Накапливать энергию

«ТВЭЛ» наращивает мощности по производству аккумуляторов

В середине декабря прошлого года компания «РЭНЕРА» запустила новое опытно-промышленное сборочное производство мощностью 150 МВт·ч. Параллельно компания работает над главным проектом — гигафабрикой. Это предприятие полного цикла по производству накопителей, его мощность — 4 ГВт·ч в год. В планах открытие еще нескольких площадок. Все они — часть большой работы Росатома по созданию в России рынка электродвижения и, в частности, накопителей электроэнергии.

Гигафабрика

Официальный старт строительства гигафабрики был дан во время форума «Российская энергетическая неделя» в октябре 2022 года. При выборе места для строительства рассматривали более 30 регионов, в том числе Московскую область, Татарстан и Урал, в итоге остановились на Калининградской области — недалеко от площадки Балтийской АЭС. На выбор повлияли три фактора. Во-первых, вся Калининградская область — особая экономическая зона с льготными условиями ведения бизнеса. Во-вторых, регион вложит в проект 5 млрд руб. В-третьих, накопители изначально планировали экспортировать европейским автопроизводителям, и географическая близость к потребителям тоже была важным аргументом. «Могу сказать совершенно честно, мы смотрели на планы России по развитию электродвижения так: будет — будет, не будет — не будет. Потому что есть западные производители электромобилей, город Калининград удобно расположен в этом плане, мы свою батарейку всегда продадим», — рассказала о предыстории принятия решения о строительстве гигафабрики президент АО «ТВЭЛ» Наталья Никипелова на форуме «Атомэкспо-2022».

Однако в феврале 2022 года стало понятно, что из-за геополитических сдвигов экспорт в Европу невозможен. «Нам в следующем (2023. — Прим. ред.) году надо принести оффтейки, и мы понимаем, что у нас закончились потребители наших батарей», — описала ситуацию Наталья Никипелова.

Однако в «ТВЭЛ» отчаиваться не стали, а решили вместе с российскими партнерами-автопроизводителями, которые тоже оказались в чрезвычайно сложной ситуации из-за отказа мировых автоконцернов сотрудничать с ними, строить фактически с нуля новую отрасль. «Нам нужно было кому-то продавать наши батарейки, и мы не находили кому. С другой стороны, когда мы стали смотреть на рынок автомобилей, мы понимали, что сейчас заниматься полной локализацией автомобилей с ДВС — это сложная история. И чтобы была гордость за страну — почему бы нам сейчас не использовать этот момент? Зачем нам локализовывать вчерашний день, если мы можем прыгнуть в завтра? Это было в марте», — объяснила Наталья Никипелова в ходе форума «Атомэкспо-2022».

Калининградская гигафабрика будет предприятием полного цикла — от смешивания катодных и анодных масс и изготовления электролитов до производства готовых к установке систем накопления энергии. «РЭНЕРА» планирует производить ячейки Li-NMC (из лития, никеля, марганца и кобальта), это один из самых распространенных типов. Однако гендиректор «РЭНЕРА» Александр Камашев не раз подчеркивал, что гигафабрика принципиально может перейти на другую химию и выпускать, например, литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Их сейчас активно применяют в Китае.

Сейчас идет проектирование фабрики, в ближайшее время завершится госэкспертиза. На площадке проводятся подготовительные работы, летом этого года должно начаться строительство. Предполагается, что предприятие начнет работу в 2025 году и сможет обеспечивать батареями 50 тыс. электромобилей в год.

Мощность фабрики пересчитывают на электромобили, потому что около 90% всего объема «РЭНЕРА» планирует поставлять производителям транспортных средств. Оставшиеся 10% — энергокомпаниям, которым нужны стационарные накопители для сглаживания пиков потребления, энергоснабжения небольших удаленных населенных пунктов и т. п. «Порядка 50 тыс. электромобилей — это много по сравнению с тем, что у нас есть сейчас (то есть ничего), но немного по сравнению с тем рынком электротранспорта, который мы бы хотели видеть к 2030 году», — отметил на мероприятии, посвященном началу строительства гигафабрики, генеральный директор Росатома Алексей Лихачев.

Согласно Концепции по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в Российской Федерации, к 2030 году в России предполагается производить порядка 220 тыс. электромобилей. Однако сумма планов автопроизводителей показывает, что в реальности объем производства электрокаров может превысить 300 тыс. штук в год. Причем это только легковые авто, есть еще электробусы, троллейбусы с автономным ходом, электрогрузовики и спецтехника.

