3. проблемы и необходимость ее решения программными методами

За XX век потребление энергии в мире выросло более чем в 15 раз (1900 год — 21 эко Дж, 2000 год — 320 эко Дж) и будет расти дальше. Первичные природные источники экоДж = 27•10 6 м 3 нефти энергии по большей части невозобновляемы, использование традиционных источников существенно загрязняет окружающую среду (выброс углекислого газа до 20•10 12 м 3 в год). современное общество стоит перед дилеммой — без энергии невозможно существовать, но сохранение темпов роста и методов производства энергии приведет к разрушению окружающей среды. Наиболее обоснованным выходом из данной ситуации является использование водорода как основного энергоносителя и топливных элементов как генераторов электроэнергии с резким сокращением потребления ископаемых топлив.

Водородная энергетика является одним из основных направлений развития устойчивых экологически чистых открытых энергетических систем в мире, так как водород в чистом виде, и в сочетании с некоторыми другими видами топлив наиболее эффективно преобразуется в энергию.

Водород анализируется как энергоноситель, который вполне может заменить существующие природные энергоносители (нефть, природный газ, уголь). базовой предпосылкой этого являются практически неограниченные запасы водорода в природе. Кроме того, при сгорании водорода образуются пары воды и поддерживается аналогичный природному кругооборот, что создает условия для поддержания окружающей природной среды в сбалансированном состоянии. В этом заключаются уникальные, не имеющие альтернативы свойства водорода.

Водород как энергоноситель имеет ряд других положительных качеств:

• нетоксичен, а продуктами его сгорания с кислородом являются пары воды;

имеет по сравнению с другими видами топлив наиболее высокую теплоту сгорания на единицу массы (120 МДж/кг);

• его можно транспортировать и хранить как природный газ (по трубопроводам, в емкостях или в сжиженном виде);

• с его помощью можно аккумулировать излишки электроэнергии, вырабатываемой электростанциями, в том числе атомными и гидростанциями (например, в ночные часы и выходные дни), и энергию возобновляемых источников (ветра, воды, солнца и др.); водород и получаемые на его основе виды топлива (например, метанол) можно применять в двигателях и энергоустановках различного назначения. Основными эксплуатационными недостатками являются низкая плотность жидкого водорода (70 кг/м3) и низкая температура кипения (20 К).

Переход на водородную энергетику не только даст дополнительный широкодоступный ист. энергии, но и позволит решить как чисто экономические проблемы — на определенном уровне развития технологии водород станет самым дешевым источником энергии, так и экологические — этот вид энергии не только не загрязняет окружающую среду, но и в некоторых случаях (получ. водорода разложением воды) формирует аналогичный природному кругооборот.

Наша страна до середины 90=х годов занимала передовые позиции в НИОКР в сфере водородной энергетики. В России был осуществлен первый в мире полет самолета-лаборатории ТУ-155 на водороде, созданы один из первых экспериментальных автомобилей с топливными элементами, космический криогенный водородный комплекс, первые опытно-промышленные плазмо-химические установки получения водорода, опытные авто на бензоводородных смесях, экспериментальные водородокислородные парогенераторы, проведены разработки разнообразных металлогидридных устройств и созданы эффективные сплавы — аккумуляторы водорода, электролизеры с твердополимерным электролитом и многие другие разработки, выполнявшиеся с середины 70-х до середины 90-х годов.

Одним из наиболее перспективных направлений в этой области науки и технологий, в рамках которого в Российской Федерации есть вероятность совершить инновационный технологический прорыв, является разработка и коммерциализация портативных топливных элементов и реакторов производства водорода к ним. принцип. возможность и необходимость сосредоточения внимания на портативных топливных элементах обусловлена тем, что, повидимому, время начала их массовой коммерциализации в качестве эффективных источников питания переносных электронных приборов исчисляется несколькими годами.

