах, системах. Эти вновь созданные технологии могли бы и должны быть использованы при развитии энергетики нашей страны и даже в ряде случаев, могли бы распространяться за рубеж. Некоторые из этих технологий за рубежом уже запрошены при полном отсутствии интереса со стороны отечественных энергетических компаний. Это объясняется тем, что в последние 15 лет государство совершенно ушло от проблемы управления энергетикой. Пришедшие ему на смену разного рода менеджеры чувствуют себя временщиками и не интересуются вопросами дальнейших крупных разработок новых технологий, даже просто подготовкой заказов на производство новых типов оборудования, которое оказывается действительно очень эффективным. Возникает замкнутый круг: нет интереса к новым технологиям и их использованию, значит, нет производства этих технологий, нет спроса на дальнейшие разработки, нет вопросов к ученым, нет интереса к подготовке кадров. Это ведет к полной потере образовательного, культурного и промышленного уровня в стране. Главное, что хотелось бы отметить, добавляя к тому, что говорил Волков, в решении должно быть записано наше мнение о возврате правительства к управлению энергетикой. Дело не просто в деньгах, дело в управлении и контроле.

Академик Ю.Г.Леонов предоставил информацию о работе круглого стола «Атомная энергетика, возобновляемые источники энергии»

В заседании круглого стола приняли участие около 50 человек, преимущественно, из институтов Академии. Много говорилось о месте атомной энергетики в энергетическом комплексе страны на фоне ее развития в мире вообще. Специальные доклады и сообщения были посвящены реакторам нового поколения, ядерным материалам и топливному циклу, ускорителям, ускорительным технологиям для создания безопасной ядерной энергетики на основе схемы синтез-деления с использованием в топливном цикле обогащенного ядерного топлива и природного урана. Во многих выступлениях подчеркивалась необходимость неукоснительно соблюдать требования принципиальной безаварийности реакторов. Это означает, что расчет надежности должен базироваться не на вероятностных оценках надежности, а полностью исключать возможность аварийных ситуаций. При оценке реактора необходимо исходить из того, что его работа абсолютно надежна или имеется определенный барьер, за пределы которого последствия аварий не распространяются.

Второй комплекс проблем, рассмотренный на заседании круглого стола, касался экологии. Интересные выводы, основанные на количественных данных, были приведены в отношении оценок радиоактивного заражения районов складирования отработанного ядерного топлива. Член-корреспондент РАН Л.А.Большаков показал, например, что колебания естественного природного фона разных территорий разных стран существенно больше, чем разница в степени радиоактивного заражения между такими объектами, как «плохой» объект «Маяк» и «хороший» чистый Красноярск. На самом деле по этим данным и «Маяк», и Красноярск вносят относительно небольшую долю в общее техногенное или антропогенное загрязнение. Загрязнение, которое концентрируется в водах таких рек как Обь и Енисей, значительно опаснее.

Обсуждался также вопрос динамики запасов урана во времени. Расчеты, основанные на данных по России и по миру, показывают, что примерно к 2035 году при современном использовании урана может возникнуть дефицит запасов урана. Такие перспективы кризисной ситуации к 2035 году выдвигают некоторые требования. Это, прежде всего, решение проблемы ядерного топлива на перспективу. С одной стороны эта задача должна решаться активизацией работ по поиску и разработке месторождений урана, с другой стороны, более радикальным и правильным решением является ввод в структуру атомной энергетики быстрых реакторов и реализация закрытого топливного цикла.

Второе – это возобновляемые источники энергии. Рассматривались следующие возобновляемые источники энергии: геотермальная, гидроэнергия, ветровая энергия, энергия морей мирового Океана, солнечная энергия, энергия биомассы. Большие запасы геотермальной энергии сосредоточены на Камчатке и Курильских островах. Средне-потенциальные зоны – это Западная Сибирь, Северный Кавказ, район Байкала. Частично эта энергия используется. На основе геотермальных источников созданы электростанции на Камчатке и в Дагестане.

Россия обладает огромными запасами экологически чистой биомассы, но они используются очень слабо. Тем не менее, имеются все условия для более эффективного использования биомассы в электроэнергетике.

Общие рекомендации круглого стола: совершенствование оборудования для использования разных типов энергии; повышение эффективности; уточнение потенциала возобновляемых источников энергии в России и выработка рекомендаций по их использованию. Особенно большое значение имеют возобновляемые источники энергии для развития малой энергетики.

