В ожидании "большого взрыва": как украинцы создали лучшие накопители энергии в мире
Украинская компания Yunasko разрабатывает одни из лучших в мире суперконденсаторов — устройства для хранения энергии. Чем они уникальны и почему еще не совершили революцию в мировой энергетике, рассказывает ЭП.
Електроенергія — єдиний товар, який людство не навчилося дешево зберігати. У світі склалася парадоксальна ситуація: побудувати електростанцію вигідніше, ніж будувати сховище електроенергії.
Такими словами починає бесіду з журналістом ЕП директор української компанії Yunasko Вадим Уткін. Yunasko розробляє і виготовляє пристрої для зберігання електричної енергії — ймовірно, найефективніші у світі суперконденсатори.
Зовсім нещодавно компанія отримала під одну із своїх розробок фінансування від програми Кліматичних Інноваційних Ваучерів ЄБРР і активно працює над новими продуктами та розширенням на нові ринки.
Суперконденсатор — це аналог акумулятора. І перший, і другий призначені для накопичення, зберігання та віддавання електроенергії. Однак між ними є відмінність. Суперконденсатор накопичує і віддає енергію за частки секунди, акумулятор — за хвилини і години.
Вперше ці пристрої з'явилися в кінці 1970-х. Але з тих пір стали набагато потужнішими.
Вони використовуються там, де потрібні потужні пікові навантаження. Наприклад, в електрозварюванні, де потрібен струм до декількох тисяч ампер. Або в вітряних електростанціях, щоб дуже швидко змінити кут лопаті — інакше сильний порив вітру може зламати гвинт.
У суперконденсаторів є й інші переваги над акумуляторами. Вони можуть працювати в широкому температурному діапазоні: їм не завадить спека і навіть при -40°C вони заведуть будь-який дизельний двигун. Причому здатні на подібне багато раз.
Суперконденсатори ідеально підходять для ситуацій, де потрібно постійно щось заряджати-розряджати. Наприклад, в гібридних автомобілях в системах "стоп-старт" або при рекуперативному гальмуванні, коли виділяється кінетична енергія, перетворюється на електричну і зберігається для подальшого використання.
А ще ці пристрої безпечні: не перегріваються і не займаються, чим часто грішать літій-іонні акумулятори.
Чим унікальні українські суперконденсатори і чому вони досі не здійснили революцію у світовій енергетиці?
Надлишкова генерація та консерватизм енергетиків
Підприємець виділяє три основні проблеми в сфері генерації та споживання електроенергії, які перешкоджають впровадженню технологій її зберігання.
По-перше, генерація і споживання розділені. АЕС, ТЕС і ГЕС зазвичай розташовані далеко від місць споживання енергії.
По-друге, генерація не збігається в часі із споживанням. Вночі енергії багато генерується і мало споживається. Вдень — багато споживається, а генерується стільки ж. Через це генерацію і мережі проектують потужнішими, ніж необхідно.
По-третє, люди, які працюють у генерації, перебувають під неймовірним пресом відповідальності. Вони добре знають, що буде, якщо відмовить один із сегментів енергомережі. Через це вони дуже консервативні.
Їм набагато зручніше працювати з турбіною, яка обертається з передбачуваною швидкістю, ніж з якимось вітряком, який сьогодні працює, а завтра стоїть.
Скільки часу можна зберігати електроенергію
Через це генерація коштує дешевше, ніж зберігання і транспортування електроенергії. Проте людство винайшло безліч способів її зберігання. Деяким з них вже понад ста років, але за відсутністю альтернативи вони досі актуальні.
Коли мова заходить про накопичувачі електричної енергії, головне питання звучить так: скільки часу ви хочете зберігати електроенергію?
Місяцями. "Для цього найкраще використовувати ГЕС. Коли електроенергія дешева, ви закачуєте воду вгору, а коли потрібно — спускаєте. За вартістю кВт-год це найдешевший спосіб", — говорить Уткін.
Ще замість води використовують повітря або спеціальний газ. Газ під тиском закачують у вироблені вугільні або законсервовані ракетні шахти. У пікові навантаження газ випускають, виробляючи електроенергію.
Тижнями. У цьому випадку стає в пригоді маховик — масивне колесо, що обертається. Його використовується як накопичувач кінетичної енергії. Коли енергія дешева, маховик розкручують, коли дорога — маховик дозволяє перетворити кінетичну енергію в електричну.
