В «Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете)» (МАИ) в « Центре сверхпроводниковых электрических машин и устройств» на кафедре 310 ведутся разработки электротехнического оборудования с использованием явления сверхпроводимости, начиная с 1965 года. В 1973 – 1990 гг. с участием МАИ разработаны, созданы и испытаны низкотемпературный сверхпроводниковый (НТСП) униполярный генератор мощностью 0,5 МВт и бортовой синхронный генератор мощностью 0,7 МВт, был выполнен ряд проектов бортовых криогенных энергетических установок мощностью 10 – 30 МВт.

Для развития работ в области прикладной сверхпроводимости в 1993 при кафедре 310 МАИ создан « Центр сверхпроводниковых электрических машин и устройств» . С этого момента в Центре «Сверхпроводниковых электрических машин и устройств» МАИ проводятся работы по созданию принципиально нового класса электрических машин с высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП) с охлаждением жидким азотом. В 1993 – 1997 гг. эти исследования проводились по программе ГКНТ «Актуальные направления в физике конденсированных сред» (направление «Сверхпроводимость»). В период 1995 – 2008 гг. при поддержке Миннауки России и Германии (работы по созданию первых опытных образцов электрических машин на основе объемных ВТСП). В период 2009 – 2013 гг. - в рамках проекта «Сверхпроводниковая индустрия» (в составе проекта Комиссии «Инновационная энергетика» приоритетного направления «Энергоэффективность» (работы по созданию электрических машин на основе ВТСП второго поколения и кинетических накопителей энергии с магнитным ВТСП подвесом).

Д. А. Медведев осматривает макет транспортной системы с ВТСП магнитным подвесом

Ниже приводятся результаты работ « по созданию нового электротехнического оборудования на основе современных ВТСП за период 1993 – 2013 гг.:
– В период 1993 - 1999 гг. созданы первые в мире серии гистерезисных ВТСП двигателей мощностью 100 Вт, 500 Вт, 1 кВт и 4 кВт, работающих в среде жидкого азота. Показано, что эти двигатели превосходят в 3 – 4 раза по массогабаритным параметрам электрические машины традиционного исполнения.
– В 1997 – 2000 гг. в МАИ разработаны, изготовлены и испытаны новые типы реактивных синхронных ВТСП двигателей мощностью 0,5 кВт, 2 кВт, 5 кВт и 10 кВт с композитным ВТСП ферромагнитным ротором, работающих при температурах жидкого азота.
– В 2002 г. в рамках Германо-Российского проекта "HTS Motor < 500 kW" в МАИ совместно с ВНИИ НМ им. Бочвара и ОАО «НИИЭМ» (г. Истра) создан 100 кВт реактивный ВТСП электродвигатель. В рамках той же кооперации в 2002 г. создан бортовой крионасос с ВТСП двигателем (совместно с ОАО «Туполев») для перспективных самолетов типа "Криоплан" на водородном топливе.
– В 2003 г. в МАИ совместно с ФПГ «Новые транспортные технологии» создан первый в России макет магнитного подвеса с использованием объемных ВТСП грузоподъемностью 500 кг для систем высокоскоростного транспорта.
– С 2005 г. в МАИ ведутся разработки ВТСП электродвигателей для приводов крионасосов водородной энергетики и систем криообеспечения силовых ВТСП кабелей. Экспериментально показано, что такие двигатели с постоянными магнитами и объемными ВТСП элементами имеют выходную мощность в 1,5 раза выше, чем традиционные синхронные двигатели при тех же режимах охлаждения в среде жидкого азота.
– В 2007 г. в МАИ совместно с ОАО «НПО Энергомаш имени ак. В.П. Глушко» и ОАО «АКБ Якорь» создан и успешно испытан промышленный образец крионасоса с ВТСП электроприводом для систем криообеспечения силовых ВТСП кабелей.
– В 2008 г. совместно с фирмой “Oswald Elektromotoren GmbH” (ФРГ) создан и успешно испытан высокодинамичный синхронный ВТСП электродвигатель с охлаждением жидким азотом мощностью 500 кВт для специальных промышленных приводов.
– В 2009 г. в МАИ совместно с ОАО «НИИЭМ» (г. Истра) успешно испытан высокодинамичный ВТСП электродвигатель мощностью 150 кВт (в рамках проекта «Машук» Минобороны РФ).
– В 2010 г. в МАИ совместно с ОАО «Русский сверхпроводник» спроектирован, изготовлен и испытан макетный образец кинетического накопителя энергии (КНЭ) на основе ВТСП магнитного подвеса с запасенной энергией 0,5 МДж.

В 2011 – 2015 гг. в рамках программы «Сверхпроводниковая индустрия» МАИ в кооперации с ОАО «НИИЭМ», МГТУ им. Баумана, ИФВЭ, ОАО «ВПО Точмаш» и ГУАП, были проведены следующие работы:
– разработаны технологии намотки ВТСП обмоток возбуждения электрических машин;
– разработаны, изготовлены и испытаны первые в РФ опытные образцы двигателя и генератора на основе ВТСП второго поколения мощностью 50 кВт;
– разработан и изготовлен генератор на основе высокотемпературных сверхпроводников второго поколения мощностью 1 МВА для ветроэнергетических установок;
– разработан и изготовлен электродвигатель для транспорта на основе ВТСП второго поколения мощностью 200 кВт;
– разработан и изготовлен КНЭ с магнитным ВТСП подвесом с запасенной энергией свыше 5 МДж.

Итоги работ « Центра сверхпроводниковых электрических машин и устройств» МАИ по созданию новых типов ВТСП электрических машин, КНЭ и систем магнитного подвеса опубликованы в четырех монографиях, десятках статей и патентах и отражены в 9 кандидатских и 3 докторские диссертациях. Лидирующие позиции разработчиков в области создания новых типов электрических машин на основе современных ВТСП являются общепризнанными как в России, так и за рубежом. Работы по созданию криогенных ВТСП электрических машин отмечены двумя Премиями правительства РФ в области науки и техники за 2002 г. и 2009 г., а также отмечены рядом дипломов и медалей российских и зарубежных конференций и выставок.

По крайней мере еще полстолетия корабли заметно не изменят своего внешнего вида. Но уже сейчас ученые и конструкторы мечтают о совершенно иных, сверхпроводящих кораблях, по сравнению с которыми теперешние, работающие на угле и нефти, с обычными гребными винтами, покажутся совершенно устаревшими.

В основу движения кораблей нового типа - вроде изображенного сверху - будет положено явление сверхпроводимости, когда некоторые металлы при исключительно низких температурах перестают оказывать сопротивление электрическому току. Если по сверхпроводящему веществу однажды пустить электрический ток, то он сможет течь по сверхпроводнику практически бесконечно долго. Поэтому устройства, использующие сверхпроводимость, должны быть чрезвычайно эффективными. В настоящее время перед физиками стоит задача найти такие вещества, которые будут переходить в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре или вблизи нее. Однако еще до того, как подобные вещества будут созданы, в качестве охладителя для сверхпроводящих устройств вполне может найти применение жидкий азот.

