Октябрь 2019 г. в России стартовал с важнейшего отраслевого события — Российской энергетической недели (РЭН). По сложившейся уже традиции в этом мероприятии, проходящем в Москве, принимают участие не только специалисты сферы энергетики, но и высокопоставленные государственные деятели. Обязательным пунктом программы является выступление Президента РФ Владимира Путина.
И на этот раз традиция не была нарушена. Владимир Путин выступил с докладом на пленарной сессии РЭН «Энергетическое партнерство для устойчивого развития», прошедшей 2 октября. А затем принял участие в дискуссии, модерировавшейся корреспондентом американской телекомпании NBC News Киром Симмонсом. Представители «Элек.ру», в том числе и автор настоящего обзора, посетили эту сессию.
Подробный рассказ о РЭН и выступлении на ней Владимира Путина можно будет прочесть в журнале «Электротехнический рынок», № 6 за 2019 г., который выйдет в начале декабря. Здесь же мы расскажем о реакции главы российского государства на выступление юной экологической активистки Греты Тунберг в ООН.
«То, что молодые люди, подростки, обращают внимание на острые проблемы сегодняшнего дня, в том числе проблемы экологии — это правильно. Их, безусловно, нужно поддержать» — отметил Владимир Путин.
По его словам, Грета — добрая девочка, очень искренняя. Тем не менее, глава государства отметил, что в данном случае не все так однозначно:
«Когда детей и подростков кто-то использует в своих интересах, это достойно только осуждения. Особенно если на этом еще и зарабатывают».
Владимир Путина также добавил, что в Африке и странах Юго-Восточной Азии люди хотят жить так же, как на родине Греты в Швеции. Для этого им нужна энергия. Но в данный момент для стран Азии и Юго-Восточной Азии наиболее доступной является энергия, получаемая из углеводородов, то есть из нефти. Ждать 20–30 лет, когда им станет доступна альтернативная генерация, люди в этих странах не будут. К сожалению, Грете никто не объяснил такое многообразие современного мира.
Дискуссия о направлениях развития энергетики могла получиться весьма плодотворной, но, к сожалению, модератор Кир Симмонс увел обсуждение на свою любимую тему якобы возможного вмешательства России в американские выборы.
«Да, вы не вмешивались в последние президентские выборы в США, но можете вмешаться в выборы, которые нам предстоят» — так описал свою позицию модератор.
Впрочем, это уже не относится к тематике нашего портала...
Сработали на опережение
Параллельно с РЭН в Москве традиционно вручается престижная международная премия «Глобальная энергия». В 2019 г. ею наградили профессора Фреде Блобьерга (Дания) за работы, позволившие повысить надежность и энергоэффективность ветрогенераторов, а также доктора Халила Амина (США) за работы по совершенствованию литий-ионных аккумуляторов. Интересно, что Халил Амин скептически относится к перспективам использования суперконденсаторов в электротранспорте, что расходится с мнением ряда авторитетных специалистов, в том числе и выступавших на РЭН. Но для науки такое расхождение мнений вполне нормально, являясь одним из источников прогресса. Тем более, что, даже при повсеместном внедрении суперконденсаторов, литий-ионные аккумуляторы все равно продолжат применяться, сохранив свое важное значение. Церемония награждения состоялась 3 октября.
Присуждение премии «Глобальная энергия» Халилу Амину оказалось в чем-то созвучным решению нобелевского комитета, обнародованному несколькими днями позже. 9 октября были обнародованы имена лауреатов Нобелевской премии по химии. Ими стали Джон Гуденаф (США), Стэнли Уиттингем (США, Великобритания) и Акира Ёсино (Япония). Свою награду они получили за разработку литий-ионных аккумуляторов.
Литий-ионные аккумуляторы, серийное производство которых началось в 1991 г., произвели настоящую революцию не только в носимой электронике, но и в электроэнергетике.
Как правильно трактовать прогнозы
В октябре Международное энергетическое агентство (EIA) опубликовало прогноз развития электроэнергетики до 2024 г. На первый взгляд, прогноз обещает победу инноваций над прожиганием (в прямом смысле этого слова) углеводородного сырья. За 5 ближайших лет в мире выработка электричества на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) увеличится на 50 %. Доля ВИЭ в общемировой генерации электричества вырастет с 26 %, на момент выхода отчета, до 30 % в 2024 г., т. е. на 4 процентных пункта. Очевидно, что, несмотря на 50 % прирост в абсолютных значениях, доля в мировом энергобалансе увеличится в меньшей пропорции, так как производство электроэнергии в целом возрастет.
