объявил о приобретении американской компании Maxwell Technologies
Февраль в южном полушарии — холодный месяц, но именно на него в этом году пришелся ряд событий, которые, возможно, определят развитие электротехники на ближайший год, а то и десятилетие.
Начался месяц с сенсационной новости: знаменитый производитель электромобилей Tesla объявил о приобретении американской компании Maxwell Technologies за 218 млн долл. Эта фирма известна своими элементами питания (которые можно купить даже в соседнем с вами супермаркете), аккумуляторами и, самое интересное для нас, суперконденсаторами, которые, дабы подчеркнуть технологический отрыв от конкурентов, в самой компании предпочитают называть «ультраконденсаторами». Почему именно последний вид продукции для нас так важен?
Дело в том, что Илон Маск в автомобилестроении всегда был твердым приверженцем аккумуляторов, причем строго одного типа — литиевых. Да, такие аккумуляторы имеют свои преимущества, но у них есть и множество недостатков. В частности, литий является токсичным металлом, а его запасы в земной коре ограничены. В то же время, ряд фирм ведут разработки и даже начали выпуск электротранспорта, где вместо аккумуляторов используется более прогрессивный тип накопителя — суперконденсаторы. В отличие от аккумуляторов, в суперконденсаторах (ультраконденсаторах) не происходит преобразование электрической энергии в химическую и обратно, что обеспечивает очень высокий КПД, практически неограниченное количество циклов заряд-разряд и, что очень важно для России, возможность работы на холоде без дополнительного подогрева. Время зарядки суперконденсаторов может быть сопоставимо с временем заправки бензобака. Удивительно, но даже по улицами Минска уже несколько лет успешно ездят электробусы на суперконденсаторах, разработанные и изготовленные в Белоруссии, а Tesla все еще тянет с переходом на новый тип накопителя. Впрочем, стратегия ожидания, пока техническая новинка будет как следует отлажена и только потом внедрять ее в свою продукцию, часто ведет к успеху. Напомним, что Apple вышла на рынок смартфонов последней среди крупных производителей электроники. Но произошло это тогда, когда технологии позволили сделать iPhone удобным для использования широкой публикой, а не только техногиками, как было с его предшественниками от других производителей.
И вот теперь, похоже, момент перейти с аккумуляторов на ультраконденсаторы настал, раз Tesla купила их ведущего производителя. Но увы, среди экспертов распространена и другая версия произошедшего. Maxwell обладает уникальной технологией сухих электродов, которая позволяет значительно улучшить технические характеристики литиевых аккумуляторов. И якобы Tesla купила Maxwell главным образом ради этой технологии. При таком раскладе остается открытым вопрос — будет ли Илон Маск активно развивать в Maxwell Technologies направление ультраконденсаторов? Ведь совсем недавно Tesla сделала огромные вложения в создание собственного производства литиевых аккумуляторов (ранее они приобретались у компании Panasonic, от продолжения сотрудничества с ней Tesla не отказывается, но стремится диверсифицировать поставки), и эти вложения должны себя окупить, чему массовый переход на суперконденсаторы может помешать. Впрочем, все это догадки, а официально о своих планах по развитию Maxwell Tecnologies компания Tesla пока не объявляла.
В электромобилях конкурируют между собой аккумуляторы и суперконденсаторы, а в альтернативной энергетике — солнечная и ветряная генерация. В феврале 2019 г. была опубликована статистика Всемирной ассоциации ветроэнергетики WWEA, согласно которой в 2018 году в мире было введено в строй 53,2 ГВт ветрогенерации против 52,6 ГВт в предыдущем году, то есть произошло снижение темпов на 3,6%. В настоящее время темпы введения новых ветрогенерирующих мощностей сопоставимы с темпами развития газовой генерации, но примерно в 2 раза отстают от темпов развития солнечной генерации. Конечно, солнечной генерации в 2018 году статистику несколько подпортил Китай, тем не менее, она продолжает оставаться наиболее динамично развивающимся сектором электроэнергетики. На снижении темпов развития ветроэнергетики сказалось как снижение цен на солнечные батареи, так и пристальное внимание экологических активистов к ветрогенераторам. Интерес к последним защитники природы активно проявляют в последние годы. Основные претензии — возникновение инфранизких частот, вредных для людей, гибель птиц в лопастях ветряков и якобы имеющееся влияние на климат за счет перераспределения воздушных потоков.
