Не только вырабатывать, но и хранить: Росатом и технологии накопления энергии
Россия обзаводится собственным производством ключевого элемента «электрического» будущего — литий-ионных аккумуляторов.
В середине октября 2022 года компания РЭНЕРА начала строительство первой в России гигафабрики по производству электробатарей в Калининградской области. Это беспрецедентное для России стройка: здесь с ноля возводится высокотехнологичное предприятие по производству литий-ионных ячеек и сборке аккумуляторов. Уже в 2024 году завод даст первые партии отечественных аккумуляторов, а через год, выйдя на проектную мощность, удовлетворит около четверти потребности российских производителей электротранспорта.
Электрическое будущее транспорта
Основными потребителями продукции гигафабрики станут производители электротранспорта — и автомобилей, и мотоциклов, и спецтехники. Специалисты предсказывают большой рост спроса на электромобили в России. Выпустить его проще, чем машину с двигателем внутреннего сгорания. В автомобиле с ДВС порядка 11 тысяч деталей, а в электрокаре — всего три тысячи, нет трансмиссии, карданного вала и других громоздких компонентов. Нет трансмиссии, карданного вала и других громоздких компонентов. Все, что нужно для электромобиля, в России уже выпускается — кроме батарей: калининградский завод станет первым отечественным производителем.
Выбор строителей будущего завода не сразу пал на Калининградскую область: рассматривалось более 30 площадок, из которых Калининград выбрали за привлекательные условия для инвестиций. Во всем регионе действует режим особой экономической зоны с льготными условиями для бизнеса.
Гигафабрика рассчитана на то, чтобы в год выпускать аккумуляторы суммарной энергии 4 ГВт·ч. Это примерно соответствует аккумуляторам для 50 тысяч автомобилей. Пятьдесят тысяч электромобилей — это много, но недостаточно для того, чтобы обеспечить растущий спрос отечественного рынка. В 2017 году в России было меньше тысячи электрокаров, в 2021 году — уже 19 тысяч, а в 2030 году спрос, по оценкам экспертов, превысит 220 тысяч машин в год. Поэтому следом за РЭНЕРой и в Калининградской области, и в остальной России будут строиться новые заводы по производству аккумуляторов.
Сложный процесс
Производство литий-ионных аккумуляторов — одно из самых высокотехнологичных и требовательных к соблюдению строгих условий технологического процесса. Оно делится на три основные части: производство ячеек, модулей и сборка аккумуляторов. Ячейка — главный компонент будущего устройства, и самый сложный и дорогой. Она состоит из катода, анода и электролита, соединенных особым образом.
Процесс начинается со смешивания. Активные материалы будущего аккумулятора — оксиды и фосфаты металлов — смешиваются с полимерным связующим материалом, растворителем и проводящей добавкой. На старте используются и сухие порошки, и жидкости, и влажные материалы, поэтому главная задача здесь — как можно более тщательно все перемешать. На выходе должна получиться очень однородная масса, в которой даже электронный микроскоп не найдет значительных скоплений какого-то одного из компонентов. Любая неоднородность может снизить срок жизни батареи или даже сделать устройство взрывоопасным. Для смешивания используют специальные миксеры, один производственный цикл которых занимает несколько часов.
Затем готовую смесь с помощью специальных машин наносят по обе стороны тонкой металлической ленты, как правило, медной для анода и алюминиевой для катода. Если состав смеси соблюден и смесь достаточно гомогенна, она будет сама прилипать к металлу; прочность и постоянство адгезии контролируют и люди, и специальные датчики.
На следующем этапе большие рулоны с катодной и анодной лентами режутся до необходимой ширины и передаются на участок сборки ячеек. На современных производствах процесс сборки автоматизирован: специальные установки очень точно укладывают и с помощью ультразвука сваривают токовыводы с катодов и анодов. Собранный электродный блок помещают в корпус из ламинированной алюминиевой фольги и заполняют его электролитом; на современных производствах этим также занимаются автоматы. После этого ячейки проходят не менее одного цикла зарядки и разрядки для активации действующих компонентов.
На новом заводе РЭНЕРА будут производить ячейки с литий-никель-марганец- кобальтовым катодом. Аккумуляторы с такими катодами отличаются большой емкостью, относительно невысокой (по сравнению с другими типами катодов) стоимостью и устойчивостью к перепадам температуры. Такие устройства популярны в аккумуляторах электрических транспортных средств. Но при необходимости РЭНЕРА сможет легко перейти на выпуск катодов другого типа — например, литий-желозо-фосфатных, аккумуляторы с которыми служат дольше и несколько проще в управлении.
Не только автомобили
Электромобили и электробусы могут стать будущим перевозок, но аккумуляторы нужны не только производителям автомобилей. Если инженерам удастся доказать экономичность и удобство аккумуляторов в использовании, стационарные системы накопления энергии могут изменить жизнь в малонаселенных и труднодоступных районах.
Вместо того, чтобы прокладывать кабель к удаленным поселкам и городам, можно будет оборудовать такие населенные пункты (а также промысловые стоянки, поселки вахтовиков, научные и туристические базы) аккумуляторами большой емкости — и тогда останется только регулярно перезаряжать их.