С учетом такого потенциала производства «ТВЭЛ» планирует построить еще три такие же гигафабрики. По одной из них решение будет принято уже в этом году. Высказывания топ-менеджеров «ТВЭЛ» и «РЭНЕРА» дают основание предполагать, что вторая площадка будет расположена рядом с первой, в Калининградской области. Где будут расположены следующие площадки — вопрос открытый, руководством «РЭНЕРА» и «ТВЭЛ» ведутся переговоры с представителями разных регионов.

Сборочное производство

В середине декабря 2022 года «РЭНЕРА» открыла новое сборочное производство литийионных систем накопления энергии на территории Московского завода полиметаллов (МЗП). Мощность нового производства в 10 раз выше по сравнению с опытным производственным участком, созданным на МЗП в 2021 году. Годовой объем выпуска продукции составит до 150 МВт·ч батарей для стационарных систем (совокупная емкость выпускаемых устройств) или порядка 2 тыс. тяговых аккумуляторных батарей для электротранспорта.

«Поскольку мы понимаем, что до 2024 года потребности Российской Федерации не могут не удовлетворяться, мы решили создать в Москве этот сборочный участок, где будем производить автомобильные аккумуляторы для городского электротранспорта, вести сборку опытных образцов для легкового электротранспорта и делать системы накопления в стационарном исполнении», — заявила на открытии Наталья Никипелова.

В 2023 году в планах «РЭНЕРА» открытие экспериментального участка «Лаборатория-2030», где будут проводиться эксперименты с химическими составами, с электродами сепараторов, здесь также планируется изготавливать опытные образцы систем накопления энергии для совершенствования технологий текущих и перспективных разработок, чтобы производить максимально эффективные современные литийионные ячейки. «Мы сейчас ориентируемся на те технологии, которые будут в индустриальном применении в ближайшие 10–15 лет, это наш фокус в производстве и прикладных R&D. Но мы также ведем задельные R&D. В частности, мы открыли работы по двум перспективным технологиям — это натрийионные и литий-серные аккумуляторы. Исходя из того состояния, в котором находится наука в этой области, перспективы, когда эти решения будут применяться массово и будут интегрироваться в производство, достаточно отдаленные. Тем не менее мы понимаем, что мы, как и весь Росатом, работаем с заделом на десятилетия, поэтому такие R&D уже ведем», — сообщил Александр Камашев на открытии производства.

На сборочном производстве — три участка, объединенные в технологическую цепочку. На первом, участке электромонтажных работ, собирают блоки управления, включающие электронную плату управления верхнего уровня. Эти блоки контролируют информацию, поступающую от всех ячеек, и управляют логикой работы батареи. В зависимости от требований заказчика они могут быть рассчитаны на напряжение от 400 до 1000 В. Здесь же монтируют высоко- и низковольтные коммуникационные жгуты, связывающие электронные компоненты. Готовые блоки управления проходят выходной контроль, и их отправляют на сборочный участок — там собирают готовые системы. Работа включает сборку деталей корпуса, размещение в нем модулей с ячейками, электромонтажные работы, установку блока управления и системы охлаждения. Один модуль может вмещать до 25 ячеек, в батарее может быть до 20 модулей. На участке 10 рабочих мест, каждый рабочий за смену должен собрать одну систему. Они варьируются по форм-фактору и мощности (от 31,1 до 50 кВт·ч). Более мощные используются для горной техники. Опытные образцы уже установлены на карьерных самосвалах, идет тестирование.

После сборки батареи поступают на участок приемо-сдаточных испытаний, где подтверждаются их характеристики. На участке проводятся электротехнические и климатические испытания. Здесь установлены две климатические камеры, где проверяют работу изделий в диапазоне от –40 до +150 °C. На разрядно-зарядных станциях рабочие снимают внутренние показатели батарей (сопротивление, емкость, напряжение). Если батарея подтвердила свои характеристики, она, будучи заряженной на 50%, отправляется клиенту.

В целом «РЭНЕРА» уже обеспечила мегафабрику заказами на весь 2023 год. «Большие объемы — по стационарным системам и батареям для электротранспорта. Много батарей передается производителям транспортных средств для тестирования и опытной эксплуатации», — отметил руководитель сборочного производства литийионных накопителей для электротранспорта и стационарных систем «РЭНЕРА» Артем Зайцев.

