Энергия для Арктики: Интервью Сергея Курилова

14.12.2017

Последние десятилетия значительно изменили карту углеводородных запасов нашей страны. За Полярным кругом было открыто 400 наземных месторождений углеводородов, которые, по последним оценкам, хранят 80% всей арктической нефти. На 60 из них сегодня ведётся добыча, остальные еще предстоит разрабатывать. Но суровый климат Арктики затрудняет работу добывающих и сервисных компаний. Преодолевать низкие температуры приходится не только людям, но и технике. Какие современные технологии и оборудование предлагают отечественные разработчики нефтесервисным компаниям для работы на Крайнем Севере? Об этом мы поговорили с генеральным директором компании ТЭЭМП Сергеем Куриловым.

— Сергей Владимирович, сегодня российский нефтегаз идет в Арктику, где существуют совершенно особые требования к стартерам и накопителям энергии. За Полярным кругом — обычное явление, когда автомобили работают в круглосуточном режиме, наносят вред экологии неэффективно расходуют ГСМ… Потому что в лютые морозы завести двигатель просто невозможно. Какие решения предлагает ваша компания?

— Компания ТЭЭМП разрабатывает и производит системы накопления энергии на основе суперконденсаторов. В слове «суперконденсатор» приставка «супер» — это не маркетинговый ход, а устоявшееся понятие. Оно обозначает конденсатор с увеличенной емкостью, который вмещает в себя больше энергии, чем обычные электролитические конденсаторы.

Задача конденсаторов в электронике и электротехнике проста: накопить заряд и в нужный момент быстро его отдать. Сравнивая аккумуляторную батарею и суперконденсатор, уместно привести пример с сосудами: из бутылки с узким горлышком жидкость вытекает долго, а из сосуда с широким горлом — быстрым и мощным потоком. Такова суть суперконденсатора, и именно это определяет его функционал. Он незаменим там, где необходимо обеспечить высокую плотность мощности.

— И чем такие устройства могут быть полезны добывающим и нефтесервисным компаниям?

Как я уже сказал, способы применения суперконденсаторов определяются его главным качеством: способностью обеспечивать большие токи. Конкретные решения и устройства мы разрабатываем, исходя именно из этой логики. Для нефтегазовых и нефтесервисных компаний будут интересны, прежде всего, два способа применения суперконденсаторов: в составе систем запуска различных двигателей и для решения вопросов в области обеспечения качества энергоснабжения.

Начнем с запуска двигателей. Сегодня многие компании ведут работы на северных месторождениях, где тяжелый колесный и гусеничный транспорт эксплуатируется в самых суровых условиях. Заряда штатных аккумуляторных батарей при температурах ниже минус 20С хватает для старта предпускового обогревателя, а вот на пуск стартера ДВС, где токи могут достигать значений в 1200А энергетики может не хватить. В этих условиях технику либо просто не глушат, умножая тем самым расход топлива, либо ее запуск превращается в многочасовые «танцы с бубном».

Здесь мы рекомендуем использовать суперконденсаторный модуль. Он полностью берет на себя нагрузку по запуску и обеспечивает комфортный для батареи режим работы, тем самым снижая расход топлива и повышая мобилизационную готовность техники.

Проведенные нами испытания показали возможность использования суперконденсаторных модулей ТЭЭМП для запуска двигателей внутреннего сгорания мощностью до 1100 лошадиных сил при температуре до -60°С.

— Эта касается всех видов транспорта?

Так или иначе, да. И не только наземного. Например, в региональной авиации несовершенство существующих накопителей также приводит к существенному перерасходу топлива. Заряда штатной свинцово-кислотной батареи легендарного самолёта Ан-2 хватает на однократный запуск двигателя. Полностью батарея заряжается за 40 минут полёта, в то время как самолёт может выполнить местный рейс за 15-20 минут. Оставшееся время двигатель просто не глушат — если аэродром не оборудован инфраструктурой (мы говорим о местных рейсах!). Это приводит к дополнительному расходу драгоценного топлива, износу двигателя, повышению стоимости перевозок… Суперконденсаторный модуль заряжается за 6 минут. Почувствуйте разницу.