Эксперимент по альтернативному снабжению далеких поселков энергией «Россети» проводят сейчас в крошечной — всего из четырех жителей — деревне в Тверской области. Контейнер с системой накопления поставили прямо возле домов, а зарядную станцию — в семи километрах от него. Пока один аккумулятор работает в деревне, второй заряжается на станции и ждет своей очереди. Каждые 10–12 дней их меняют, перевозя на прицепе. Еще 35 накопителей энергии установлены в других центральных регионах России.
Правда, для того, чтобы на такие накопители появился массовый спрос, необходимы изменения в нормативных документах. Строители Гигафабрики считают, что очень скоро законодательство и рынок изменятся — и будущее больших городов и далеких поселков будет тесно связано с Гигафабрикой и другими новыми аккумуляторными заводами.
Важнейшее в истории мирного атома
Пуск первого в Евразии ядерного реактора Ф-1
Успешный пуск реактора Ф-1 подтвердил возможность создания мощного промышленного реактора для получения плутония для атомной бомбы.
Первый токамак — установка для осуществления реакции термоядерного синтеза
В настоящее время токамак считается наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза.
Первая атомная электростанция, давшая ток в общую сеть
Первая в США АЭС Шиппингпорт с одним реактором мощностью 68 МВт заработала в 1958 году. А первой в мире АЭС, выдавшей ток в общую электросеть, стала в 1954 году советская Обнинская АЭС. Ее мощность составляла 5 МВт.
Первый завод центрифужного разделения изотопов урана
Начало новой эпохи в атомном проекте.
Первая советская атомная подводная лодка «Ленинский комсомол»
Проект был прорывом в кораблестроении. Эти корабли положили начало советского атомного подводного флота, который в лучшие времена имел в составе более 300 АПЛ.
Первый советский водо-водяной реактор ВВЭР-210
Первый в мире энергоблок с реактором на быстрых нейтронах БН-30
России принадлежит технологический приоритет в разработке и эксплуатации таких реакторов, что открывает практически неограниченные возможности для использования энергетического потенциала ядерного топлива, в том числе отходов АЭС и оружейного плутония.
Атомный ледокол «Арктика» — первое надводное судно, достигшее Северного полюса
Поход «Арктики» стал настоящей сенсацией и позволил еще больше продлить период навигации в Северном Ледовитом океане по кратчайшим маршрутам.
Первый промышленный реактор на быстрых нейтронах БН-600
С момента остановки реактора «Феникс» во Франции в 2009 году и до запуска также на Белоярской АЭС реактора БН-800 в 2015 году реактор БН-600 оставался единственным в мире действующим энергетическим реактором на быстрых нейтронах.
Российская АЭС в Китае
Заключен контракт на строительство Тяньваньской АЭС — самого крупного объекта экономического сотрудничества России и КНР.
Создание госкорпорации «Росатом»
Помимо обеспечения национальной безопасности (ядерное сдерживание), ядерной и радиационной безопасности, в задачи компании входит развитие прикладной и фундаментальной науки.
Первый Информационный центр по атомной энергии — в Томске
Центр рассказывает школьникам и взрослым томичам о природе атомной энергии и принципах работы АЭС. Объемное изображение и стереозвук, интерактивные блоки и викторины создают эффект непосредственного участия зрителя в программах.
Второй блок Ростовской АЭС
Энергоблок № 2 Ростовской АЭС стал первым российским энергоблоком, сданным в промышленную эксплуатацию после создания «Росатома».
Новые центрифуги — в 10 раз больше обогащенного урана
Завершились испытания центрифуги для разделения изотопов урана девятого поколения. Ее производительность на порядок выше, чем у центрифуг предыдущих нескольких поколений.
Первый российский атомоход
На воду спущен головной атомный ледокол «Арктика» проекта 22220. Ледоколы этого проекта пришли на Севморпути на смену судам советской постройки.
Первый реактор поколения 3+ — Нововоронежская АЭС
Стал первым в мире атомным энергоблоком нового поколения, введённым в эксплуатацию. За пять лет работы энергоблок выработал суммарно свыше 35 млрд кВтч - такого количества электроэнергии хватило бы, чтобы целый год обеспечивать работу всего железнодорожного транспорта одного из крупнейших потребителей электричества в стране – компании «РЖД».
Первая плавучая атомная станция «Академик Ломоносов»
Плавучая станция дает на берег электроэнергию и тепло, а еще опресняет морскую воду — от 40 до 240 тысяч тонн в сутки. ПАТЭС может с моря подходить к тем населенным пунктам, рядом с которыми нельзя построить наземную АЭС.
Атомный нацпроект
Утверждена программа «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации на период до 2024 года». В составе программы пять федеральных проектов: «Двухкомпонентная ядерная энергетика», «Экспериментально-стендовая база», «Термоядерные и плазменные технологии», «Новые материалы и технологии» и «Референтные энергоблоки атомных электростанций».
Начало строительства реактора БРЕСТ-300
Уникальный реактор строится в рамках проекта «Прорыв». Задача проекта — создать технологическую платформу с замкнутым ядерным топливным циклом, продемонстрировать решение проблем отработанного ядерного топлива и обеспечить лидерство российских технологий в мировой атомной энергетике.
Создано Главное управление Севморпути
Росатому передали функции управления Северным морским путем.