На рисунке, показанном выше, дан разрез одного из предложенных сверхпроводящих движителей. В нем сверхпроводящие магниты должны с огромной скоростью выбрасывать воду из сопел, создавая таким образом тягу для движения судна. Устройства подобного типа должны потреблять в работе очень мало электроэнергии.

Наверху нарисован придуманный корабль, скользящий по воде со скоростью более 60 миль в час. Вместо привычного топлива такое быстроходное транспортное средство будет пользоваться для движения экономичными сверхпроводящими электромагнитами. Новый тип судна, которое сейчас разрабатывается, возможно появится и начнет работать в начале 21 века.

Некоторые разработчики полагают, что сверхпроводящие движители со временем заменят обычные устройства для движения морского транспорта. В новом устройстве морская вода поступает в центральную трубу. Внутри нее находится ряд каналов. Внутри каждого располагается по два электрода, между которыми идет электрический ток. Снаружи канала установлена сверхпроводящая катушка, создающая магнитное поле. Взаимодействие между электрическим и магнитным полем внутри катушки приводит к появлению силы, выталкивающей воду из канала.

На рисунке:

1 - заборный патрубок для морской воды

2 - Механизм движителя

3 - Канал для прохода морской воды

4 - Электрод

5 - Катушка из сверхпроводящего материала

6 - Магнитный поток

7 - Выходной патрубок для морской воды

У двойных движителей сборки I электромагнитов могут располагаться под корпусом корабля. В каждом таком устройстве шесть электромагнитов создают магнитное поле. Каждый такой электромагнит состоит из сверхпроводящей катушки и двух электродов.

На рисунке:

1. - Вакуумированная полость

2. - Вакуумная камера

3. - Жидкий гелий

4. - Электрод

5. - Теплоизоляционная прокладка

6. Водный канал.

Это правило на пальцах показывает направление, в котором действует сила, возникающая в такой катушке при взаимодействии электрического и магнитного поля. Левый указательный палец направляем вдоль магнитного поля, средний палец - в направлении электрического тока, и тогда раскрытый большой палец покажет направление, в котором будет действовать сила.

Фонда перспективных исследований / Фото: novomoskov.ru

Фонд перспективных исследований и компания «СуперОкс» провели семинар, посвященный разработке нового электродвигателя на основе высокотемпературных сверхпроводников с высокой удельной мощностью.

В мероприятии приняли участие эксперты и представители ФГБУ «НИЦ «Курчатовский институт», АО «НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова», АО «Высокотехнологический НИИ им. Бочвара», Госкорпорации «Росатом», АО «Русский сверхпроводник», ФГБОУ ВО «Московского авиационный институт», ПАО «Объединенная авиастроительная корпорация», АО «Объединенная судостроительная корпорация», Минобороны России, а также Военно-промышленной комиссии Российской Федерации. В рамках семинара состоялась презентация технологической линии выпуска ВТСП-провода второго поколения, демонстрирующей новейшие российские технологии создания высокотемпературных сверхпроводников.

Создание демонстрационного образца двигателя запланировано на 2018 год. Благодаря новой технологии двигатель будет лишен традиционных недостатков электродвигательных систем, и станет отправной точкой для создания широкого спектра приводного оборудования, работающего на принципах сверхпроводимости. Создание компактного электродвигателя такого типа станет следующим шагом в развитии сверхпроводниковых технологий в России.

Технологическая линия выпуска ВТСП-провода / Фото: fpi.gov.ru

Уникальные свойства сверхпроводников - нулевое сопротивление и сверхвысокая плотность тока – делают их ключевым элементом для реализации прорывных электротехнических решений, открывают новые возможности для электроэнергетики, транспортных систем, медицины, космоса. Двигатели с высокой удельной мощностью и эффективностью востребованы в авиации и судостроении.

Основа технологии - ВТСП-провода, которые, как и другие сверхпроводниковые материалы, не имеют электрического сопротивления. Использование такого провода позволяет достичь очень большой плотности тока при использовании кабелей сравнительно небольшого сечения.

В настоящее время Фонд перспективных исследований проводит открытый конкурс на лучшую инновационную научно-техническую идею или передовое конструкторское, технологическое решение по разработке перспективных электротехнических систем и устройств на принципах высокотемпературной сверхпроводимости, сообщает Фонд перспективных исследований.

Справочная информация

Фонд перспективных исследований — государственный фонд, целью которого является содействие осуществлению научных исследований и разработок в интересах обороны России и безопасности государства, связанных с высокой степенью риска достижения качественно новых результатов в военно-технической, технологической и социально-экономической сферах, в том числе в интересах модернизации Вооруженных Сил Российской Федерации, разработки и создания инновационных технологий и производства высокотехнологичной продукции военного, специального и двойного назначения.

Фото: fbcdn-sphotos-d-a.akamaihd.ne

История создания

История Фонда началась 22 сентября 2010 года, когда на Комиссии при Президенте по модернизации и технологическому развитию экономики России перед Министерством обороны была поставлена задача представить предложения о создании обособленной структуры в области заказа и сопровождения прорывных, высокорискованных исследований и разработок в интересах обороны и безопасности государства, модернизации Вооружённых Сил Российской Федерации, а также создания технологий и продукции двойного назначения, в том числе с учётом зарубежного опыта. В этом же году по инициативе заместителя Министра обороны Дмитрия Чушкина в ОАО «Воентелеком» было создано подразделение по сбору и экспертизе предложений в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации - Научно-исследовательский центр «Бюро оборонных решений».

Инициатива по созданию обособленной организации была вновь инициирована Правительством в конце 2011 года, когда на должность вице-премьера был назначен Дмитрий Рогозин . Инициированная им переработка собранных к тому времени предложений по проекту фонда «Национальная безопасность и развитие» завершилась подготовкой ФЗ «О Фонде перспективных исследований», который был внесен в Государственную Думу (законопроект и сопроводительные документы, обоснования и отзывы на ФЗ).

Фактически Фонд начал деятельность в начале 2013 года, когда были утверждены бюджет, штат и руководство Фонда. Направления исследований Фонда были утверждены позднее - 7 августа 2013 г., когда на заседании Попечительского совета были утверждены первые 8 поддержанных проектов.

Структура

Структуру Фонда составляют три направления:

• Информационных исследований
• Физико-технических исследований
• Химико-биологических и медицинских исследований

Направления

Фонд разрабатывает научно-технические проекты по трем направлениям (мегапроектам): «Солдат будущего», «Оружие будущего», «Кибероружие будущего». Эти проекты нацелены на поиск решений особо значимых научно-технических проблем, которые будут определять облик средств вооружённой борьбы и систем двойного назначения через 20-30 лет. По своему содержанию и горизонту планирования они дополняют мероприятия Государственной программы вооружения, а также федеральных целевых программ в области обороноспособности и безопасности страны.

