Перспективы аккумуляторной электрической техники
Китай – лидер электрификации
Китай – мастерская мира с атмосферой, склонной к смогообразованию. Сочетание рельефа и розы ветров приводит к тому, что в расположенные в низменностях мегаполисы стекаются с более высоких окрестностей выбросы угольных электростанций, которые вкупе с выхлопами транспорта образуют плотный смог. Порой из-за смога власти вынуждены останавливать промышленные предприятия и закрывать международные аэропорты.
Поэтому руководство КНР одним из главных государственных приоритетов сделала борьбу с загрязнением воздуха, в том числе перевод транспорта, строительной и даже горной техники на альтернативные источники энергии.
Первым и самым массовым решением стали аккумуляторные электроскутеры. Миллионы китайцев стремительно пересели с велосипедов и мопедов на шустрые и бесшумные электроскутеры. Самая дешевая модель в пересчете стоит менее 30 000 рублей, то есть электроскутер может позволить себе любой китаец. На городских дорогах выгородили отдельные полосы, а к ночи электроскутеры заполняют все тротуары. Мягкий климат густонаселенных регионов Китая позволяет эксплуатировать электроскутеры и другую электрическую технику круглый год.
Следующими по массовости стали электромобили. Китай завоевал и сохраняет за собой позицию мирового лидера в этой области. Более того, в основе всей остальной мировой электротехники лежат китайские компоненты от аккумуляторных элементов до платформ целиком.
За электромобилями последовали грузовики и строительная техника. Сегодня это не экспериментальная, а крупносерийная продукция. Так, автомобильный завод XCMG серийно выпускает аккумуляторные электрические седельные тягачи, автобетоносмесители и внедорожные самосвалы грузоподъемностью 100–105 т. На заводе погрузчиков XCMG электрические машины собирают на том же конвейере, что и дизельные, также электрические экскаваторы собирают вместе с дизельными. Более того, завод портовой техники XCMG выпускает электрические штабелеры и ричтраки для обработки морских контейнеров. Таким образом, технология производства электрических машин отработана и распространяется на всё новые виды техники.
Китайская электрическая техника на выставке CTT EXPO 2024
Выставка строительной техники и технологий CTT EXPO 2024 года стала первой, где крупными китайскими производителями была представлена тяжелая электрическая техника. Так, компания «СюйГун Ру», официальный дистрибьютор бренда XCMG, привезла на выставку две электрические машины: фронтальный погрузчик и портовый ричстакер.
Фронтальный погрузчик XCMG XC968EV массой 19 т и грузоподъемностью 6000 кг оснащен основным ковшом вместимостью 3,2 м3. В приводе хода задействованы два электродвигателя мощностью по 90 кВт, еще один электродвигатель мощностью 70 кВт приводит гидронасос рабочей гидросистемы. Аккумуляторная батарея обеспечивает 6–10 часов работы средней интенсивности или 5–6 часов высокой интенсивности. Это был первый электрический фронтальный погрузчик XCMG в России, а ричстакер уже второй. Ричстакер XCMG XCS4531E3 грузоподъемностью 45 т оснащен электродвигателем мощностью 300 кВт и аккумуляторной батареей мощностью 595 кВт.ч. Рабочее оборудование обеспечивает емкость штабелирования 5–5–4 стандартных контейнеров, то есть первые два ряда по 5 контейнеров, а третий задний – 4.
Компания ООО «Люгонг Машинери Рус» представляла на выставке электрический фронтальный погрузчик LiuGong 856HE MAX массой 18 т с основным ковшом вместимостью 3,5 м3. Полезная мощность электрического привода составляет 160 кВт. Потребители тока питаются от литий-железо-фосфатных аккумуляторных батарей ёмкостью 456 А.ч, которой достаточно для 6–8 часов работы в зависимости от нагрузки. Предусмотрено три режима зарядки: 250 А, 320 А и 400 А. Время заряда током 400 А – около 1 часа.
Мировая добыча лития
Литий используют в промышленности достаточно давно в металлургии, производстве стекла, керамики, смазочных материалов, медикаментов, но затем на первое место выдвинулись аккумуляторы для бытовой техники, за ней для электромобилей, а следом для систем хранения электроэнергии и тяжелой самоходной техники. Потребность в литии настолько велика, что его нередко называют нефтью новой экономики.
В природе содержатся миллиарды тонн лития, но в основном в виде растворенных в морской воде солей. Пока не изобрели экономически оправданных способов извлечения металлов из морской воды, поэтому добыча лития сосредоточена на суше, где его получают из руд и пластовых рассолов, в том числе сопутствующих нефти.
За последние девять лет мировая добыча лития выросла в 5 раз, до 180 тыс. т. По прогнозам, к 2030 г. добыча может превысить 470 тыс. т. Лидер в добыче – Австралия с 61 тыс. т, за ней следует Чили с 39 тыс. т, Китай с 19 тыс. т и Аргентина с 6,2 тыс. т. Более 70% добычи приходится всего на две страны – Австралию и Чили.
По запасам лидируют: Боливия – 21 млн т, Аргентина – 20 млн т, США – 12 млн т, Чили – 11 млн т, Австралия – 7,9 млн т и Китай – 6,8 млн т. Таким образом, на Латинскую Америку приходится 60% запасов лития.