Днями. Тут підійде проточна батарея. "У батареї є анод і катод. Ми думаємо, що це щось тверде. Це може бути рідким", — пояснює Уткін.
Проточна батарея складається з двох баків з рідинами. Один — з аналітом, інший — з каталітом. Рідини весь час перекачуються і регенеруються. Перевага таких батарей — у їх масштабованості. Треба збільшити ємність? Достатньо поставити більший бак і налити більше рідини.
Годинами. Для компенсації різниці вартості електроенергії підійдуть традиційні акумулятори, причому не тільки популярні літій-іонні. Ніхто не пропонує відмовлятися і від свинцевих, винайдених у 1859 році.
Протягом секунд і хвилин. У цьому випадку дорога веде до Yunasko. Компанія розробляє і виготовляє суперконденсатори та літієві конденсатори, які об'єднали властивості літій-іонних батарей та суперконденсаторів.
Де можна застосовувати суперконденсатори
Найбільший і найперспективніший ринок — генерація. В енергосистемі частота змінного струму становить 50 Гц. Якщо частота падає до 47 Гц, споживачів відключають від мережі, інакше у ній виникнуть дисбаланси.
Щоб згладити перепади частоти, потрібно застосовувати накопичувачі енергії. Вони повинні почати працювати за 0,02 секунди — або поглинати надлишкову потужність, або віддавати її. Це здатні робити тільки суперконденсатори.
Ще один чималий ринок — автомобільне виробництво, зокрема, системи рекуперації кінетичної енергії під час гальмування автомобіля.
Процес гальмування авто в середньому триває три секунди. Тільки суперконденсатори можуть поглинути більшу частину цієї енергії. Робити це вони можуть сотні тисяч разів без втрати ємності. Отриману енергію можна витрачати, наприклад, на живлення радіо або розгін автомобіля.
Суперконденсатори також використовують як компонент автомобільної старт-стоп системи. Вона призначена для автоматичного вимкнення і запуску двигуна з метою економії пального, зниження рівня шкідливих викидів і рівня шуму завдяки скороченню часу роботи двигуна на холостому ходу.
Крім того, суперконденсатори використовують у військовій сфері, особливо в нових видах зброї, яка вражає ціль спрямованою енергією. Йдеться про електромагнітні і лазерні пристрої, де потрібні потужні енергетичні імпульси.
Скільки грошей на світовому ринку накопичувачів енергії
Сфери застосування суперконденсаторів або занадто вузькі, або тільки зароджуються. Через це грошовий обсяг світового ринку суперконденсаторів у сто разів менший, ніж ринок традиційних акумуляторів.
На ілюстрації нижче Уткін показує, як влаштований світовий ринок накопичувачів. Він розташував технології накопичення енергії залежно від двох головних параметрів: вертикальна вісь — вартість ват за цикл заряду-розряду, горизонтальна — скільки ват можна накопичити за хвилину.
"Сіре коло — це ринок свинцевих батарей. Його обсяг — 55 млрд дол. Ці батареї ми знаємо сто років. За цей час технологія не змінилася. Заливаємо свинець кислотою і поміщаємо все це у пластикову банку", — говорить Уткін.
На тлі зростання ринків мобільної електроніки та електромобілів набирає обертів ринок традиційних літій-іонних батарей, але навіть він удвічі менший, ніж ринок свинцевих акумуляторів, — 23,5 млрд дол. Світовий ринок суперконденсаторів, на якому працює Yunasko, становить лише 0,6 млрд дол.
Як з'явилася Yunasko
Основа компанії — група вчених, яка розробляла накопичувачі електричної енергії в період занепаду Радянського союзу. "Ми почали займатися накопичувачами в кінці 1980-х років. Це був спецпроект Мінелектронпрому СРСР. Головним у проекті було Ленінградське НПО "Позитрон". Це була напівзакрита тематика", — розповідає директор з досліджень і розробок Yunasko Юрій Малетін.
Почала група з розшифрування технології японських суперконденсаторів. Після розвалу Союзу вчені намагалися зробити щось самостійно і поступово дійшли до створення Yunasko. Для цього знадобилися інвестиції — на створення дослідного виробництва, конструкторського бюро та лабораторії.