Фото: Сергей Шиловс / «Редкие земли»

Явление сверхпроводимости открывает уникальные перспективы в области электротехники, энергетики, транспорта. Уже сегодня становится возможным то, что ранее считалось фантастикой: передача энергии почти без потерь на огромные расстояния, бесконтактный высокоскоростной наземный транспорт, генерация сверхвысоких магнитных полей.

Сверхпроводимость обещает принести революционные изменения в самые различные сферы, делая возможным межпланетные космические перелеты с применением электрических ракетных двигателей, открывая новые пути к созданию летательных аппаратов с вертикальным взлетом, помогая создавать аппараты для эффективной диагностики и лечения сложнейших заболеваний и многое другое. Свойство некоторых электропроводящих материалов переходить в состояние сверхпроводимости при сверхнизких температурах было обнаружено достаточно давно, однако практическое применение этого эффекта стало реальным только после открытия в 1986 году высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), отмеченного Нобелевской премией по физике 1987 года. Второе поколение проводов на основе ВТСП позволяет эксплуатировать их при температуре 77 К (температура кипения жидкого азота). О развитии проекта по практическому использованию ВТСП-материалов и планах на будущее мы беседуем с создателем ЗАО «СуперОкс» Андреем Вавиловым и генеральным директором Сергеем Самойленковым .

Вавилов Андрей Петрович
Председатель Совета директоров ЗАО «СуперОкс», доктор экономических наук

Андрей Вавилов: На момент запуска проекта в 2006 году основной целью было разработать технологический подход и наладить производство высокотемпературного сверхпроводникового провода второго поколения. Сегодня полная производственная цепочка, все оборудование локализовано здесь, у нас, в Москве.
В мире есть всего пять производителей такого провода. Мы являемся единственными производителями ВТСП-провода в Европе и поставляем ленту таким знаковым потребителям, как ЦЕРН, MIT, Siemens, Кембриджский университет.
Помимо выпуска ВТСП-провода, мы постоянно работаем над прорывными ВТСП-устройствами, которые не только способствуют развитию отрасли, но и создают рынок потребления ВТСП-провода. Одна из уже завершенных разработок - сверхпроводниковые токоограничивающие устройства (ТОУ). Это крайне важное для существующих электрических сетей устройство во много раз повышает надежность энергосистемы, снижает стоимость реконструкции подстанций, упрощает эксплуатацию энергетических сетей. Принцип действия этих устройств основан на способности материала переходить из состояния с высокой проводимостью в резистивное при воздействии тока выше порогового значения. В 2017 году «СуперОкс» подписала договор на установку первого ВТСП токоограничивающего устройства 220 кВ на территории подстанции «Мнёвники» АО «Объединенная энергетическая компания» в Москве. Эти работы поддержаны Фондом развития про-мышленности. Другое направление - создание сверхпроводникового электрического двигателя для разных применений. Мы получили грант Фонда перспективных исследований на создание электрического двигателя мощностью 500 кВт. В результате этой работы ВТСП-электродвигатели можно будет адаптировать для самых различных применений: авиации, судостроения, ракетной техники. Ключевое преимущество этих двигателей заключается в том, что они при том же размере и весе выдают существенно больше мощности, в разы больше, чем традиционные аналоги. Их коэффициент полезного действия одинаково высокий при разных мощностях. Это предоставляет огромные возможности для оптимизации эффективности работы в пиковых режимах (например, на взлете летательного аппарата), позволяет снизить потребление топлива, улучшить массогабаритные показатели. Airbus и NASA, которые тоже работают в этом направлении, посчитали, что перспективный электрический самолет будет использовать в 4 раза меньше топлива, чем сейчас. И без сверхпроводимости эти электрические системы не обойдутся.

РЗ: Как развивается деятельность компании в этом направлении?

АВ: В конструкции будущего электрического или гибридного самолета будет использоваться ВТСП-кабель, первый прототип которого сейчас создается в «СуперОкс». Разработка электрического самолета предполагает применение распределенной системы тяги, для этого электрические двигатели без использования сверхпроводимости недостаточно эффективны. Улучшение массогабаритных показателей и мощности ВТСП-электродвигателей позволило начать разработки летательных аппаратов вертикального взлета, например конвертопланного типа. Другое, встречающееся все чаще наименование - «аэротакси». Сейчас вся Силиконовая долина бьется над созданием подобных летательных аппаратов, а мы уже работаем над конкретным образцом. Еще один проект - создание электрического ракетного двигателя (ЭРД) с использованием ВТСП-материалов. Электрический ракетный двигатель отличается от химических двигателей, где используется сжигаемое топливо и окислитель, крайне низким потреблением рабочего тела. ЭРД малой мощности давно используются в спутниках для коррекции их положения или орбиты. Мы хотим с использованием наших сверхпроводников сделать такие двигатели на один или два порядка мощнее. Если сейчас эти двигатели можно использовать только для коррекции орбиты, с нашим ВТСП ЭРД можно будет создать космический буксир, который сможет перемещать грузы между орбитами, например с опорной орбиты на геостационарную. Эта технология позволит осуществлять перелеты между Землей и Луной, и дальше, вплоть до дальнего космоса. Транспортировка грузов между орбитами - это будущее, о котором все мечтают, но пока еще никто к нему не смог приблизиться. Новые материалы имеют большие шансы сделать мечту реальностью уже завтра.

РЗ: На какой стадии сейчас находится разработка электрического ракетного двигателя?

АВ: Мы закончили первую стадию проектирования. В ближайшие месяцы запланировано проведение испытаний отдельных компонентов ЭРД с последующей адаптацией для использования в космосе. Надеемся, что через 3–4 года первый аппарат с нашим электрическим ракетным двигателем на основе ВТСП-магнитов полетит в космос.

Самойленков Сергей Владимирович
Генеральный директор ЗАО «СуперОкс», кандидат химических наук

РЗ: В каких еще областях используются высокотемпературные сверхпроводники в целом и продукция вашей компании в частности?

Сергей Самойленков: Несмотря на то что ВТСП были открыты 30 лет назад, удобные для применения материалы в виде проводов появились на рынке всего десять лет назад, одновременно с образованием нашей компании. Их можно использовать везде, где передаются высокие токи или создаются высокие магнитные поля, где есть ограничения в весе или габаритах оборудования, где необходимо снижать потери, и так далее. В первую очередь, ВТСП-провода нашли свое применение в электроэнергетике. Сверхпроводимость является единственным путем к созданию ускорителей частиц и коллайдеров. Все существующие сейчас большие ускорители изготовлены из низкотемпературных сверхпроводников. ВТСП-материалы второго поколения позволят увеличить эффективность существующего оборудования, повысить магнитное поле и проложить дорогу к новым открытиям, к обнаружению новых частиц и физических явлений. Поэтому, в частности, нашей продукцией интересуется ЦЕРН.

