Сверхпроводящий накопитель: время пришло?
Пополнение из архива моих публикаций
16 января на заседании секции «Сверхпроводимость» НТС № 3 Росатома обсуждалась тема «Предложения по работам в области технической сверхпроводимости», причем имелись в виду не предложения в широком спектре возможностей, а конкретные проекты создания источников мощного бесперебойного электропитания, известных под аббревиатурой СПИН (от термина «СверхПроводящий Индуктивный Накопитель»).
Есть что-то символичное в том, что регулярная работа научно-технических советов Росатома началась в этом году с обсуждения вопросов, связанных с одним из самых перспективных направлений научных исследований и разработок, ведущихся на стыке высоких физических технологий и утилитарных задач электроэнергетики. Однако прежде чем перейти к этому заседанию и его результату, нужно сказать несколько слов о ситуации с обеспечением нашей страны электроэнергией.
То, что ситуация эта весьма сложная, уже давно не новость не только для специалистов, но и для всех граждан. Например, жители Центрального федерального округа (ЦФО) хорошо помнят ситуацию с масштабным отключением электроэнергии 25 мая 2005 года, последовавшим за пожаром на электроподстанции «Чагино». Масштабные неприятности со светом, или «блэк-аут», как называют это американцы, тогда коснулись и значительной части Москвы, и почти всех городов и поселков южного Подмосковья, а также Калужской и Тульской областей.
Между тем специалисты протвинского ГНЦ "Институт физики высоких энергий" подсчитали, что «блэк-аута» можно было бы избежать, будь ко времени этой аварии уже реализован эскизный проект по созданию СПИНа в виде набора модулей, помещенного в кольцевой подземный тоннель, ранее предназначавшийся для строительства нового ускорительно-накопительного комплекса (УНК). Проект его ускорительной части закрыли в 1999 году, с тех пор тоннель длиной 21 км стоит пустой. Между тем запасенной в магнитном кольце (если бы магниты были установлены в тоннеле - такой вариант использовния уникального подземного инженерного сооружени физики ИФВЭ в своё время предлагали) гигантской энергии (около 200 МВтч или 720 ГДж) в случае необходимости хватило бы, чтобы на некоторое время заменить всю систему подачи электроэнергии не только на Москву, но и весь ЦФО. Но это, так сказать, экстремальный случай, а для целого ряда применений - демпфирования пиковых нагрузок в сети, для стадий разгона / торможения высокоскоростных железнодорожных поездов и т.д. совершенно насущной задачей является создание достаточно компактных модульных СПИНов в требуемом диапазоне запасённой энергии. Такова и общемировая тенденция.
Вообще говоря, работы по изучению возможностей и созданию опытных вариантов СПИНов начинались практически одновременно с проработкой возможных проектных решений в рамках программы исследования проблем термоядерного синтеза, то есть 20-30 лет тому назад. Исследования в области технической сверхпроводимости тогда велись в институтах и лабораториях предприятий атомной отрасли и Академии наук чрезвычайно широким фронтом. Уже в тот период был накоплен определенный опыт создания как "теплых"» (работающих при «обычных» температурах), так и "холодных" сверхпроводящих индуктивных накопителей с запасом энергии от единиц до сотен МДж. Сегодня, по мере роста потребности в этих разработках в связи с начавшимися инновационными процессами в отрасли, возникла необходимость экспертной оценки тех или иных вариантов СПИНов с точки зрения их возможной реализации.
Именно поэтому председатель секции, член-корреспондент РАН Н. Черноплеков открыл заседание фразой о том, что при некоторой неопределенности текущего экономического момента все же ясно, что основные научные и технические вопросы уже проработаны в степени, позволяющей перейти к предложениям по реализации к конкретных проектов. А поскольку в качестве таковых на суд 25 присутствовавших экспертов - членов секции и приглашенных специалистов - было вынесено три подготовленных к слушанию проекта, то практически «без раскачки» началось их представление и обсуждение.