З Уткіним і Малетіним журналіст ЕП спілкується на другому поверсі будинку Інституту сорбації і проблем ендоекології НАН України. Інститут розташований недалеко від станції метро "Академмістечко" у Києві.
Yunasko орендує в будівлі кілька приміщень. Тут розташовані науково-дослідна лабораторія і конструкторське бюро. Є ще дослідне виробництво у Хмельницькому. Загалом у компанії працює 40 осіб.
Свою назву компанія отримала на початку 2010 року. Після світової фінансової кризи 2008 року підприємство Малетіна шукало інвестиції. Фірма намагалася співпрацювати з російською компанією "Роснано", проте росіяни прописали в контракті настільки драконівські умови, що від цієї ідеї довелося відмовитися.
У 2010 році вченими зайнялася компанія у сфері прямих та венчурних інвестицій Dekarta Capital. Вона створила Yunasko і знайшла гендиректора Вадима Уткіна.
Світове визнання і труднощі з пошуком клієнтів
Уткін називає Yunasko стартапом у сфері "зелених" технологій, а його головною проблемою — створення каналів продажів. "Достукатися до великих клієнтів — ось основна проблема. Технології — не проблема, команда — не проблема. У нас найкраща команда в світі, і це говоримо не ми, а люди, які розробляють накопичувачі на основі суперконденсаторів", — розповідає Уткін.
Щоб почати працювати з великими клієнтами, наприклад, автовиробниками, слід мати дві-три фабрики на різних континентах. Фірма зустрічалася з представниками Volkswagen, Audi, Peugeot, Renault і всі вони висувають однакові вимоги.
Yunasko співпрацює з компанією Boeing, але ця робота відбувається у форматі проекту з дослідження. Мета ж української компанії — підписати з великим світовим гравцем угоду про роботу в рамках програми.
"У чому різниця? Програма — це укладання угоди з Boeing, Airbus або Renault. Вони кажуть: "Ми в тебе купимо 1 млн одиниць продукції у наступному році, 1,2 млн — через рік, 1,4 млн — через чотири роки". Планова економіка. Такі складні інженерні продукти без плану створити неможливо.
Чим хороша програма? Ти знаєш, скільки грошей заробиш. Тоді ти йдеш до інвестора і кажеш: "У наступному році я зароблю стільки-то, і щоб цього домогтися, мені потрібно стільки-то грошей", — пояснює Уткін.
В очікуванні "великого вибуху"
На український ринок в Yunasko не сподіваються. Уткін не вірить, що в країні з ВВП на душу населення 3 100 дол можуть бути затребувані їх технології.
Компанія пропонувала Головному бронетанковому управлінню Міноборони створити систему запуску танка при будь-якому морозі. Зіткнувшись з колосальною бюрократією, фірма відмовилася від цих планів.
Ще був проект з Інститутом електрозварювання імені Патона. Навіть створили прототип: компактний мобільний зварювальний апарат на суперконденсаторах.
"Звичайне точкове зварювання — це 40 кВт. Тут, в інституті, ви не візьмете від мережі 40 кВт. Ви знеструмите все Академмістечко. У нашому прототипі працює накопичувач. Він заряджається струмом 0,5-1 кВт. Стільки бере електрочайник. За допомогою такого апарата можна зварювати", — розповідає Малетін.
Однак ні Yunasko, ні інститут не змогли комерціалізувати продукт.
Компанія також продала ліцензію на виробництво в Китаї частини технології для китайських гібридних автобусів. У боротьбі за цей проект Yunasko обійшла свого головного конкурента — американську компанію Maxwells.
Уряд Китаю виділяє величезні субсидії на електрифікацію транспорту. Там було організоване збирання суперконденсаторів. Однак у 2016 році уряд перерозподілив субсидії на користь виробників літій-іонних батарей. У підсумку проект згорнувся, так і не розпочавшись.
За словами Уткіна, зараз кожен виробник суперконденсаторів намагається закріпитися у якомусь своєму сегменті. "Всі чекають великого вибуху ринку, коли суперконденсатори стануть мейнстрімом, як свого часу мейнстрімом стали літій-іонні батареї", — говорить СЕО Yunasko.
Цей вибух він пов'язує з більш інтенсивним поширенням "зеленої" енергетики і гібридних електромобілів.
Відеоекскурсія об'єктами Yunasko в Києві
Хімічна лабораторія
Конструкторське бюро
Випробувальний центр