РЗ: Расскажите, как вы сотрудничаете с ЦЕРНом?

СС: Мы являемся поставщиками сверхпроводника и уникальных компонентов на основе ВТСП, конкурируя с четырьмя зарубежными компаниями. Мы выигрываем в конкурентном соревновании не за счет низкой цены - она у нас зачастую выше, чем у конкурентов, а за счет высокого качества и уровня кастомизации продукта. Мы поставляем в ЦЕРН специальные кабели, сделанные из многочисленных, компактно сложенных плоских лент. Сейчас из такого кабеля делаются магнитные вставки, которые планируется устанавливать внутри Большого коллайдера, чтобы повысить там магнитное поле. Это в перспективе позволит делать ускорители меньше по размеру. ВТСП-провода - это единственные материалы, способные работать в сверхсильных полях. Рекордные ВТСП-магниты приближаются к пределу 40 Тл. Это фантастические величины для магнитного поля, которые не в импульсном, а в постоянном режиме стали доступны человечеству только сейчас, в течение последних двух лет.

ВТСП токоограничивающее устройство
PLD-оборудование для получения слоя ВТСП методом импульсного лазерного осаждения

РЗ: Как могут ваши электрические ракетные двигатели использоваться в космической технике?

СС: Важное замечание: имеется в виду не первая ступень для выведения на орбиту, не преодоление земного притяжения, здесь все пока стандартно. Мы говорим о двигателях, с помощью которых можно будет придавать объектам значительный импульс для их передвижения в космосе. Одна из самых важных задач сейчас, которая пока не решена и которую поможет решить наш двигатель: как, используя малое количество топлива, то есть килограммы вместо тонн, можно передвигаться в космическом пространстве с приемлемой скоростью. Например, телескоп «Хаббл» сейчас требует ремонта, обслуживания. У человечества был единственный способ до него долететь (а находится он на орбите около 570 км) - космический челнок «Шаттл». После закрытия этой программы никто, ни Роскосмос, ни Китай, ни NASA, ни SpaceX, ни Япония не могут туда долететь. Это невозможно. Мы создаем двигатель, который может позволить создать космический корабль-буксир, способный справиться с такой задачей. Создаваемый ЭРД способен включаться-выключаться большое количество раз, работать более 10 лет и иметь достаточную мощность для того, чтобы перемещать тяжелые спутники весом 5–6 тонн.

АВ: Если рассматривать идеи полетов в дальний космос, то это может стать реальностью благодаря данной технологии. Все фильмы, которые мы смотрим, все фантастические корабли, которые там есть, они все летают на этом принципе и никто не летает на химическом двигателе.

РЗ: Могли бы вы рассказать о каких-то специальных сферах применения сверхпроводящих материалов?

СС: Самое зрелищное - это магнитная левитация, создаваемая эффектом сверхпроводимости, когда сверхпроводник может левитировать, летать над магнитным полотном. У нас в «СуперОкс» даже есть платформа, которая способна поддерживать до двухсот килограммов веса. Левитационный поезд на магнитной подушке, развивающий скорость до 600 км/ч, уже проходит испытания в Японии. Запуск самолетов, истребителей - их можно ускорять с помощью электромагнитной катапульты. Все электрические и магнитные компоненты военной техники могут быть кратно улучшены. Вес силовой кабельной системы на корабле может быть уменьшен в 10 раз! Американцы сейчас активно занимаются этим, изготавливают из ВТСП специальные магнитные петли, опоясывающие боевой корабль во всех направлениях, для того чтобы сделать его невидимым для магнитных систем обнаружения и неуязвимым для магнитных мин. Корабль зачастую размагничивают на стационарных стендах, но когда он движется на значительные расстояния и, например, пересекает экватор, он снова становится легко наблюдаемым и уязвимым. Поэтому важно создать активные системы размагничивания, интегрированные в корабль, которые способны подстраиваться по ходу движения судна.

Одна из шести камер IBAD - установка для изготовления буферных слоев по технологии текстурирования в ассистирующем ионном пучке

РЗ: Зачем нужны сверхвысокие магнитные поля?

СС: Во-первых, они используются в исследовательских и аналитических приборах для изучения веществ, проведения тонкого химического анализа, например методом ядерно-магнитного резонанса. Во-вторых, ускорительная техника, о которой мы говорили выше. Есть еще прикладные задачи, частично оборонного значения, например гиперзвуковое оружие, радиосвязь с возвращаемыми космическими кораблями, с управляемыми ракетами, движущимися в облаке плазмы. Во всех этих случаях чем выше поле, тем лучше качество создаваемого решения, технические характеристики, и нередко эта зависимость нелинейная. Для масштаба: постоянные магниты позволяют создать поле до 1,5 Тл, самые мощные магниты на основе низкотемпературных сверхпроводников, которые используются в ускорителях, коллайдерах и томографах, имеют поле около 20 Тл, а современные ВТСП-технологии позволяют достичь поля до 40 Тл, и это не предел.

РЗ: Какие у вас есть амбиции на ближайшие несколько лет?

АВ: Мы хотим, чтобы с помощью ВТСП-технологий космические буксиры с электрическим ракетным двигателем открыли новую страницу в освоении космического пространства, летательные аппараты вертикального взлета стали новым видом общедоступного и комфортабельного воздушного транспорта во всем мире, а архитектура электроэнергетического комплекса стала простой, современной и надежной. Мы будем стремиться занимать в этом если не главную, то одну из центральных позиций. Дорогу осилит идущий - мы исходим из этого. Компанией «СуперОкс» уже пройден большой путь от разработки уникального продукта до его интеграции в новые прорывные проекты, и мы планируем его продолжить.

ТЕКСТ: «Редкие земли» ФОТО: Сергей Шиловс

Справка
Компания «СуперОкс» была создана в 2006 году Андреем Вавиловым. На сегодняшний день компания является единственным в России и Европе производителем высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) провода второго поколения. Сверхпроводники - уникальные материалы, обладающие нулевым электрическим сопротивлением и способные проводить токи с исключительно высокой плотностью. Устройства с использованием оксидных ВТСП-материалов способны изменить облик электроэнергетики и транспорта, открывают путь к созданию более эффективного оборудования для научных исследований и специальных применений. В основе интеллектуального капитала компании лежит более 350 лет совокупного опыта работы в области технологий получения тонких покрытий из сложных оксидов и изучения свойств новых сверхпроводящих материалов. Сегодня ВТСП-продукция компании поставляется в 15 стран мира. В 2011 году открылось подразделение в Японии ― SuperOx Japan LLC. Эффективная совместная работа двух компаний послужила залогом быстрого успеха проекта.

Полную версию материала о компании «СуперОкс» читайте в ближайшем номере журнала «Редкие земли».