В настоящее время в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002—2006 гг.» проводятся НИОКР по созданию эффективных технологий производства и использованию водорода в различных отраслях экономики и по разработке энергетических установок на базе топливных элементов для экологически чистого транспорта и производства электроэнергии. но государственное финансирование отечественных работ в области водородной энергетики несопоставимо с финансированием этих работ в авангардных странах. Вместе с тем межотраслевой и междисциплинарный характер проблемы требует комплексного подхода к ее решению и развитию разработок по более широкому кругу задач, чем это предусматривается федеральными целевыми программами. В условиях нарастания темпов проведения и реализации зарубежных НИОКР и реальных перспектив ужесточения национальных и международных правовых норм в области протекции окружающей среды опоздание с развитием работ в области водородной энергетики и технологии может в ближайшей перспективе привести к существенным экологическим и экономическим потерям для страны. Требуется объединение и скоординированное решение научных, инновационных и организационно-управленческих задач, согласование федерального, регионального и международного аспектов реализации Программы, правительственный уровень координации выполнения Программы и создание управляющей компании.

В России из-за отсталости энергохозяйства показатель эластичности спроса на энергию по ВВП превышает 1,5, иными словами, втрое хуже, чем в развитых странах. Учитывая это фактически катастрофическое отставание, руководство страны поставило задачу обеспечить не менее 50% прироста ВВП за счет повышения эфф. использования энергоресурсов.

В этой связи представляется необходимым разработать долгосрочную национальную научно-инновационную водородную программу, в рамках которой можно было бы аккумулировать как фундаментальные и прикладные научные исследования, так и их коммерциализацию на национальном и международном уровне, создать условия для перехода страны к водородной энергетике на принципах прозрачности, всеохватности и обязательности.

3. Основные области исследований и инноваций, структура Программы

Главные направления исследований и инноваций для реализации Программы:

• экологически чистое производство — развитие и технико-экономическое и социальное обеспечение эффективных путей производства водорода и водородных топливных элементов в рамках существующих и новых циклов;

• базовые материалы — материалы для электролизеров и топливных циклоров, для хранения, разделения и очистки водорода, в том числе с использованием нанотехнологий;

• хранение и транспортировка — исследование инновационных методов хранения, включая гибридные системы, которые могут привести к технологическому прорыву, и транспортировки и распределения водородного топлива;

• безопасность — разработка и обеспечение стандартов качества безопасности производства, транспортировки и хранения водорода;

• инновационное освоение водородной энергетики — поддержка и консолидация инициатив в сфере водородной энергетики для изменения базовых характеристик экономической системы;

• инновации в области экономики и управления — формирование инновационного партнерства государства, науки и бизнеса, создание управляющей компании, международного стратегического технологического альянса.

Это предопределяет структуру Программы:

Фундаментальные научные исследования и разработки.

Прикладные НИР, ОКР и инновации по направлениям:

• производство, транспортировка и хранение водорода;

• топливные элементы;

• водородный транспорт;

• промышленное и бытовое применение;

• формирование инфраструктуры;

• материалы и оборудование для водородной энергетики;

• безопасность и стандарты.

Организационно-экономические и нормативно-правовые инновации:

• освоение рыночных ниш;

• создание управляющей компании;

• финансирование и страхование проектов;

• координация и управление;

• создание целевых оргструктур;

• нормативноправовое обеспечение;

• кадровое обеспечение.

Структура Программы включает три взаимосвязанных, взаимоперекрещивающихся контура: исследовательский (фундаментальные и прикладные исследования, опытно-конструкторские работы, демонстрационные образцы); инновационный (базисные и улучшающие инновации, обеспечивающие освоение результатов НИОКР и изобретений, производство, транспортировка и использование водородного топлива и топливных элементов, освоение рыночных ниш); организационно-управленческий, обеспечивающий согласованное функционирование Программы и ее составных элементов (подпрограмм, проектов), координацию деятельности участников Программы.

3. Основные цели и задачи Программы

Цель Программы — стимулирование и эффективная координация фундаментальных и прикладных исследований и инновационных проектов на их базе, создание технологических и организационно-экономических условий для перехода России к водородной энергетике, снижение энергоемкости и ускорение темпов роста ВВП, обеспечение экономической безопасности и решение социальных задач на основе инновационного партнерства государства, науки и бизнеса, поощрения более глубокой кооперации как на уровне Российской Федерации и СНГ, так и в глобальном масштабе.

Задачи Программы.

Содействие созданию общероссийского инновационного пространства, формирующего внутренний рынок для науки и технологий, обеспечивающий продвижение исследований и их коммерциализацию за счет более высокого уровня кооперации и координации м. участниками программы на всех уровнях и государственной поддержки базисных инноваций в стартовый период.

