Рынок без сопротивления: как сверхпроводники меняют энергетику
В мае 2005 года 6,5 млн человек в Москве и еще четырех регионах России остались без электричества. Была парализована работа предприятий и госорганов, тысячи людей оказались заблокированы под землей в поездах метро. Последствия аварии были бы куда менее тяжелыми, если бы на тот момент в энергосистеме использовались токоограничители с использованием технологии высокотемпературных сверхпроводников. Такие устройства позволяют практически моментально блокировать подачу энергии, не перегружая мощности соседних участков.
Провод нового типа
После открытия явления сверхпроводимости (сверхпроводники обладают нулевым сопротивлением) в 1911 году люди сразу же стали искать ему применение. Уже тогда было понятно, что промышленное внедрение сверхпроводников произведет революцию в энергетике и других отраслях. Но несколько десятилетий ничего значимого с точки зрения бизнеса в этой сфере не происходило. Известные сверхпроводники могли проявлять свои свойства только при охлаждении жидким гелием до температуры минус 269 градусов по Цельсию, а это довольно дорого и сложно. Поэтому они использовались в основном для научных целей, создания томографов и ускорителей. В 1980-х годах произошел очередной научный прорыв: нобелевские лауреаты Карл Мюллер и Георг Беднорц изобрели высокотемпературные сверхпроводники, а на их основе были разработаны провода второго поколения (ВТСП, высокотемпературные сверхпроводники), пропускающие ток без потерь при температуре минус 169 градусов с использованием более доступного по цене жидкого азота. И тогда на это изобретение обратили внимание бизнесмены.
Сейчас полный цикл производства ВТСП может обеспечить всего несколько компаний в мире. Это американские AMSC и SuperPower, Fujikura из Японии, корейская SuNAM, германская Bruker и российская «С-Инновации» (группа компаний «СуперОкс»), которая является резидентом «Сколково». Продукция этих компаний — тонкая лента с покрытием, заменяющая обычный провод. Она имеет довольно сложное устройство, а в многостадийном производственном процессе применяются самые передовые технологии. Пока ее цена превышает стоимость обычного проводника примерно вдвое: метр медного кабеля с эквивалентной токонесущей способностью стоит около $50, сверхпроводника — от $100. Но, даже несмотря на это, объем рынка сверхпроводников стремительно растет. По оценкам компании Wise Guy Consultants, в 2015 году объем мирового рынка сверхпроводниковых технологий составил $1,8 млрд, а в первой половине 2017-го он вырос уже до $3 млрд. К 2021 году суммарный объем спроса на ВТСП-технологии может составить $5,4 млрд.
Почему даже при относительно высокой стоимости предприятия все больше интересуются внедрением технологий со сверхпроводниками? В некоторых отраслях без них просто не обойтись. Это, например, электротехнические сооружения с ограниченным пространством, такие как подземный электрический коллектор. В отличие от традиционного оборудования новые ВТСП-устройства занимают в разы меньше места, что удобно при монтаже. Без сверхпроводников сложно создать мощные магнитные поля, которые широко используются в медицинских сканерах — томографах. Они нужны и для проведения научных экспериментов, например в ускорителях частиц.
Проблема господдержки
Но, пожалуй, самым перспективным рынком является использование сверхпроводников в производстве токоограничителей: такие устройства решают задачу снижения количества токов короткого замыкания, протекающих в сети, а это существенно повышает устойчивость энергосистемы. Они используются в инфраструктуре энергетических компаний и железнодорожного транспорта. Пока в мире действует около двух десятков таких устройств, позволяющих ограничивать критические значения тока в высокомощных системах. Токоограничители на сверхпроводниках скоро заработают и в России. Уже реализуется проект по изготовлению и установке токоограничителя на электроподстанции «Мневники» в Москве объемом в 1,6 млрд руб.
Сверхпроводники также используются для производства элементов фотонных интегральных схем (ФИС). Дело в том, что обычные полупроводниковые устройства уже не справляются с запросами об увеличении скорости вычислений и передачи данных. А технология ФИС позволяет передавать огромные объемы информации с очень высокой скоростью. Поэтому рынок фотонных интегральных микросхем будет быстро расти, прежде всего за счет заказов со стороны телекоммуникационных компаний и производителей электроники. Ожидается, что к 2022 году он составит более $1,5 млрд, указано в отчете консалтинговой компании MarketsandMarkets. Сейчас в этой области работает всего несколько компаний. И здесь также одно из лучших предложений на рынке, по данным международного дистрибьютора интегральных схем SIMIT, у «Тинфотоники», российской компании из «Сколково».
Спрос на оборудование с использованием сверхпроводников во всем мире удваивается каждый год, говорится в отчете CNW Group. Доля российских производителей сейчас составляет 20% от мирового рынка. Кроме «СуперОкс» хорошие перспективы у НИЦ «Курчатовский институт», где есть наработки и оборудование для запуска полного цикла производства сверхпроводников второго поколения. Госкорпорация «Росатом» также обладает всем необходимым для изготовления таких ВТСП.
Крупные корпорации будут инвестировать средства в компании, которые занимаются производством сверхпроводников. Но то же самое станут делать и западные партнеры. И чтобы сохранить лидирующие позиции на рынке, необходимо расширить сферу применения сверхпроводников и увеличить объем заказов. Без помощи государства эту задачу решить довольно сложно.
Сейчас Минэнерго отбирает проекты по внедрению инновационных технологий в энергетике. Экономический эффект от него будет максимальным при массовом использовании. Сверхпроводники дороги при единичном применении. При массовом внедрении с ростом рынка их себестоимость уменьшится за счет создания стандартизированных продуктов (тех же «стандартных» токоограничителей). Но для перехода на новые технологии и массовое их внедрение в энергетике требуется присвоение этому процессу статуса национального проекта. Это, во-первых, позволит включить сверхпроводники в программу реализации пилотных проектов ТЭК, а во-вторых, обеспечит внимание со стороны руководства страны и руководителей крупных компаний. В итоге объем заказов на оборудование со сверхпроводниками (токоограничители, кабели, энергомосты, токовводы) резко увеличится.