Проект «Инновационная энергетика/Сверхпроводниковая индустрия»

По прогнозу специалистов (WORLD ENERGY OUTLOOK FACTSHEET; IEA) мировое потребление электроэнергии за период 2011-2035 гг. вырастет более чем на 2/3.Потери же электроэнергии в энергосистеме РФ по данным Минэнерго России оцениваются в 13-15%. Проект Госкорпорации «Росатом» «Инновационная энергетика/ Сверхпроводниковая индустрия» направлен на создание инновационной технической базы для повышения энергетической эффективности экономики страны.

Проект был утвержден в рамках Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России по приоритетному направлению «Энергоэффективность» в октябре 2009 г. со сроками реализации 2010-2015 гг.

Для ликвидации отставания отечественных разработок по высокотемпературным сверхпроводникам второго поколения (ВТСП-2) ГК «Росатом» приобрела у немецкой компании Bruker HTS технологию по производству таких сверхпроводников. Была поставлена задача к 2015 г. создать основы инновационной сверхпроводниковой индустрии, разработав ряд прототипных устройств на основе эффекта высокотемпературной сверхпроводимости, заложить основы промышленного производства высокотемпературных сверхпроводников второго поколения.

В работе принимали участие более 20 научных, промышленных и конструкторских организаций, в том числе: ИАЭ, НИИЭФА, ИФВЭ, ФИАН, ИМЕТ, ХФТИ, ИМФ СО РАН, ВЭИ, ВНИИНМ, ВНИИКП, НИИТФА, «Кристалл», УМЗ, ЧМЗ, Кирскабель, Электросила, МИФИ, МАИ, ГУАП, МИСиС и др.

Рис.1 Стадии проекта 2010-2015 гг. [Развитие в ГК «Росатом» сверхпроводящих технологий на базе ВТСП-2, Панцырный В. И., Авдиенко А.А. ОАО «Русский сверхпроводник», V Всероссийская НПК «Принципы и механизмы формирования национальной инновационной системы», Дубна 2014 г.]

В рамках проекта «Сверхпроводниковая индустрия» были поставлены задачи:

Разработать отечественные технологии производства высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) методом импульсной лазерной абляции,

Разработать прототипные сверхпроводниковые устройства энергетического назначения на основе ВТСП:

Сверхпроводниковые ограничители токов короткого замыкания резистивного и индуктивного типов для сетей постоянного и переменного тока мощностью в интервале от 5 до 35 МВт;

Двигатель мощностью 200 кВт,

Генератор мощностью 1 МВт,

Трансформатор мощностью 1000 кВА,

Индуктивный накопитель энергии энергоемкостью 1 МДж,

Кинетический накопитель энергии энергоемкостью более 5 МДж,

Токовводы в криогенные системы с токонесущей способностью 15 кА.

В перспективе рассматривается создание производств электротехнического оборудования на основе высокотемпературных сверхпроводников. Ключевыми направлениями с точки зрения коммерческой энергетики является применение сверхпроводников для создания кабелей и силовой электротехники и устройств хранения электроэнергии (индуктивные и кинетические накопители).

За счет сверхмалых потерь энергии и больших токов сверхпроводниковые кабели выводят на новый уровень энергоэффективность сетевого хозяйства. Возникают принципиально новые условия для размещения объектов генерации и экспорта электроэнергии. Электротехническое оборудование и силовые установки на основе эффекта сверхпроводимости повышают показатели эффективности на железнодорожном и морском транспорте, в энергетике, нефтегазовой отрасли, обрабатывающей промышленности и др. Системные применения сверхпроводимости охватывают сверхпроводящие магнитные устройства; криогенные хранилища; космические платформы; кинетические накопители энергии. Поезда, использующие эффект магнитной левитации (MagLev), могут развивать скорость до 1000 км/ч. Ещё одним применением сверхпроводимости может стать сверхпроводниковый квантовый компьютер.

По мнению главы ОАО «Русский сверхпроводник» В.И.Панцырного, использование сверхпроводников позволит России существенно экономить за счет сокращения потерь электроэнергии.

История вопроса

Технологией создания сверхпроводниковых материалов атомщики занимаются давно. Начиная с 1970-х гг., технические сверхпроводники начали разрабатывать Курчатовский институт и Институт им. А.А. Бочвара. С 1960-х гг. проблемами технической сверхпроводимости занимается НИИЭФА им. Д. В. Ефремова, основным направлением которого было создание магнитных систем термоядерных реакторов. Разработанные во ВНИИНМе им. А. А. Бочвара технологии композиционных сверхпроводниковых материалов были внедрены в промышленное производство. Низкотемпературные сверхпроводники (НТСП) на основе сверхпроводящего сплава NbTi и интерметаллида Nb 3 Sn, работающие при температуре жидкого гелия 4,2 К (-268,9°С), использовались для создания в СССР первых в мире крупных токамаков (тороидальных камер с магнитными катушками) Т-7 и Т-15 со сверхпроводящими магнитными системами.

40-летний опыт работ в области композиционных НТСП позволил России принять участие в международном проекте по созданию термоядерного реактора ИТЭР. Наряду с ведущими компаниями Европы, США и Японии, Россия вошла в число производителей сверхпроводников. Для обеспечения поставок сверхпроводящих материалов для магнитной системы ИТЭР на базе Чепецкого механического завода (ЧМЗ) было организовано промышленное производство НТСП мощностью 60 т/годсверхпроводящих материалов. С момента запуска производства в 2009 г. для ИТЭР было выпущено ~99 т сверхпроводящих материалов на основе Nb 3 Sn и ~125 т - на основе Nb-Ti.

Другим ключевым потребителем низкотемпературных сверхпроводников является производство медицинских магнитно-резонансных томографов.

В 1990-х гг. начался новый этап в развитии сверхпроводимости. Ученые А.Мюллер и Й.Беднорц из исследовательской лаборатории IBM в Швейцарии в 1985-1986 гг. синтезировали металлооксидную керамику - соединение лантана, бария, меди и кислорода (La—Ва—Cu—О) , которое проявляло сверхпроводимость при температуре 35 К. Мир охватила лихорадка поиска новых сверхпроводников. Критическая температура от 45 К для соединения La—Sr—Cu—О поднялась до 52 К для La—Ва—Cu—О (под давлением). В феврале 1987 г. американец Пол Чу синтезировал соединение YBa 2 Cu 3 O 7, критическая температура которого достигла 93К, перевалив через «азотный рубеж». Открытие высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) отодвинуло температурную границу сверхпроводимости до температуры кипения жидкого азота (77 К), гораздо более дешевой криогенной жидкости, которая к тому же обладает высокими диэлектрическими свойствами, сопоставимыми с трансформаторным маслом. По состоянию на 1 января 2006 г. рекорд принадлежал керамическому соединению Hg—Ba—Ca—Cu—O(F), критическая температура для которого равна 138 К. При давлении 400 кбар то же соединение является сверхпроводником при температурах до 166 К. Й. Беднорцу и К.Мюллеру в 1987 г. была присуждена Нобелевская премия по физике за открытие высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП).