Не менее сложная задача — запуск дизельных локомотивов. Сейчас в стране их более 10 тысяч. При этом дизельные локомотивы не глушат при температуре уже ниже +15°С! Во-первых, не факт что он заведется, а во-вторых, каждый запуск двигателя снижает срок службы аккумуляторов. Установив суперконденсаторы в батарейном отсеке, мы добились интересного эффекта: размер накопителя на борту локомотива сократился, он стал легче, появилось больше пространства в технической зоне. Учитывая, что суперконденсатор способен заводить двигатель при любых температурах, расход топлива локомотива на холостом ходу сократился на 43%. По году экономия составляет 15-17%, срок окупаемости системы — 1,5 года. Не удивительно, что нашим первым заказчиком стала Корпорация «Трансмашхолдинг», которая поставляет системы «старт/стоп» с применением наших суперконденсаторов в «Российские железные дороги».

— Всё это довольно традиционные виды транспорта. Как насчет электромобилей?

Суперконденсаторы уже сейчас эффективно применяются в гибридных схемах, где ДВС сочетается с генератором и накопителем. На малых скоростях работает электрический привод. Он обеспечивает разгон до 50-60км/ч, далее вступает ДВС. При торможении кинетическая энергия рекуперируется и возвращается в батарею. Это даёт значительную экономию на топливе и кратно снижает выбросы в атмосферу. Однако из-за постоянных циклов заряда-разряда бортовые батареи довольно быстро — за 2-3 года — деградируют и приходят в негодность. А вот суперконденсаторные модули в «гибридах» работают по 10 лет и, в отличие от аккумуляторов, не нуждаются в термостатировании, т. к. сохраняют полную работоспособность при температурах до -65°С. Иначе говоря, для гибридного транспорта суперконденсатор — наилучшее решение.

Обращаясь к практической плоскости, могу привести пример, который вот-вот выйдет на дорогу. В Минске вместе с компанией «Белкоммунмаш» мы ставим в опытную эксплуатацию гибридный автобус на наших суперконденсаторах. Это позволит на практике подтвердить их преимущества.

— Получается, на транспорте суперконденсаторы уже нашли своё применение. А что насчет сетей и просадок напряжения?

Да, запуск специальной техники — не единственный способ применения суперконденсаторов. Напомню, суперконденсатор способен моментально отдать запасенный заряд, т. е. быстро отреагировать на потребность в энергии.

Просадка напряжения в сети даже на 10-15% зачастую приводит к сбою в работе оборудования. При этом существующие системы, например, источники бесперебойного питания, не всегда эффективны. Они основаны на аккумуляторах, в которых накопление и отдача энергии — химический процесс, требующий времени. Суперконденсатор работает на другом принципе: энергия в нём хранится физически, в порах активного слоя. Из-за этого он обладает меньшей, чем у батареи ёмкостью, но срабатывает значительно быстрее — за доли секунды. Этим определяется и сфера его применения в сетевом хозяйстве: не вместо батареи, а рядом с ней.

Приведу пример: добывающие компании используют насосные системы поддержания пластового давления, от стабильности работы которых во многом зависит уровень нефтеотдачи пласта. При запуске мощных насосов, часто довольно сильно просаживается напряжение в сети. Поэтому существует немало относительно доступных технических средств для компенсации просадок. В частности, частотно-регулируемые приводы, устройства плавного пуска и т.д. Но одно из лучших решений — системы компенсации просадок на основе суперконденсаторов. Они долговечны, т. к. не имеют механических узлов и агрегатов. Суперконденсаторы бесперебойно работают в самых суровых климатических условиях, поэтому могут конкурировать с распространенными сегодня решениями.

Нашлось место суперконденсаторам и в возобновляемой энергетике. В ветроэнергетике они используются для изменения наклона лопастей при резких порывах ветра. Высокая скорость поворота лопастей (т. е. и мощность источника энергии) очень важна — иначе ветер может просто поломать лопасти установки. В солнечной энергетике суперконденсаторы служат буферными накопителями для сглаживания пиков и спадов активности. Неравномерность солнечного света в облачную погоду приводит к тому, что активная мощность удаленных друг от друга модулей различается. Если такой пульсирующий режим пустить в сеть, он вызовет сбой и может привести к поломке оборудования. Накопители добавляют энергии там, где «провал», и снижают там, где пик.

— Есть ли на рынке аналогичные устройства?

