textarchive.ru

Главная > Документ

1

Смотреть полностью

Проекты

Российской академии наук
для участия

в реализации направлений технологического прорыва

МОСКВА 2009

Содержание

Направление I
«Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива» 4

Направление II
«Медицинские технологии, диагностическое оборудование и лекарственные средства» 88

Направление III
«Стратегические информационные технологии, включая создание суперкомпьютеров и разработку программного обеспечения» 177

Направление IV
«Космические технологии» 316

Направление V
«Ядерные технологии» 342

Направление VI
«Материалы» 426

Проекты

Российской академии наук
для участия

в реализации направлений технологического прорыва

Направление I
«Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива»

Конкретная задача в области энергоэффективности экономики России поставлена в Указе Президента РФ от 04.06.2008 г. №889 “О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики” – к 2020 г. энергоемкость ВВП должна быть снижена на 40% по сравнению с уровнем 2007 г. Решение этой ответственной задачи может быть обеспечено только путем реализации инновационных проектов по всем звеньям технологической цепочки получения электрической и тепловой энергии, их передачи и потребления. Российская академия наук на протяжении многих лет ведет интенсивные теоретические и экспериментальные исследования по всему фронту современной энергетики, осуществляя широкую творческую кооперацию с отраслевой и вузовской наукой. В результате этих исследований получены многочисленные результаты мирового класса по многим разделам современной энергетики и энергоэффективности. Ряд наиболее продвинутых разработок приведен ниже.

Эти исследования соответствуют Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008- 2012 гг. (утверждена распоряжением Правительства РФ от 27 .02.2008 г. №233-р).

Представленные здесь научно-технические проекты, сформированные на прорывное президентское направление “Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива” соответствуют разделам академической программы: “Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективности экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсосбережение и комплексное использование природных топлив”; “Физико-технические и экологические проблемы энергетики, тепломассообмен, теплофизические и электрофизические свойства веществ, низкотемпературная плазма и технологии на ее основе”; “Фундаментальные проблемы современной электротехники, импульсной и возобновляемой энергетики”; “Атомная, термоядерная, водородная и космическая энергетика”.

Предлагаемые проекты разделены на 4 категории. К первой категории

“Технологии, приоритетные для возможной реализации” отнесены проекты: «Развитие мощной парогазовой энергетики», «Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети, включая интеллектную технологию координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами», «Разработка научных основ и промышленная реализация процессов глубокой, комплексной и безотходной конверсии тяжелых нефтяных остатков с применением наноразмерных катализаторов с целью обеспечения глубины переработки нефти не менее 92-95% масс, извлечения ценных металлов».

В трех других категориях сосредоточены соответственно: технологии, готовые к практическому применению; технологии, требующие дополнительных исследований; технологии на перспективу.

Учитывая вышеизложенное, Российская академия наук предлагает осуществить предполагаемые проекты, позволяющие решить сложный комплекс научно-технических вопросов современных энерготехнологий, и осуществить решающий прорыв в энергетике, создав надежную базу для динамичного развития всех сопряженных отраслей экономики России.

Приоритетные технологии, готовые к промышленной реализации

Проект I.1. «Развитие мощной парогазовой энергетики»

В проблеме повышения энергоэффективности страны самым крупным должна стать замена в электростанциях, работающих на газе, паротурбинных установок на парогазовые.

Капитальная линия применения газовых турбин – крупные электростанции. Наша электроэнергетика, использующая газ, очень устарела не только технически, но главное морально – работает (практически 98%) только на паровых турбинах (ПТ). Их средний коэффициент полезного действия не превышает 32–34%. В то же время использование парогазовыхустановок (ПГУ) поднимает КПД как минимум до 52–56% и в последние 15 лет широко распространяется во всех развитых странах.

Замена ПТ на ПГУ на электростанциях страны позволяет либо на 30–40% съэкономить использование газа, либо увеличить электрическую мощность. Этот резерв мощности в России сегодня более 60 ГВт.

Очевидно, что быстрое (15–20 лет) решение этой проблемы может на основе имеющихся станций обеспечить значительный прирост энергопроизводства.