Как коммерческий продукт ВТСП-лента появилась на мировом рынке в конце 2000-х гг. Были созданы образцы ВТСП проводов и кабелей; на основе сверхпроводящей керамики были изготовлены ВТСП двигатели, генераторы, ограничители тока, информационные системы, антенные решетки, сверхпроводящие подшипники и другие изделия. В 2004 г. были созданы сверхпроводниковые прототипы всех электрических устройств.

Ограничители тока резистивного типа на основе лент ВТСП-2 производства американской фирмы «SuperPower» были подключены к сети компании «Silicon Valley Power» в Калифорниив 2013 г. Другой ограничитель тока был подключен к сети компании «Central Hudson» в штате Нью-Йорк в июне 2014 г. Первый в мире промышленный сверхпроводящий кабель длиной 1 км, соединивший две городские подстанции, был запущен в немецком Эссене в сентябре 2014 г. Трехфазный концентрический кабель на 10000 В проекта «AmpaCity» был рассчитан на передачу 40 МВт мощности.

Задачи проекта «Сверхпроводниковая индустрия»

Головной компанией для реализации проекта была утверждена ГК «Росатом», координация работ поручена АО «Русский сверхпроводник», научное руководство - НИЦ «Курчатовский институт».

Под №1 в этой программе стояла «разработка технологий и создание опытного производства длинномерных ленточных высокотемпературных сверхпроводников второго поколения (ВТСП-2) и объемных керамик для производства ВТСП». В качестве головных исполнителей выступили АО «НИИЭФА» и АО «НИИТФА», разработчиками технологий полуфабрикатов ВТСП-2 - АО «ВНИИНМ», АО «ГИРЕДМЕТ».

В промышленности производятся два типа материалов на основе высокотемпературной сверхпроводимости - ВТСП материалы 1 и 2 поколения. ВТСП 1 поколения представляют собой ленты, состоящие из нитей сверхпроводника на основе оксида висмута, имплантированных в серебряную матрицу. Их недостатки — наличие больших теплопритоков и механическая хрупкость, а также высокая стоимость из-за серебряной матрицы.

ВТСП ленты 2 поколения имеют слоистую структуру. На основу - металлическую ленту последовательно наносятся буферный слой для защиты поверхности металла, слой ВТСП и защитный слой. ВТСП ленты 2 поколения по сравнению с ВТСП-1 лентами имеют ряд преимуществ:

Меньшую стоимость (более дешевые материалы);

Большую плотность критического тока и меньшие потери на переменном токе;

Большую механическую прочность;

Возможность работы в сильных магнитных полях.

На базе опытно-экспериментальной установки по производству ВТСП-2 лент, приобретенной у немецкой компании «Брукер Эйч Ти Эс», в НИЦ «Курчатовский институт» была смонтирована экспериментальная линия по производству ВТСП-2 ленты шириной 4 мм и длиной 100 м (рис.2).

Опытное производство высокотемпературных сверхпроводящих материалов «Росатома» было организовано на трех площадках:

Во ОАО «ВНИИНМ» производят ленту-подложку, на которую в «НИИТФА» наносят ориентированный слой. Там же во ВНИИНМе разработана технология изготовления всех типов мишеней для нанесения буферных и сверхпроводящих слоев;

В АО «НИИТФА» функционирует участок опытного производства лент-подложек длиной до 1000 м с ориентированным буферным покрытием на основе ионного напыления с ориентированием;

В ОАО «НИИЭФА» - участок опытного производства ВТСП-2 лент длиной до 1000 м (рис.3), где лазерным напылением на ленту наносят остальные слои, включая слой сверхпроводящей оксидной керамики.

Опытное производство длинномерных ВТСП-2 в НИИЭФА и НИИТФА запущено в 2015 г. Данная стратегия позволила создать в России мирового уровня научный центр по материаловедению высокотемпературных сверхпроводников, разработать и изготовить уникальное оборудование промышленного масштаба для производства ВТСП-2 ленточных проводников. Были отработаны отечественные технологии и созданы опытные участки для производства необходимых исходных материалов. В АО «Русский сверхпроводник» запущено опытное производство объемных ВТСП.

Рис.2 Линия для изготовления ВТСП-2 длиной до 100 м

Промышленное производство ВТСП-2 планируется создать на базе ЧМЗ. Чепецкий механический завод обладает высоким технологическим потенциалом для реализации наукоемких проектов в различных сферах применения, в том числе высокотемпературной сверхпроводимости, поэтому в 2012 г. ОАО «ТВЭЛ» и ОАО «ЧМЗ» был поручен сбор исходных данных и выполнение предварительной технико-экономической оценки создания нового промышленного производства ВТСП-2.

Для успешной коммерциализации ВТСП-технологий должны быть разработаны различные электротехнические устройства (двигатели и генераторы, токоограничители, накопители энергии и т.д.), в которых будут заинтересованы потребители, так как в перспективе их применение позволит снизить стоимость киловатт-часа для потребителя.

По сравнению с медным проводом такого же размера ВТСП кабель может

передавать в 5 раз больше энергии, несмотря на наличие системы охлаждения.

Дополнительные затраты на сверхпроводниковые устройства компенсирует их повышенная энергоэффективность. Чтобы передать 300 МВт мощности на

распределительном напряжении 10-20 кВ, нужно 36 обычных кабелей, которые укладываются в кабельный канал шириной до 8 м. Эту же мощность можно передать одним ВТСП-кабелем, диаметр которого 11 см с учетом системы охлаждения.

На примере использования ВТСП-кабеля в сетевом хозяйстве Москвы «Русский сверхпроводник» показал, что эти решения дешевле на 20% по сравнению с традиционными технологиями. Научно-технический центр Федеральной сетевой компании (НТЦ ФСК) разработал новый формат линии электропередачи, предназначенной для Москвы, Санкт-Петербурга и других крупнейших городов России - кабельную ЛЭП постоянного тока на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП-КЛПТ). ВТСП-КЛПТ применяются в случаях, когда необходимо распределение больших потоков электроэнергии на низком напряжении (10 кВ или 20 кВ) непосредственно с шин генераторного напряжения ТЭЦ или шин питающих подстанций. При этом в схеме отсутствуют необходимые для передачи значительной мощности повышающие и понижающие трансформаторы (например, 20/110 кВ и 110/20 кВ) и исключается или замещается строительство занимающих городское пространство воздушных линий электропередачи. ВТСП-кабели позволяют в разы снизить потери в силовых электросетях, сверхпроводниковые ограничители тока — существенно повысить надежность электроснабжения.