Индустрия лития в России
Последние 20 лет литий в России не добывали, предпочитая более дешевый импорт, что оправдывалось сложностями извлечения лития из российского сырья. До 2022 г. ввозили по 9000 т карбоната лития (Li2CO3, или LCE) в год в основном из Чили и Аргентины, но этот источник перекрыли, и крупнейшие российские производители гидроксида лития и металлического лития были вынуждены снизить объемы производства. А между тем литиевая продукция необходима военно-промышленному комплексу, космической и атомной отраслям. Жизненно необходима полная импортонезависимая цепочка производства литиевой продукции.
В планах реализация проектов добычи на пяти крупнейших месторождениях: Колмозёрском и Полмостундровском месторождениях в Мурманской области, техногенном месторождении, то есть на отвалах Завитинского месторождения в Забайкальском крае, а также из пластовых рассолов на Ковыктинском и Ярактинском нефтяных месторождениях.
Но добычи недостаточно, необходима полная технологическая цепочка с первого по четвертый передел. Первый передел – это переработка и получение гидроксида, карбоната или металлического лития, и производства такого профиля в России есть. Это Новосибирский завод химконцентратов (НЗХК), Ангарский электролизный химический комбинат (АЭХК), завод «Халмек» в Тульской области. Извлечение лития из российского сырья сложнее, чем из южноамериканского, участники проектов разрабатывают особые технологические решения и выбирают площадки с доступом к дешевой электроэнергии.
Второй передел – производство литийсодержащей продукции, такой как аноды, катоды, электролиты. Таких производств в России нет. Правительство РФ готово предоставить инвесторам поддержку в объеме 100 млрд рублей, из которых Минпромторг получил 24 млрд рублей, Минобрнауки на НИОКР – 26 млрд рублей. Но основное финансирование должно идти от частных инвесторов.
Третий передел – производство ячеек и накопителей и четвертый – готовых изделий, и крупнейший российский производитель литий-ионных аккумуляторов и накопителей энергии – РЭНЕРА (РОСАТОМ ЭНЕРГОАККУМУЛИРУЮЩИЕ РЕШЕНИЯ). В декабре 2022 г. РЭНЕРА запустила сборку накопителей энергии на базе Московского завода полиметаллов. В 2025 г. должны ввести запустить первую очередь гигафабрики мощностью 4 ГВт.ч в год в Калининграде. В сентябре 2024 г. в Новой Москве начали строить еще одну гигафабрику. Кроме РЭНЕРА есть еще десятки сборщиков аккумуляторов из готовых компонентов, то есть четвертый передел практически создан.
Еще один аспект литиевой проблемы – это сбор и переработка отработавших или поврежденных батарей. Такая инфраструктура в некоем состоянии существует. Дополнительная сложность в том, что в эксплуатации литиевые аккумуляторы, выполненные по нескольким технологиям и, например, литий-железо-фосфатные и литий-тионилхлоридные, считаются засором, не принимаются в переработку, а если приняты, то должны быть выделены из остальной массы аккумуляторов. А литий-железо-фосфатные аккумуляторы как раз используют на тяжелой технике, так как те обладают рядом весомых достоинств.
В основе переработки лежит гидрометаллургия. На выходе получают порошок меди, соли кобальта, карбонат лития и сульфат алюминия, идентичные рудным аналогам. То есть переработка представляет собой источник сырья для собственного производства аккумуляторов. Сегодня перерабатывает аккумуляторы ГК «Мегаполисресурс» в Челябинске. В Нижегородской области дочерняя компания «Росатома» строит крупное предприятие по переработке аккумуляторов от автомобильного и железнодорожного транспорта. Согласно уже перенесенным планам предприятие заработает в 2026 г.
Перспективы электрической техники в России
При всех достоинствах электрической техники – отсутствии выхлопов и низком уровне шума – есть существенные недостатки. Это длительная, не менее часа, зарядка, снижение емкости батарей при отрицательной температуре, высокая стоимость электрической техники. То есть для тяжелой электрической техники очевидны перспективы в южных и центральных регионах, Калининградской области – в местностях с достаточно мягким климатом. Второе условие – источник электроэнергии, достаточно мощный для быстрой зарядки и достаточно дешевый для того, чтобы все это мероприятие как-то окупалось.
Очевидная область применения электрической техники – это ограниченные или плохо проветриваемые пространства: склады и хранилища, судовые трюмы, тоннели, котлованы. Для глубоких карьеров с проблемой загазованности более интересны беспилотные и проводные технологии, в том числе троллейные.
Вероятность появления российских разработок тяжелой электрической техники крайне низка в основном по экономическим причинам: непомерно высокая процентная ставка, неопределенность, долгий цикл разработки и запуска в производство, слабая собственная материальная база, сильная зависимость от импорта.
Таким образом, для эффективного использования электрической техники в России необходимо сочетание достаточно мягкого климата и дешевой электроэнергии. Также эксплуатация будет оправданна в особых условиях: в ограниченных пространствах и при повышенных требованиях к безопасности.