Первым выступил д.т.н. А. Веселовский (Объединенный институт высоких температур РАН) с докладом «Макет источника бесперебойного питания на основе СПМ системы на запасенную энергию до 15 МДж». Стоит отметить, что в ИВТ РАН в 80-е годы прошлого века было разработано и экспериментально опробовано несколько вариантов СПИНов («Н-17», «Сфера-1», «Сфера-2», «РКН») с разными типами магнитной системы (цилиндрическая, сферическая) на запасенную энергию до 5 МДж и подготовлен техпроект СЭН на запасенную энергию 100 МДж. Именно на основе этих разработок предлагается произвести восстановительные работы по модулю СПИН на запасенную энергию 4,7 МДж, разработать и изготовить совместно с НПО «Криогенмаш» криостат с двумя степенями охлаждения (жидкий азот, жидкий гелий) и токовводы и после технологических испытаний организовать серийное производство модуля. Докладчиком были приведены оценки затрат на производство всех видов работ, согласно которым итоговая оценка стоимости 1 модуля при малой серии составляет до 190 млн рублей.
Далее было представлено технически принципиально иное предложение «варианта ТРИНИТИ», с которым выступил д.т.н. Е. Клименко. На основе предыдущих разработок, опять же восходящих к плодотворному периоду 80-х годов, троицкие ученые и специалисты настойчиво разрабатывают модельСПИНа с тороидальной магнитной системой. Отличие этой системы состоит в том, что за счет 12-сек-торной тороидальной обмотки со специальным распределением СП-кабеля по поверхности и объему то-роида создается практически однородное магнитное поле, запасающее энергию. Несмотря на сложность изготовления износоустойчивых обмоток, такая система имеет и свои привлекательные стороны. По мнению докладчика, уже к концу этого года ГНЦ ТРИНИТИ может продемонстрировать действующий макет источника бесперебойного питания с запасенной энергией 8 МДж.
Замыкал этот своеобразный «конкурс вариантов» доклад д.т.н. С. Егорова «Предложения НИИЭФА, ИФВЭ И ВНИИЭ по типовому ряду СПИН». Объединенные усилия названных организаций сконцентрированы на «магистральном пути» создания СПИНов с использованием традиционной тороидальной магнитной системы и базируются на конкретном опыте, имеющемся в НИИЭФА и ГНЦ ИФВЭ, и предварительных разработках по заказам электроэнергетики. Докладчик напомнил о создании в НИИЭФА целой серии опытно-промышленных образцов СПИНов, а также о том, что разработанная технология сверхпроводящих элементов была передана ряду других отечественных предприятий. В ходе создания сверхпроводящих магнитных систем для токамаков с запасом энергии от единиц до десятков МДж (то есть масштаба, реализуемого сейчас в международном проекте ИТЭР) были проработаны многие конструкционные решения и технологии, которые легли в основу концепции создания СПИНов в широком диапазоне запасенной энергии для электроэнергетики и транспорта.
Вместе с тем С. Егоров отметил, что задача создания автономных систем бесперебойного питания с криообеспечением в нашей стране пока всерьез не ставилась. Позиция потенциальных потребителей сводится к тому, чтобы производители либо сами выходили на рынок с реальными изделиями, характеристиками и ценами, либо убедительно доказали инвестиционную привлекательность своих разработок.
Именно в этой связи очень кстати прозвучало выступление представителя недавно созданного отраслевого Центра «Атом-инновация» Г. Кушнира «О механизме изменения мотивации исполнителей НИОКР», в котором было изложено обоснование хорошо апробированной за рубежом системы роялти (royalty - в данном случае получение разработчиком процента с продаж внедренного ноу-хау), прорабатываемой для внедренияв отрасли.
Директор по науке ВНИИКП В. Сытников, комментируя это сообщение, отметил, что система роялти уже сегодня дает средства для развития института.
Значит ли всё вышесказанное, что время СПИНов - пришло?
Опубликовано: “Атомпресса” № 9, март 2008 г.
Серия сообщений "Инновации и инвестиции":
Часть 1 - К вопросу о ваучеризации Протвино Часть 2 - Станут ли физики акционерами? ...
Часть 38 - Получить лечение протонным пучком Часть 39 - ГНТС набирает ход Часть 40 - Сверхпроводящий накопитель: время пришло?
Серия сообщений "С заседаний НТС ГК "Росатом"":
Часть 1 - Большой Европейский проект обсудили на Большой Ордынке Часть 2 - Не растерять накопленные знания
... Часть 6 - Радиационный терроризм: реальны ли угрозы Часть 7 - Атом согревающий: страна ждет
Часть 8 - Сверхпроводящий накопитель: время приш ло?
Оригинал записи и комментарии на LiveInternet.ru