Тем не менее, февраль 2019 года показал рекордные результаты по ветрогенерации. 11 февраля было отмечено новое рекордное пиковое значение ветрогенерации на уровне 15,05 ГВт. В это время ветрогенерация обеспечивала 36% потребности Соединенного Королевства в электроэнергии. Достичь столь высоких результатов удалось в том числе благодаря широкому использованию в Великобритании ветряков, установленных в море.
Несмотря на все проблемы, ветрогенерация продолжает развиваться, и новый импульс ей могу придать системы искусственного интеллекта. Британская компания DeepMind, являющаяся дочерней структурой Google, разработала программное обеспечение, управляющее распределенной энергосистемой на основе прогноза по ветру. На расположенных в разных районах ветрогенераторах установлены датчики, передающие в реальном масштабе времени данные о скорости ветра. Система искусственного интеллекта на основе машинного обучения сама определяет закономерности, на основании которых строит прогнозы по электрогенерации для каждого ветряка. Утверждается, что такая система позволяет повысить энергоэффективность системы ветрогенерации на 20%. То есть, для выработки того же количества электроэнергии потребуется на 20% ветряков, чем раньше, а это означает, на 20% меньшую нагрузку на природу, если, конечно, вы готовы полностью согласиться с доводами экологических активистов.
Пока технология внедряется только в США, электроэнергия, вырабатываемая таким способом, пойдет на собственные нужды Google. Тем самым, компания планирует дополнительно улучшить свой имидж компании, заботящейся об экологии. Тем не менее, ничто не мешает внедрить разработанное DeepMind программное обеспечение на энергосистемах в других странах мира.
Но вернемся к транспортным средствам. Помимо автомобилей, на электрическую тягу постепенно переходят самолеты. И здесь пристальное внимание вновь стало уделяться высокотемпературной сверхпроводимости, будоражащей умы ученых и инженеров аж с 80-х годов XX века. В России объявлено о начале работ по созданию отечественного электросамолета. В проекте участвуют ЦИАМ и компания «СуперОкс». Для обеспечения параметров электродвигателя, делающих его пригодным для использования на электросамолете, способным поднимать значительные по массе грузы и пассажиров, необходимо использование сверхпроводящей обмотки. Этим и объясняется участие в проекте компании «СуперОкс», имеющей большой задел в области высокотемпературной сверхпроводимости.
Сейчас термин «высокотемпературная сверхпроводимость» означает использование для охлаждения сверхпроводника не жидкого гелия, а «всего лишь» более дешевого жидкого азота (температура около −196 C). Тем не менее, с 1989 г. с упорством, сопоставимым разве что с упорством многочисленных изобретателей вечного двигателя, регулярно появляются сообщения о «сверхпроводимости при комнатной температуре», быстро опровергаемые авторитетной научной экспертизой. Сейчас наблюдается новый всплеск интереса к сверхпроводимости при комнатной температуре, обусловленной ведущимися по всему миру работами по созданию электросамолетов.
В феврале 2019 года в США от группы вполне серьезных ученых подана очередная патентная заявка на конструкцию сверхпроводника, который в ближайшем будущем должен начать работать при комнатной температуре. Его основой является диэлектрический стержень, покрытый тонким слоем специального сплава. Насколько можно понять, используется уже давно известный в физике скин-эффект. Инновация заключается в том, что для повышения температуры, при которой наблюдается эффект сверхпроводимости кабель предлагается подвергать нелинейной вибрации. О том, какие законы физики тут задействованы, не сообщается. Экспериментальная установка пока охлаждается тем же жидким азотом.
Тем не менее, высокотемпературная сверхпроводимость, в отличие от вечного двигателя, в принципе не отвергается физиками, просто пока не удалось придумать, как ее реализовать. В феврале нобелевские лауреаты российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов объявили, что ими обнаружены сверхпроводящие свойства сверхчистого графита, и что теоретически именно на этом материале уже в ближайшем будущем будут созданы материалы, обладающие сверхпроводящими свойствами при комнатной температуре. Не исключено, что победителя в идущем сейчас споре между сторонниками проводов из меди и проводов из инновационных сплавов на основе алюминия в итоге не будет. Потому что уже в ближайшем будущем самые лучшие провода будут делать из сверхчистого графита.