— Да, но, как правило, они все работают на традиционных батареях. Производители указывают нижнюю рабочую температуру на уровне -40°С, но в такой мороз они уже не работают, т. е. для наших условий такие устройства не предназначены. Российские аналоги существуют, но по основным характеристикам значительно проигрывают.

— У вас особая технология?

— Наша технология — полностью российская разработка, результат сотрудничества с ведущими научными центрами. Основной исследовательский центр работает на базе МИСиС, кроме того мы сотрудничаем с Институтом высоких температур и МГУ. Наши специалисты разработали технологию изготовления электролита, который легко выдерживает температуру до -65°С, это подтвердили недавние испытания по запуску газотурбинной установки с помощью нашего суперконденсатора. Важно отметить, что мы уже запустили серийное производство, продукцию которого поставляем на предприятия России.

Благодаря технологии производства низкотемпературного электролита и особенностям технологии изготовления самого суперконденсатора, наши решения превосходят мировые аналоги. Мы добились электрической емкости кратно большей, чем у других российских производителей и получили изделие, конкурентное даже на мировом рынке. Это редкий пример успешной кооперации с научными центрами. Сегодня мы утверждаем программу НИОКР на 2018-2019 гг. и ожидаем, что будем выдавать устройства с еще более высокими характеристиками.

— Это импортозамещающая продукция?

— Я бы сказал - импортообгоняющая.

— Насколько, на Ваш взгляд, мы нуждаемся в импортозамещении в этом сегменте?

— Это зависит от того, насколько мы нуждаемся в собственном производстве газовых турбин, самолетов, развитии собственных нефтегазовых технологий. Да, страна может существовать без некоторых технологий накопления энергии. Но всегда есть нюансы. Например, при реализации амбициозного проекта в условиях санкций выясняется, что предназначенные для него накопители на 2000 Фарад изготавливаются в США и проходят строгий экспортный контроль перед поставкой в Россию. В данном случае модульные накопители для большой энергетики и ОПК оказываются стратегическим продуктом. Иными словами, суперконденсаторы могут не быть предметом первой необходимости, но являются базой для очень многих технологий.

— Над чем в настоящее время работают ваши специалисты?

Мы активно работаем над созданием новых электродных структур и электролитов. Мы четко понимаем, что включились в сложную гонку, в которой очень легко оказаться на обочине, если не уделять должное внимание разработке новых решений. Наша цель - создать гибридный накопитель, который бы совместил характеристики хорошей батареи и суперконденсатора. Плотность энергии в таком накопителе должна превышать 100 Вт/ч на килограмм, а плотность мощности —более 120 кВт на килограмм. Это основная задача нашего научного центра, и эту работу мы планируем завершить максимум за 2 года.

Сегодня ТЭЭМП – одна из немногих компаний в РФ серийно производит источники тока с действительно высокими - на уровне мировых - характеристиками. Серийно — очень важное слово. В лаборатории можно изобрести самые удивительные вещи, гораздо сложнее запустить их в промышленное производство и, главное, суметь обеспечить его экономическую эффективность.

— Каков путь от лаборатории до промплощадки?

— У лидера отрасли, компании Maxwell, от разработки изделия до его внедрения в производство в среднем проходит 1,5-2 года. За это же время мы поставили в серию шесть изделий. Жесткие сроки заставляют находить нестандартные решения, возможно поэтому на запуск уходит менее квартала. При этом процесс разработки включает в себя не только лабораторные исследования и разработку экспериментального образца, но также испытания, подготовку технической документации, производство опытной партии и ее испытание у конкретного заказчика. Доведение разработки до серийного производства — непростой и длительный процесс. Когда мы говорим об инвестициях в НИОКР, то имеем ввиду все стадии от создания лабораторного прототипа до момента передачи продукции в производство.

— Планируете ли вы расширять географию поставок?

— Сегодня наша главная задача — отладить технологию серийного производства по таким сферам применения, как транспорт и энергетика (традиционная и альтернативная). После этого мы придёт к развилке: упрёмся в потолок производственных мощностей и возникнет необходимость расширять производство. Как и где именно? Ответ очевиден: там, где мы видим спрос. Я буду счастлив, если такой спрос обеспечат российские компании.

Источник: журнал Нефтегаз