Рис.3 Оборудование опытного производства ВТСП-2 длиной до 1000 м на основе лазерного напыления (НИИЭФА)

Другим перспективным для использования сверхпроводников сектором является транспорт. В 2014 г. «Росатом» подписал с «Российскими железными дорогами» соглашение о научно-техническом сотрудничестве, предполагающем создание ВТСП-устройств:

Электроустановок для локомотивов,

Ограничителей тока для тяговых подстанций,

Использование эффекта магнитной левитации для сверхскоростных поездов.

В городском транспорте рассматривается использование сверхпроводниковых двигателей и накопителей энергии на электробусах.

Ведутся работы по применению ВТСП в судостроении для систем электродвижения и в авиации при создании полностью электрических самолетов.

Для инновационной энергетики на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) перспективным является создание сверхпроводниковых генераторов для ветроустановок (ВЭУ) большой мощности, позволяющее в разы сократить вес и габариты установок по сравнению с традиционными генераторами. Оптимальным вариантом является создание автономных комплексов - ВЭУ со сверхпроводниковыми генератором и накопителем энергии.

По оценкам В.И.Панцырного, директора по развитию «Русского сверхпроводника», объем рынка ВТСП с $1,8 млрд долл. в 2015 г. вырастет до $5,8 млрд к 2022 г. А к 2040 г. суммарный объем спроса на ВТСП-технологии составит 6-17 млрд долл.

Преимущества сверхпроводниковых электрических машин

Общими для всех типов преимуществами сверхпроводниковых электрических машин являются следующие:

Пониженные потери и повышенный КПД (до 0.5-1.0%),

Улучшенные массогабаритные характеристики (в 2-3 раза),

Уменьшенные величины реактивных сопротивлений,

Уменьшенные энергозатраты в процессе производства (до 30%),

Замедленный процесс старения электрической изоляции,

Экологическая безопасность.

Электротехнические устройства на основе ВТСП

Опытный образец ограничителя тока короткого замыкания (СОТ) для сетей 3,5/10/35 кВ был разработан в «НИИТФА» - СОТ на основе ВТСП-2 резистивного типа на постоянное напряжение 3,5 кВ, номинальный ток 2 кА. Опытное производство НИИ технической физики и автоматизации способно выпускать 10-15 СОТ в год. Модифицированный по результатам испытаний опытного образца СОТ будет использоваться в системе тягового электроснабжения железных дорог.

Внедрение альтернативных источников энергии потребует специальных решений для включения их в существующие энергетические сети, в том числе должен быть решен вопрос накопления энергии. Сверхпроводниковые накопители энергии используются также при создании источников бесперебойного питания и в качестве элементов энергосистем транспортного исполнения. Разработкой кинетического накопителя энергии (КНЭ) со сверхпроводниковым магнитным подвесом занимался Московский авиационный институт. Опытный образец КНЭ энергоемкостью 5 МДж с ВТСП магнитным подвесом был испытан в декабре 2015 г. на испытательном стенде АО «НИИЭМ» (г. Истра).

МАИ разработал также сверхпроводниковый электродвигатель для транспортных систем. Сокращение массогабаритных параметров электротехнических устройств за счет применения ВТСП-материалов является весьма важным преимуществом при их использовании на транспорте (авиационном, морском, железнодорожном, автомобильном). На рис.4 показан опытный образец синхронного ВТСП электродвигателя мощностью 200 кВт с ВТСП-2 обмотками возбуждения на роторе и вращающимся криостатом. Рабочая температура ВТСП-2 магнитной системы - 77К.

Рис.4 ВТСП электродвигатель мощностью 200 кВт (МАИ)

Развитие ветроэнергетики набирает обороты во всем мире, в том числе и в России.По итогам конкурса на строительство объектов, работающих на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), "ВетроОГК" (входит в ГК "Росатом") получила право на строительство 15 ветропарков общей установленной мощностью 360 МВт. Объекты ветрогенерации планируется построить в Краснодарском крае и Адыгее, два объекта - в Курганской области. Ветроэнегетика также будет востребована для хозяйствующих объектов Арктического побережья. Подразделение компании “Электросфера”, “Ветропарк Инжиниринг” собиралась построить на территории петербургской дамбы ветроэлектростанцию, состоящую из 30 ветряков. Общая мощность ветровой электростанции должна была составить 100 МВт. Пока ВЭС остается в стадии проекта.

Коллектив специалистов МАИ под руководством К.Л.Ковалева (в кооперации с сотрудниками НИИЭМ, АКБ «Якорь», ГУАП, НИФ «Криомагнит») создал компактный ВТСП синхронный генератор для ветроэнергетических установок мощностью 1 МВА с ВТСП-2 обмотками возбуждения на роторе и вращающимся криостатом. Рабочая температура ВТСП-2 системы - 77К.

Снижение потерь энергии на каждый генератор мощностью 6 МВт составит 170 кВт. При работе 6000 час/год экономия составит 3 млн. руб/год на каждый генератор. Массогабаритные размеры сверхпроводящих генераторов при равной мощности в 3-4 раза меньше традиционных.

В Петербургском «НИИЭФА им. Д.В.Ефремова» был создан индуктивный накопитель энергии (СПИН) с ВТСП-2 магнитной системой энергоемкостью 1 МДж и мощностью 1 МВА (рис.5).

Сверхпроводящие накопители индуктивного типа запасают энергию в виде магнитного поля в соленоидальных или тороидальных магнитных системах. И позволяют быстро вывести запасенную энергию, что важно для специальных импульсных систем.

Разработкой СПИН в качестве импульсных источников питания для устройств мощностью 10 11 -10 12 Вт при токах 1-6 MA с продолжительностью импульса 1-100 мсек в НИИЭФА занимались с 1970-х гг. Современные технологии сделали возможным создание соленоидов с запасенной энергией 12-17 MДж. Возможно производство источников тока с запасенной энергией до 30 МДж и мощностью 1-5 MВт для использования в локальных сетях.

Рис.5 ВТСП СПИН 1 МДж

Интересным направлением в сверхпроводниковой технике является использование эффекта левитации для высокоскоростного транспорта. Этим занимается Китай, Япония. После сильного землетрясения, при котором очень сильно пострадал монорельс на опытном кольце в Осаке, японцы отдали предпочтение транспорту на ВТСП-подвесе. Сам поезд с ВТСП-подвесом - это электрическая машина, и поездной путь - это фактически обмотка статора. То, что было повреждено на опытном кольце в Японии после землетрясения, быстро выровняли.

На выставочной экспозиции международного форума «АТОМЭКСПО 2017» (Москва, июнь 2017 г.), среди инновационных продуктов и технологий атомной отрасли посетителям был представлен действующий макет систем магнитной левитации с пониженным электропотреблением, работающий на принципе сверхпроводимости, также созданный специалистами АО «НИИЭФА».

В рамках проекта «Сверхпроводниковая индустрия» Энергетическим институтом им. Г.М.Кржижановского (АО «ЭНИН») был разработан опытный образец сверхпроводникового трансформатора.