В 2023 году «РЭНЕРА» планирует открыть в столичном технополисе «Москва» еще одно производство. Там будут установлены конвейерные линии, где до запуска калининградского завода специалисты «РЭНЕРА» будут отрабатывать технологии серийного производства. Ожидаемая мощность этой площадки — 320 МВт·ч с возможностью увеличения как минимум вдвое в ближайшей перспективе. Таким образом «РЭНЕРА» будет постепенно углублять локализацию и сложность производства: на мегафабрике — собирать готовые системы из модулей, на производстве в технополисе «Москва» — модули из ячеек, а на гигафабрике — ячейки из компонентов.

Росатом на рынке электродвижения и накопителей

Развитие электротранспортной отрасли — многоаспектная проблема. Различные дивизионы Росатома берут на себя развитие ключевых сегментов, чтобы в отрасли не возникало «бутылочных горлышек». Так, «Атомредметзолото» планирует добывать литий (подробности читайте в материале «Батарейная база») и редкоземельные металлы для электродвигателей, которые тоже будут производиться в контуре госкорпорации. В отрасли планируют выпускать и электрокомпоненты (кнопки, переключатели, стеклоподъемники), в структуре «ТВЭЛ» этим займется «Точмаш-авто». Раньше компания считалась непрофильным активом, ее пытались, но никак не могли продать. Сейчас это востребованное предприятие, которое загружают заказами.

Будет ли Росатом производить собственный электромобиль? «Мы не хотим быть производителями автомобилей, но нам точно нужен какой-то электромобиль, на котором мы бы оттестировали все свои технологические решения. Поэтому у нас будет два электромобиля разных классов, которые мы делаем в партнерстве, один — маленький,  второй — стандартный», — пояснила Наталья Никипелова на «Атомэкспо-2022». Она не исключила, что «ТВЭЛ» после завершения обкатки технических решений выйдет из этих СП.

Отрасль электродвижения и сегмент накопителей — это не только выпуск транспортных средств. Концерн «Росэнергоатом» займется созданием сети зарядных станций. В конце декабря прошлого года компания запустила в эксплуатацию первую станцию — в Сосновом Бору. Следующую концерн намерен открыть в карельской Сортавале, одном из туристических центров России. Электротранспорт будут использовать и для внутренних нужд АЭС, поэтому для них тоже нужна зарядная инфраструктура. Устанавливать планируют главным образом зарядные станции мощностью 150 кВт и выше. Они позволяют полностью зарядить электромобиль в течение 30–50 минут в зависимости от емкости батареи.

Еще одно важное направление работы — утилизация: ФЭО к 2025 году построит в Дзержинске (Нижегородская область) экотехнопарк по переработке аккумуляторов.

Комплексный подход к созданию и использованию систем накопления обусловил один из вариантов бизнес-модели. Дело в том, что аккумуляторы теряют свою способность заряжаться в зависимости от условий зарядки. Аккумуляторы, которые заряжаются быстрыми токами (такие обычно используют для частных автомобилей — для ускорения процесса), рассчитаны на 3000 циклов заряда-разряда. При зарядке в более медленном, то есть более щадящем режиме, аккумулятор может обеспечить порядка 5000 циклов заряда-разряда. Но даже после того, как аккумуляторы перестают быть пригодными для транспорта, их еще можно использовать в стационарных системах.

С учетом этой особенности «ТВЭЛ» посчитал, что выгодным может быть не продажа накопителя, а предоставление его в пользование. А идея конструкции электромобиля со съемной батареей подвела к мысли об изменении концепции зарядных станций: не заправлять электроэнергией, а менять батарею целиком. Такие станции уже действуют в Китае, и процесс происходит быстрее, чем заправка бака бензином. «Я не говорю, что мы будем предлагать сию секунду всем систему сменных батарей, но наша идея комплементарна всем игрокам на этом рынке», — отметила президент «ТВЭЛ».

Идею лизинга батареи поддержал и гендиректор «Автотора», одного из российских автопроизводителей, Александр Сорокин. Производственные мощности компании также расположены в Калининградской области. Александр Сорокин пояснил, что на батарею приходится 40% себестоимости электромобиля, поэтому лизинг снизит ее, сделав этот вид транспорта более доступным для покупателей. В первую очередь, по мнению Александра Сорокина, это корпоративные клиенты: различные ремонтные службы, службы доставки, почтовые компании. У них небольшие дистанции и есть база, где электромобиль мог бы заряжаться. Во вторую очередь — это частные потребители.

Как объяснила Наталья Никипелова на «Атомэкспо-2022», Росатом не хочет быть монополистом ни в одном из сегментов. Важнейшая задача, которую ставит Росатом в сегменте электромобильности, — объединить всех участников рынка: производителей автомобилей, зарядных устройств, батарей, комплектующих, чтобы запустить и развить в стране новую отрасль электродвижения.