Академик А.Э.Конторович подвел итоги работы круглого стола по теме «Топливно-энергетические ресурсы».

Круглый стол собрал большую аудиторию. Круг обсуждаемых вопросов во многом совпал с проблемами, упоминавшимися в докладах академиков В.Е.Фортова и Н.П.Лаверова. В России очень сложная проблема с сырьевой базой. Мы недоразведали в течение последних 10 лет около 2,5 триллионов м³ газа и более 1 млрд. тонн нефти. Это в самое ближайшее время серьезно скажется на уровне добычи газа и особенно нефти в стране. Если положение с геологоразведкой не будет выправлено в ближайшее время, то после 2013-2015 года станет неизбежным очень тяжелый кризис в нефтяной промышленности. При этом грядущий кризис будет проходить на фоне резкого дефицита минерально-сырьевой базы.

Второй вопрос связан с общим состоянием нефтегазового и угольного комплекса. Имеет место серьезное недоинвестирование этих отраслей экономики. Практически отработали свой срок трубы в нефтепроводах, они требуют замены и реконструкции. Устарело оборудование, в стране нет геологоразведочных организаций, которые могли бы выполнить поиск новых месторождений. Без очень серьезного усиления роли государственного регулирования в развитии всех отраслей ТЭКа нельзя выйти из кризисной ситуации, которая сложилась в настоящее время.

Много говорилось на круглом столе о новых возможностях в области технологического обновления и нефтегазового комплекса, и угольной промышленности, и геологоразведки, но также отмечалось, что работы в этом направлении ведутся совершенно недостаточно. Экономическая и налоговая обстановка в стране такова, что компании не заинтересованы инвестировать средства и в науку, и эти направления.

Главный вывод – нужна национальная программа или национальная стратегия развития топливно-энергетического комплекса, как минимум, на 50 лет вперед, в которой должны быть тщательнейшим образом проработаны все направления развития ТЭК в тесной увязке с экономикой страны. Говорят, что такую программу надо разрабатывать совместно с Правительством и ведущими компаниями. Сотрудничество с правительством совершенно необходимо. Что касается компаний – то в качестве экспертов их привлекать надо, однако, хотим мы этого или нет, но компании всегда отстаивают свои корпоративные интересы. А национальная программа не должна никаким образом быть связана с корпоративными интересами даже самых великих наших компаний. Мы убеждены, что Академия наук в состоянии выработать для государства такую стратегию, и это должно стать одним из приоритетных направлений нашей деятельности.

Академик Ю.А.Израэль, руководитель круглого стола «Экологические проблемы энергетики» рассказал, что в работе круглого стола участвовали более 100 специалистов, не только РАН, но и представители более 10 ведомств. В заседании принял участие советник Президента Российской Федерации А.Н.Илларионов. Было заслушано 10 докладов, в которых поднимались острые вопросы, связанные с экологическими проблемами.

Первая проблема – это загрязнение соединениями азота и серы, которые составляют более 1т на км в год. Причем на долю энергетики приходится по окислам азота примерно половина выпадений, по СО₂ – четверть, по аэрозольным частицам – треть. У нас в стране более 40 млн. человек живут в городах с уровнем загрязнения выше предельно допустимой концентрации. И в 15 – 20 городах уровень ПДК превышен в 10 раз. Значительная часть этих загрязнений падает на долю энергетики. В докладах прозвучала критика в адрес государственных органов управления, наука, к сожалению, тоже недостаточно занимается этими вопросами. Необходимо принимать серьезные меры. Мы предложили внести в проект решения вставку о проблемах загрязнения.

Второй вопрос, который детально обсуждался, - роль двуокиси углерода в связи с серьезными эффектами потепления. В последнее время появилось мнение, что борьба с выбросами СО₂ и выполнение Киотского протокола могут решить проблему загрязнений. Это мнение ошибочное, потому что снижение выбросов СО₂ на 1% снизит уровень загрязнений только на 0,2 – 0,5% . При этом там, где уровень ПДК превышен в десятки раз, выбросы СО₂ нужно также снижать в десятки раз. В некоторых выступлениях подчеркивалась низкая эффективность Киотского протокола, т.к. он не выполняет ближайшую цель – снижение уровня потепления и количества парникового газа.

Академик А.Ю.Цивадзе, руководитель круглого стола «Электрохимические источники тока – проблемы и перспективы» сообщил, что в заседании приняли участие более 70 специалистов, было заслушано 22 доклада. Отмечалось, что работы ведутся в трех направлениях: традиционные источники – батареи и аккумуляторы, литиевые источники тока и топливные элементы.

