Фреде Блобьерг: «Половина электроэнергии, вырабатываемой в Дании, приходится на ветрогенераторы»

В 2019 году профессор Фреде Блобьерг из Дании был удостоен престижной международной премии «Глобальная энергия». Он разделил ее с доктором Халилом Амином (США). Эта премия учреждена в Российской Федерации и вручается президентом нашей страны либо уполномоченным им лицом (которым на этот раз стал министр энергетики Александр Новак). Мы поговорили с лауреатом о реальной экологичности ветрогенераторов, будущем силовой электроники и цифровизации энергетики.

Родился в 1963 г. в городе Эрлев (Дания). В 1987 г. окончил Университет Ольборга, после чего более года работал в датском филиале компании ABB. В 1988 г. начал работать в Университете Ольборга и там же учился в аспирантуре. В 1998 г. присвоено звание профессора в области силовой электроники и электропривода.
В 2000–2012 гг. преподавал в ряде университетов, работал деканом факультета в своей альма-матер. С 2012 г. возглавляет созданный тогда «Центр отказоустойчивой силовой электроники» (CORPE) при Университете Ольборга. В своей области этот научный центр является одним из ведущих в мире.
Автор более 1100 научных статей и докладов на международных конференциях. Основные научные интересы — силовая электроника, управление электродвигателями, ветрогенерация, распределенная энергетика.

— Вы являетесь известным специалистом в области ветроэнергетики. В последнее время экологи не жалуют данный вид альтернативной генерации. Вот лишь некоторые обвинения, которые они выдвигают: инфразвуковые волны, гибель птиц, вывод земель из сельскохозяйственного оборота, вред экологии при производстве и утилизации оборудования. Могут ли результаты ваших исследований (в том числе создание систем управления роторами ветряков) сделать ветроэнергетику более безопасной для экологии?

— В целом я считаю ветрогенераторы безопасным оборудованием для выработки электроэнергии. Срок службы ветряка — 25 лет, за это время он вырабатывает намного больше энергии, чем было затрачено на его производство. К тому же ветряки занимают гораздо меньше места по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ). Что же касается моих исследований, то управление скоростью вращения ротора ветрогенератора позволило извлекать больше энергии из ветра. Для выработки того же количества электроэнергии нужно ставить меньше ветряков. Также управляемая скорость вращения потенциально означает меньший уровень акустического воздействия на природу.

— Одним из ваших наиболее важных научных достижений является повышение надежности ветряных электростанций. Расскажите, как это было достигнуто.

— Во-первых, мы создали более полное описание процессов старения компонентов ветрогенераторов с помощью математической модели. Это позволяет заранее прогнозировать отказы компонентов и проводить техническое обслуживание до возникновения поломок. Во-вторых, мною был разработан способ подключения ветрогенератора к электрической сети напрямую, что также повысило надежность. Раньше такой способ не применялся из-за того, что ветрогенераторы создавали помехи в сети, но эта проблема была решена.

— Могут ли результаты ваших исследований в области управления роторами электрогенераторов быть применены не только в ветряках, но и, скажем, в малой гидроэнергетике?

— Да, могут. На заре своей научной карьеры я много занимался вопросами управления скоростью вращения электродвигателей с помощью мощных электронных преобразователей. Те же самые принципы мы применяем сейчас для управления ветряками. Но данная технология применима также и к гидроэнергетике. И решает она те же самые задачи — извлечь больше энергии из потока воды, а затем передать выработанную электроэнергию в сеть наиболее надежным и эффективным способом.

— На пресс-конференции в Москве вы сказали, что считаете карбид кремния (SiC) наиболее перспективным материалом для силовой электроники на ближайшие 10 лет. Не могли бы вы пояснить, на чем основан ваш прогноз?

— Можно взять шире и говорить о перспективности на ближайшие 10 лет полупроводниковых приборов с широкой запрещенной зоной. Такие приборы изготавливаются на основе карбида кремния или нитрида галлия (GaN). Перспективность таких приборов обусловлена гораздо меньшими потерями энергии по сравнению с традиционными полупроводниковыми элементами, что позволяет повысить эффективность оборудования, в котором они используются. Уже сейчас SiC-транзисторы применяются в электромобилях, а GaN-транзисторы — в блоках питания.

— Хотелось бы узнать ваше мнение о новинке — HEMT-транзисторах. Станут ли они в будущем основным видом полупроводниковых переключателей?

— То, насколько широко будут использоваться транзисторы с новой структурой, в том числе и HEMT, во многом будет зависеть от их стоимости. GaN HEMT-транзисторы могут изготавливаться на существующем оборудовании для производства кремниевых чипов по КМОП-технологии. Но здесь встают проблемы, связанные с постоянством кристаллической решетки и значениями температурного коэффициента.

