Воистину «светлая» программа

Украинские ученые начали работу над воплощением Государственной целевой  научно-технической программы перехода хозяйства Украины на энергосберегающие источники света.

В Украине для освещения используется примерно 30 процентов электроэнергии. Хотя эта цифра близка к мировым, объективно она высокая. Как снизить эту часть в энергопотреблении страны? Рассказывает руководитель государственной целевой научно-технической программы «Разработка и внедрение в хозяйство Украины энергосберегающих светодиодных источников света и осветительных систем на их основе» доктор технических наук, профессор  Виктор Михайлович Сорокин (на фото).

— Cразу скажу, что о мгновенном переходе на светодиодные источники света в ближайшие годы не может быть и речи. Это очень сложные технологии, которыми владеют считанные страны мира. Наша задача — взяв их в качестве примера, разработать отечественную, — опровергает Виктор Михайлович информацию о полном переходе на светодиодные источники света до 2010 года. 

Сейчас в мире используется три вида источников света, — рассказывает дальше Сорокин. —  Первый и самый распространенный — лампы накаливания. Не сделаю большого открытия, если скажу, что нынешние электрические лампочки — технология более чем столетней давности. Они только 5—7% электроэнергии тратят на свет, остальная превращается в тепло. Срок работы таких лампочек также недопустимо мал для ХХІ века — до 1000 часов.

Более целесообразно использование компактных люминесцентных ламп, энергоэффективность которых в сравнении с лампами накаливания в 2,5—3 раза выше.

В Украине есть большое предприятие, выпускающее люминесцентные лампы, — ровенский «Газотрон-Люкс», оборудованный  современной высокопроизводительной технологической линией. Кстати, эта линия является единственной в СНГ. Предприятие выпускает до 5 миллионов компактных люминесцентных ламп в год и со временем может нарастить  мощности до 10 миллионов. Для сравнения: ежегодно Украине необходимо около 200 миллионов лампочек накаливания. Учтите, что люминесцентная лампочка «живет» приблизительно 10 тысяч часов. Конечно, она дороже, но в десять раз долговечнее и потребляет втрое меньше энергии. Вот и посчитайте, что выгоднее, — уверенно оперирует цифрами Виктор Михайлович. — Правда, у компактных люминесцентных ламп есть и недостатки. Это, прежде всего, наличие, хотя и в малых дозах, ртути, и необходимо принимать специальные меры по утилизации ламп, вышедших из строя. Кроме того, эти лампы нуждаются в  довольно сложных пускорегулирующих приборах. Наконец, желательно, чтобы срок их эксплуатации был большим.

Мировой опыт

Программа перехода на твердотельное освещение в США рассчитана на 20 лет и предполагает, что вследствие использования светодиодных источников света экономия электроэнергии будет равна — внимание! — строительству 100 атомных электростанций. Сенат США начал финансировать эту программу с 2002 года. Департаментом энергетики правительства США запланировано выделение более 1 миллиарда долларов в течение 11 лет. Реализация программы позволит экономить 1100 тераватт-часов электроэнергии в год, что эквивалентно 12 миллиардам долларов.

Несмотря на то, что Россия не может пожаловаться на недостаток энергоносителей, ее энергетическая программа до 2030 года предусматривает постепенный переход на светодиодные источники света. В частности, ими уже укомплектованы пилотные объекты — уличные фонари некоторых городов на юге России. Такие программы есть также в Китае и Японии.

Качественно новым подходом к решению проблемы энергоэффективности источников света является разработка светодиодных ламп. Такие ведущие страны мира, как США, Япония, Германия, Китай, Россия, уже несколько лет разрабатывают твердотельные источники света — сверхмощные светодиоды, тратящие электроэнергии в 8—12 раз меньше, чем лампы накаливания. Срок их службы — до 100 тысяч часов. Не должны отставать и мы. Для этого, собственно, по инициативе и заказу Национальной Академии наук и разрабатывается упомянутая программа.