Суммарная мощность производимых ежегодно электрохимических батарей превосходит суммарную мощность всех больших электростанций. Круглый стол показал большой инновационный потенциал литиевых источников тока. Отечественный рынок заполнен импортными литиевыми аккумуляторами. Только в этом году компания Ригель начала выпуск литиевых аккумуляторов и произвела 250 штук и собирается в следующем году удвоить их количество. Нашим ученым есть что предложить в этой области. В институте физической химии и электрохимии РАН разработан новый литиевый источник на основе применения аморфного кремния и графита. Ожидаемая удельная энергия в два раза больше существующих. Это позволит в два раза уменьшить габариты литиевых аккумуляторов. В Институте проблем химической физики РАН разработан полимерный гель-электролит, на основе которого аккумулятор может иметь гибкую конструкцию любой формы и конфигурации топа пластиковой карты. Это тоже важно для создания литиевых аккумуляторов с инновационным потенциалом.

Особый интерес вызывают топливные элементы в связи с водородной энергетикой. Работа ведется по созданию низкотемпературных и высокотемпературных топливных элементов. Большой интерес представляет и широта применения, и величина установочной мощности от микроватт до мегаватт, и виды используемого топлива – чистый водород и водород из других источников. Огромный инновационный потенциал имеют результаты фундаментальных исследований, которые ведутся в этой области. Большое значение для топливных элементов имеет вид топлива. Институт катализа РАН разработал блочный катализатор для производства водорода на основе боргидридов натрия. В 2006 г. в Норильском никеле будет запущена первая установка по производству этого топлива. Ведутся исследования по созданию новых видов мембран, по замене платиновых катализаторов на катализаторы других видов. Хотелось бы отметить, что химические источники тока вызывают большой интерес во всем мире. Институт физической химии и электрохимии совместно с Институтом химической физики готов изготовить топливный элемент с требуемыми технико-экономичекими параметрами и нести за него полную ответственность.

Завершая научную сессию Общего собрания, президент РАН академик Ю.С.Осипов отметил, что проблемы энергетики обсуждались с разных точек зрения – и с научной, и с технической, и с экологической, с точки зрения социологической, политической, и, наконец, с точки зрения национальной безопасности. В 2006 году Россия будет председательствовать в восьмерке и уже заявила несколько приоритетных тем, одна из которых – международная энергетическая безопасность. Наше обсуждение имеет большое значение в позиционировании России в этом вопросе, и мы в скором времени направим материалы нашей сессии Президенту России. Энергетические проблемы затрагивают каждого гражданина страны и лежат в основе жизнедеятельности государства. Поэтому для решения этих проблем, безусловно, необходима консолидация всех сил общества, и в первую очередь, государственных структур, научного и образовательного сообщества и бизнес-сообщества. Бизнес-сообщество, конечно, не должно диктовать, чем должна заниматься наука в этой области, но инициировать те или иные разработки оно обязано. В первый день нашей сессии в ней принимал участие глава РАО ЕЭС и продемонстрировал большую заинтересованность в этих проблемах. Надо сказать, что руководитель РАО ЕЭС уже неоднократно говорил, что развитие энергетики в нашей стране невозможно без участия науки, что Академия наук должна активно в этом участвовать, и РАО ЕЭС готово выделять на это соответствующие средства.

Еще до этого собрания Академия обращалась с письмом к руководителям страны о необходимости объявления национального энергетического проекта или программы. Академия направила также в РАО ЕЭС, полномочному представителю Президента в Центральном Федеральном округе Г.С.Полтавченко и мэру Москвы Ю.М.Лужкову концепцию технического перевооружения электроэнергетики Москвы и Московской области, которая подготовлена группой ученых РАН под руководством академика А.Е.Шейндлина. К этой концепции проявлено большое внимание, уже начато ее обсуждение. Мы должны, оставив все политические пристрастия, активно участвовать в работе по развитию энергетики, так как она имеет определяющее значение для жизнедеятельности страны и ее граждан.

После утверждения Президиумом РАН это постановление будет опубликовано в газете «Поиск».

За дополнительной информацией можно обращаться в Пресс-службу РАН по тел./факсу 954-11-45, 237-90-02; 237-81-15; или по E-mail – irina@presidium.ras.ru или novo@presidium.ras.ru

Информация предоставлена Пресс-службой РАН