— Создается впечатление, что электроэнергетика сейчас возвращается обратно к постоянному току. По крайней мере, он все чаще используется для питания офисных светильников и оборудования дата-центров. Как вы думаете, в обозримом будущем электроэнергетика полностью перейдет на постоянный ток или такой способ электропитания останется лишь для определенных применений?

— Мы видим вокруг себя все больше и больше систем на постоянном токе. Помимо перечисленных вами применений, постоянный ток используется на транспорте. Важное преимущество систем на постоянном токе заключается в том, что при их построении можно избавиться от целого ряда преобразователей, которые нужны для систем на переменном токе. В итоге это повышает энергоэффективность. Но я думаю, что и в будущем переменный ток в электроэнергетике будет использоваться чаще, чем постоянный. Это обусловлено широким распространением систем на постоянном токе, а также большими инвестициями, которые уже сделаны в данную технологию. Тем не менее линии электропередачи большой длины, которые нужны при использовании ВИЭ, будут строиться именно на постоянном токе (речь идет о линиях длиной порядка нескольких тысяч км, необходимых, например, для передачи электричества, вырабатываемого солнечными электростанциями на юге, в северные регионы либо из мест с большей силой ветра в относительно безветренные места — прим. редакции).

— В Дании хорошо развиты солнечная и, особенно, ветряная энергетика. Какие меры для развития данных видов генерации предпринимает датское правительство?

— Сейчас электроэнергетика в Дании работает исключительно на рыночных принципах. Новые электростанции на основе возобновляемых источников энергии вводятся без каких-либо государственных субсидий. Несколько лет тому назад такие субсидии еще были, теперь их нет. Недавно построенные электростанции на основе ВИЭ, уже полноценно конкурируют с традиционной энергетикой по стоимости киловатт-часа. При этом стоимость электроэнергии, которую дают ВИЭ, постоянно снижается. По данным на 2019 г., примерно 50 % электроэнергии, вырабатываемой в Дании, приходится на ветрогенераторы. И в будущем эта доля будет только увеличиваться.

— Вы сотрудничаете с китайскими университетами. Современной тенденцией стало то, что Китай уже не только копирует западные технологии, но и разрабатывает собственные. Причем нередко опережая страны Запада. Что вы можете сказать об уровне развития в Китае технологий по таким направлениям как силовая электроника и ветрогенерация?

— Китай делает большие инвестиции как в технологии, так и в развитие человеческих ресурсов. Инвестируют в университеты, создают условия для возвращения обратно талантливых специалистов, некогда уехавших за рубеж. В таких областях, как источники питания, дата-центры, передача электроэнергии на постоянном токе, высокоскоростные железные дороги, Китай выходит на лидирующие позиции в глобальном масштабе. Эта страна находится на первом месте в мире по производству солнечных панелей. И также она занимает первое место по производству инверторов для солнечной энергетики. Но по выпуску оборудования для ветроэнергетики Китай хотя и является одним из заметных мировых игроков, тем не менее глобальным лидером пока не стал.

— Цифровизация электроэнергетики дает большой выигрыш для промышленных предприятий с большим энергопотреблением. Благодаря внедрению цифровых технологий стало реальностью продавать на рынке электроэнергию, выработанную в личном подсобном хозяйстве. Но что, по вашему мнению, может дать цифровизация простым потребителям электроэнергии, проживающим в городских квартирах, где нет места для размещения объектов альтернативной генерации?

— Я считаю, что в крупных городах реализовать распределенную генерацию крайне затруднительно. Генераторы электроэнергии в этом случае должны быть сконцентрированы в тех местах, где их размещение возможно, т. е. на электростанциях. Цифровизация электроэнергетики в крупных городах дает возможность более эффективно управлять нагрузкой на электрические сети за счет гибкой регулировки цен.

— Какими навыками должны обладать специалисты по цифровой энергетике? Нужно ли в связи с цифровизацией электроэнергетики кардинально менять систему образования?

— В любом случае есть базовые предметы, которые нужно знать инженеру. Поэтому я считаю, что необходимо сначала обучить студентов основам, а потом уже переходить к более сложным вещам вроде цифровизации энергетики. Тем не менее в связи с цифровизацией в обязательный набор знаний будущего инженера по электроэнергетике теперь входят такие дисциплины, как силовая электроника применительно к электрическим сетям, встраиваемые контроллеры, цифровые процессоры обработки сигналов, электромагнитная совместимость оборудования. Также в программу обучения должны войти кибербезопасность, «Интернет вещей», Big Data, искусственный интеллект. Эти знания позволят специалисту использовать новые возможности, которые дает цифровизация.