Усиление научной и технологической базы производства водорода и поощрение конкуренции, которая обеспечивает продвижение исследований и инноваций в сфере водородной энергетики.

Осуществление инновационного прорыва в области энергетики и смежных отраслях как важнейшего звена национальной инновационной системы.

Обеспечение и усиление развития и внедрения низкозатратных открытых энергетических систем на базе водорода и сопутствующих технологий мирового класса для их применения на транспорте в стационарной и портативной энергетике.

Стимулирование государственных и частных инвестиций в НИОКР и инновации по водородной энергетике, и привлечение иностранных инвестиций для реализации проектов Программы.

Формирование эффективной системы управления реализацией национальной программы, координации работ и проектов на федеральном, региональном и международном уровнях.

Создание инновационно-энергетических зон для пионерного освоения проектов программы.

Развитие международного сотрудничества в области водородной энергетики со странами СНГ, другими заинтересованными странами, Европейским союзом.

3. Сроки, этапы формирования и реализации Программы

Разработка и реализация национальной водородной программы на период до 2050 года включают следующие этапы.

Подготовительный этап (2005—2006 годы). Разработка концепции и проекта Программы, их обсуждение и утверждение, экспертиза и отбор проектов, формирование управляющей компании, нормативно-правовое обеспечение.

Первый этап (2006—2010 годы). Реализация научных и инновационных проектов первой очереди. На этом этапе в качестве приоритетов научных исследований в русле общемировых тенденций можно назвать:

• устойчивые энергетические системы;

• экологически чистый наземный транспорт;

• энергоснабжение жилищно-коммунального хозяйства;

• портативные топливные элементы;

• аэронавтику и космос;

• формирование инновационного партнерства государства, науки, бизнеса и гражданского общества, регионов пионерного освоения проектов Программы. Задачи этапа.

Создание научно-технологической базы для перехода к водородной энергетике.

Обеспечение информационной, организационной и методической поддержки исследований и инноваций в сфере водородной энергетики.

Осуществление пионерных инновационных проектов в производстве и использовании водорода и топливных элементов, значительное снижение их себестоимости.

Формирование межгосударственных программ в рамках СНГ, включение в европейские и иные зарубежные инициативы в сфере исследований по водородной энергетике.

Формирование системы параметров и стандартов, обеспечивающих безопасность производства, транспортировки и использования водородного топлива.

Создание инфраструктуры, обеспечивающей управление и развитие водородной энергетики.

Развитие научно-технологического потенциала и подготовка специалистов.

Второй этап (2011—2020 годы). Формирование рыночных условий и инновационного механизма перехода к водородной экономике и осуществление кластера инновационных проектов для перехода к водородной энергетике в зонах пионерного освоения базисных инноваций в области водородной энергетики.

Третий этап (2021—2030 годы). Освоение рыночных инновационных ниш использования водорода и топливных элементов в различных областях и сферах экономики, многократное увеличение объема производства и снижение себестоимости для обеспечения конкурентоспособности водородного топлива и топливных элементов.

Четвертый этап (2031—2050 годы). Осуществление крупномасштабного перехода Российской Федерации к водородной экономике, обеспечение лидирующей роли России в некоторых направлениях этого перехода.

3. Основные участники Программы

Органы государственного управления — федеральные, региональные, муниципальные выступают в качестве государственных заказчиков Программы, подпрограмм и крупных проектов, и осуществляют нормативно-правовое регулирование и частичное финансирование в стартовый период исследований и использования базисных инноваций.

Научное сообщество проводит научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и научное сопровождение инновационных проектов.

Финансовое сообщество участвует в инвестировании Программы и проектов.

Предприятия энергетического сектора осуществляют соинвестирование конкретных инновационных проектов в рамках Программы и реализуют их.

Потребители — предприятия транспорта, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, пищевой и других отраслей промышленности, жилищно-коммунального хозяйства используют водород и топливные элементы в своих технологических циклах.

Иностранные инвесторы и партнеры участвуют в реализации водородных проектов Программы, в выполнении международных проектов и программ.

Институты гражданского общества формируют общественное мнение в целях перехода к экологически чистым открытым энергетическим системам, контролируют ход реализации Программы и проектов.