Отсутствие старения изоляции; возможность кратковременной двукратной перегрузки; возможность получения меньшего значения напряжения короткого замыкания; меньший вес и размеры по сравнению с обычными трансформаторами - являются очевидными преимуществами силовых трансформаторов на базе ВТСП материалов. Нагрузочные потери в ВТСП трансформаторах при номинальном токе ниже на 80-90%, общая масса меньше ~ в 2 раза, габариты в 2-3 раза, что позволяет устанавливать такие трансформаторы в энергосистемах транспортного назначения.

Был создан опытный образец трехфазного ВТСП трансформатора мощностью 1 МВА, класса напряжения 10/0,4 кВ с ВТСП-2 обмотками и магнитопроводом из аморфной стали. Рабочая температура ВТСП-2 обмоток - 77К.

Наибольший интерес ВТСП-трансформаторы представляют для стран с системой транспортировки по железным дорогам с туннелями, то есть ограничением по габаритам (Корея, Япония, Швейцария).

Одним из перспективных направлений развития атомной энергетики являются термоядерные реакторы с магнитным удержанием плазмы, в магнитной системе которых используются как низкотемпературные, так и высокотемпературные сверхпроводники. В качестве токовводов, рассчитанных на пропускание токов в десятки кА, используются токовводы на основе ВТСП материалов.

ВТСП-токовводы к НТСП-системам были разработаны коллективом Курчатовского НБИКС под руководством В.Е.Кейлина (26.02.1933 - 24.11.2014). В последние годы В.Е.Кейлин принимал активное участие в работах по созданию устройств ВТСП-индустрии: мощных высокотемпературных токовводов, сверхпроводниковых линий электропередач, токовводов для коллайдера NICA в Дубне. Его работы по криостатам для сверхпроводящих магнитов и сильноточным токовводам получили широкое признание и до сих пор считаются классическими.

Были созданы нескольких типов ВТСП токовводов:

Для ускорительной техники,

Для устройств термоядерного синтеза,

Электроэнергетического назначения (соединительные муфты ВТСП кабеля),

Сильноточные гибкие ВТСП-2 токоподводы.

Коллективом специалистов СПбГУАП под руководством Л.И.Чубраевой был создан компактный проект комплекса ВТСП оборудования для плавучей АЭС, который одобрило руководство «Росатома». При разработке проекта было учтено и место размещения ПАТЭС. Металлургический комбинат и больница, находящиеся рядом с местом дислокации ПАТЭС, могли бы получать кислород, образующийся в процессе получения жидкого азота для работы ВТСП оборудования ПАТЭС. Работа над проектом показала, что для эффективной сверхпроводниковой техники важно создание не единичных изделий, а ВТСП комплексов, в которых слабые места отдельных устройств будут перекрываться суммарным эффектом всей системы, которая может иметь замкнутый контур охлаждения. Комплексное решение позволяет сокращать не только габариты всей системы, но и экономить расходы на её содержание.

Рис.6 Комплекс ВТСП оборудования для плавучей АЭС.

В НТЦФедеральной сетевой компании Единой энергетической системы» («ФСК ЕЭС») в декабре 2014 г. был введен в эксплуатацию криогенный испытательный комплекс для сверхпроводниковых устройств. Фрагментированная стендовая криогенная база в России сдерживает развитие сверхпроводниковой индустрии. Модернизация одной из ключевых в стране криогенных исследовательских установок позволит решить часть этих проблем.

В ноябре 2015 г. на заседании Научного совета Отделения механики, энергетики, машиностроения и процессов управления (ЭММПУ) РАН по прикладной сверхпроводимости в энергетике были представлены результаты выполнения Проекта «Сверхпроводниковая индустрия».

В конце 2015 г. разработка программ перспективных работ по созданию и совершенствованию производства ВТСП-2, а также по электроэнергетическим применениям ВТСП оборудования продолжилась.

Проект «Сверхпроводниковая индустрия» на 2016-2020 гг. (ВТСП системы различного назначения) предполагал создание СП систем в объектах генерирования и передачи электроэнергии (ГЭС, АЭС, ТЯС, ветровые) - построение электрогенерирующего комплекса электростанций с применением ВТСП в единой системе: Криосистема - Генератор - Кабель - Трансформатор - СОТ - СПИН (накопитель) - ЛЭП.

Применение ВТСП в космическом, морском, авиационном, автомобильном, железнодорожном, в том числе, МАГЛЕВ транспорте, в медицине (томографы, циклотроны), в науке (ускорители) и др.

На сегодняшний день сформирована инфраструктура технической сверхпроводимости, объединяющая научные центры, вузы, промышленные предприятия. Для формирования рынка сверхпроводниковой продукции в России необходима государственная поддержка путем участия в финансировании работ по созданию кластеров сверхпроводниковой индустрии СП энергетических устройств, изготовленных из отечественных сверхпроводников.

В настоящее время продолжается формирование следующего этапа программы проекта «Сверхпроводниковая индустрия». По мнению экспертов, для достижения необходимых параметров ВТСП не стоит отказываться от низкотемпературной сверхпроводимости. Исследования в этом направлении должны продолжаться. Требуется также скачок в поиске новых сверхпроводящих материалов. Замечательный сверхпроводник второго рода диборид магния имеет критическую температуру 39 К, то есть нуждается в охлаждении неоном.

Сложные системы охлаждения, необходимые для устойчивой работы сверхпроводниковых устройств гелиевого уровня тормозили широкое применение явления сверхпроводимости. Им на смену на этапе ВТСП пришли компактные и надежные криоохладители различных типов. Создание новых материалов, способных сохранять сверхпроводящее состояние без охлаждения, будет иметь революционное значение для технологий будущего. Применение таких материалов кардинально повысит эффективность энергораспределительных сетей и сделает энергетику значительно экономичней.

Участники проекта «Сверхпроводниковая индустрия» представили доклады о своей работе на Национальной конференции по прикладной сверхпроводимости (НКПС-2015) в НИЦ «Курчатовский институт», на Международной научной конференции «АтомТех-2015. Электрофизика», на ПМЭФ 2015-2017 гг., Международном форуме «АТОМЭКСПО 2017».

На конференции «АтомТех-2015. Электрофизика» представители АО «Русский сверхпроводник» выступили с докладами о результатах работ в области технологий и применений ВТСП-2 для энергетики и транспорта, проведенных в рамках Проекта. О перспективах применения сверхпроводящих материалов и технологий на базе ВТСП-2 директор по развитию ОАО «Русский сверхпроводник» В.И.Панцырный докладывал на Международном форуме «Атомная энергия для устойчивого развития» в Петербурге и Всероссийской научно-практической конференции «Принципы и механизмы формирования национальной инновационной системы» в Дубне в 2014 г. Обсуждению вопросов развития прикладной сверхпроводимости был посвящен целый ряд заседаний Дома ученых им. Горького в Санкт-Петербурге.

Материал по выступлениям на вышеперечисленных конференциях подготовлен Т.А.Девятовой