Что такое твердотельные светодиодные источники света понятным для всех языком? Это лампочки, срок службы которых составляет до 100 тысяч часов! Уже сегодня световая отдача такой лампы мощностью 10 ватт равна 75-ваттной лампе накаливания и может быть увеличена за следующие 2—3 года по меньшей мере в два раза. В отличие от других светодиодные источники света абсолютно безопасны для глаз: у них отсутствует ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, а также мерцание, нет в их составе и вредных для здоровья человека веществ. К тому же они чрезвычайно ударо- и виброустойчивые. Учитывая даже этот неполный перечень преимуществ светодиодов, переход на твердотельные светодиодные источники света станет настоящей революцией как в области энергосбережения, так и в бытовом освещении.    

— Реализация мероприятий и задач  программы — непростое дело, — продолжает Виктор Михайлович, — ведь разработка полупроводниковых излучающих структур нуждается в кооперации  ученых и специалистов различных областей знаний — физиков, химиков, технологов, конструкторов, электронщиков.  Именно такая кооперация специалистов Академии наук Украины, Министерства промышленной политики, Министерства образования и науки, предприятий малого и среднего бизнеса позволит разработать и наладить производство отечественных энергосберегающих твердотельных источников света и осветительных систем на их основе. Что нам для этого нужно сделать?

Необходимы новые технологии получения высокоэффективных люминофорных материалов для создания белых источников света и сапфировых подкладок полупроводниковой чистоты. Кроме этого, нужно провести целый комплекс исследований новых технологий получения полупроводниковых структур, в част¬ности изучить их электрические и оптические свойства, разработать конструкции и элементы технологии производства светодиодов, решить вопросы, связанные с диагностированием и сертификацией светотехнической продукции. Откровенно говоря, осилить весь этот научный и производственный комплекс, исходя прежде всего из финансовых и технологических расчетов, довольно сложно. Дело в том, что основой светодиодных источников света являются полупроводниковые пластины с излучающими структурами, а их производство в Украине — удовольствие недешевое. Стоимость строительства предприятия по их производству едва ли не в десять раз превышает стоимость оборудования по производству светодиодов на основе этих излучающих структур. Поэтому предполагается идти одновременно двумя путями. Первый:  собственные разработки высокоэффективных излучающих структур с использованием для этого современного технологического оборудования (по опыту передовых стран, на отработку технологии необходимо 1,5—2 года). Второй: уже с первого года реализации программы необходимо наладить в Украине сборочное производство, покупая пластины за рубежом. При освоении их производства постепенно перейти на использование собственной эле-мент¬ной базы.

Языком цифр

Если во всем мире заменить 30% ламп накаливания на новые твердотельные источники света, то это даст возможность сократить выбросы в атмосферу углерода более чем на 260 миллионов тонн и сэкономить около 460 миллиардов киловатт-часов электроэнергии в год.

Если в Украине осуществить такую процедуру, то экономия электроэнергии составит 13,8 миллиарда кВт/ч в год, а уменьшение выбросов в атмосферу — 7,8 миллиарда тонн углерода.

Дело в том, что наши научные учреждения владеют технологиями, позволяющими создать полный комплекс собственного производства светодиодных источников света. Для этого предполагается задействовать научный потенциал ряда институтов — физики полупроводников, электросварки, материаловедения, кибернетики, физико-химического института Академии наук Украины, других научных центров, технологический потенциал предприятий Министерства промышленной политики Украины.        К выполнению мероприятий программы будет также привлечено много предприятий, вырабатывающих осветительную технику.

Внимание государства, которое будет финансировать программу с таким высоким уровнем междисциплинарности, когда для получения весомого конечного результата — освоения производства очень нужных хозяйству Украины энергосберегающих источников света — объединяются ученые и специалисты различных отраслей науки и техники, очень своевременно. При этом этапы реализации программы станут существенными элементами инновационного пути развития нашего государства  на примере возрождения украинской микроэлектроники — хотя бы при создании твердотельных источников света.