Некоторые зарубежные СМИ, не специализирующиеся на электроэнергетике, уже провозгласили, что через пять лет наступит эра повсеместного использования солнечной энергии. Но так ли это на самом деле?
Понятие ВИЭ включает в себя как альтернативную генерацию (солнце, ветер), так и вполне традиционные гидроэлектростанции, ведь на них не расходуется горючее топливо, запасы которого на Земле ограничены. По разным оценкам, на долю гидроэнергетики сейчас приходится от 80 до 90 % всего электричества, вырабатываемого ВИЭ. По состоянию на 2018 г., на солнечную генерацию приходится всего 3,9 % вырабатываемой в мире электроэнергии. Даже если предположить, что остальные виды генерации развиваться не будут, и через 5 лет эта доля составит 6 % — её явно недостаточно, чтобы говорить об окончательной победе солнечной генерации.
Теперь посмотрим на абсолютные значения. Прогноз EIA предполагает, что за 5 лет суммарная мощность объектов солнечной генерации в мире вырастет на 60 ГВт. Речь идет о средних темпах прироста в 12,5 ГВт в год. Для сравнения, в 2018 г. прирост суммарной мощности солнечной генерации составил 10 ГВт в год, так что какого-либо кардинального увеличения темпов развития данного направления не произойдет. Отсюда вывод — отчет EIA на самом деле прогнозирует весьма консервативный сценарий развития ВИЭ и солнечной энергетики в частности.
HEMT-транзисторы — будущее силовой электроники?
Для развития цифровой энергетики и электротранспорта нужны полупроводниковые переключающие элементы с малыми потерями. В настоящее время ведется борьба между несколькими концепциями мощных переключающих транзисторов: IGBT, SiC MOS и некоторыми другими. В октябре на рынок вышли первые недорогие образцы так называемых HEMT-транзисторов (сокращение от Hight Electron Mobility Transistor — транзистор с высокой подвижностью электронов), предназначенные для массового применения в электроэнергетике, а также первый бытовой продукт на их основе.
Производство HEMT-транзисторов было начато в 2005 г., но тогда это были транзисторы на основе арсенида галлия, а использовались они в радиолокации, радиоастрономии и других специальных применениях.
Для применения новинки в электроэнергетике нужно было сделать следующий шаг — изготавливать HEMT-транзисторы не из арсенида, а из нитрида галлия. Эта задача была недавно решена. Применительно к электроэнергетике, у HEMT-транзисторов есть как минимум два важных преимущества. Во-первых, малый уровень потерь при переключении. С этим все понятно — меньше потери, меньше нагрев транзистора, выше надежность его работы. При необходимости можно автоматически коммутировать нагрузку буквально в каждой розетке. Во-вторых, большее быстродействие. Зачем это нужно энергетикам? Повышение рабочих частот инверторов, блоков питания и зарядных устройств позволяет значительно уменьшить их размеры.
Фирма Infineon (Германия) начала поставки HEMT-транзистора CoolGaN 600V. Максимальный прямой ток, который может выдерживать данный тип транзистора — 10 А, максимальное напряжение в закрытом состоянии — 600 В. Впечатляет сопротивление канала в закрытом состоянии — 190 МОм, то есть практически полностью исключаются потери электроэнергии из-за утечки тока. Новинка предназначена для использования в в дата-центрах, блоках питания и зарядных устройствах.
Компания Power Integration (США) пошла еще дальше и создала целую микросхему преобразователя напряжения SC1933C, выполненную по технологии GaN-on-Sapphire и содержащую в себе HEMT-транзисторы. На ее основе фирма Anker (США) выпустила зарядное устройство для мобильных устройств и ноутбуков PowerPort Atom PD 1. При размерах как у зарядки мобильного телефона, эта зарядка пригодна и для некоторых ноутбуков. Причем скорость зарядки многократно возрастает. Чтобы зарядить iPhone X до 50 %, нужно всего 30 мин. 12-дюймовый MacBook полностью заряжается всего за 2 часа.
HEMT-транзисторы будут особенно востребованы при массовом развертывании сетей 5G.
Тогда потребуется искать новые площадки под базовые станции (у 5G другие требования к размещению антенн, чем у стандартов предыдущего поколения), для чего придется уменьшить их энергопотребление и размеры. Эта задача решается путем использования и применения блоков питания на основе транзисторов нового типа.