Эта задача была сформулирована РАН более 50 лет назад, все время активно пропагандировалась и только в последние 7 лет в стране удалось реализовать 5 мощных ПГУ. Однако, в области больших ГТУ у нас только одна отечественная ГТУ-110 и одна лицензионная (Сименс) ГТУ-160. Надо срочно создавать мощную отечественную ГТУ на 350 МВт силами авиа и энергогазотурбинистов. Знания и кадры еще пока есть и это действительноможет быть одной из самых эффективных инноваций, позволяющих сохранить и развивать очень сложные области науки и техники – интеллект страны. Широкое использование покупного зарубежного оборудования грозит потерей энергобезопасности страны. Организацию такой работы должно взять на себя Государство, это мировая практика, частнику не выгодна длительная окупаемость.

Совершенствование электротеплоснабжения газовыми турбинами надежно обеспечит наше развитие на 25–30 лет и более с учетом развития атомной энергетики.

Для создания новой мощной ГТУ РАН проведена подготовительная работа с ведущими газотурбинистами страны и направлено конкретное предложение в Министерство энергетики РФ и Министерство промышленности и торговли РФ.

Так как новые ПГУ устанавливаются на имеющихся территориях ТЭС, то дополнительная мощность при сохранении объема газа по существу беззатратна. Это дает возможность окупаемости оборудования за 2–3 года и обеспечивает на 10–15 лет нужный прирост мощности электростанций страны.

Исполнители проекта:

ОИВТ РАН, ВТИ, ЦИАМ, ЛМЗ, ЦКТИ, Салют, Пермские моторы, ВИАМ.

Потенциал проекта в сфере энергосбережения и экологии – экономия до 40% газа или такой же прирост выработки электроэнергии в стране.

Затраты на начало реализации проекта (до выхода на окупаемость)

- бюджетные средства на создание опытного образца мощной ГТУ – 2 млрд. руб. (2010 –2012 гг.).

Проект I.2. «Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети, включая интеллектную технологию координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами»

1.Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети.

1.1. Народнохозяйственная проблема.

Сегодня электроэнергетика России имеет крайне низкие показатели надёжности и эффективности электроснабжения потребителей, а угрозы дефицита генерирующих мощностей и пропускной способности электрических сетей лишь временно смягчёны экономическим кризисом. В то же время, современная наука и новые технологические достижения дают возможность создать условия для прорыва электроэнергетики России на качественно новый уровень, обеспечивая экономное использование энергоресурсов по всей технологической цепочке: производство – передача – распределение потребление. Принципиально новое качество электроэнергетики достигается за счет включения в электроэнергетическую систему активных элементов, изменяющих свои характеристики под воздействием внешнего управления. Данное воздействие осуществляется адаптивными системами управления, которые реагируют на текущее состояние энергосистемы: электропотребление, погодно-климатические условия, распределение потоков электроэнергии по электрическим сетям и другие параметры, оптимизируя состояние системы в нормальном режиме, а также предотвращая аварийные ситуации или локализуя их (в случае возникновения). Основные активные элементы распределяются по электрическим сетям и на границе взаимодействия сетей и потребителей. По этой причине подход к развитию энергосистемы, использующий указанные принципы, назван электроэнергетической системой с активно-адаптивной сетью. Многие типы активных устройств, как в России, так и за рубежом уже созданы и опробованы, но их широкое применение сдерживается из-за отсутствия идеологии системного применения. За рубежом проводятся широкие исследования развития подобных направлений, но общий системный подход только нащупывается, а отдельные направления работ объединяются под общим названием Smart grid («умные сети»). Для российской электроэнергетики предлагается применить системный подход, создавая прообраз новой электроэнергетической системы России – электроэнергетической системы с активно-адаптивной сетью (ЭСААС).

Основные качества предлагаемой энергосистемы:

  • Обеспечение свободного доступа к услугам инфраструктуры любым источникам электрической энергии. Для возобновляемых и нетрадиционных источников энергии необходимо создать специальные интерфейсы, позволяющие упрощенное подключение к сетям на условиях их параллельной работы в составе энергосистемы.

  • Привлечение к управлению режимом работы энергосистемы (кроме генерации) сетевой инфраструктуры и потребителей электроэнергии.

  • Насыщение электрических сетей всех уровней напряжения датчиками параметров и активными элементами, изменяющими свои свойства в зависимости от ситуации, что повышает надежность всей энергосистемы, эффективность и качество предоставляемых клиентам инфраструктуры услуг.

  • Оснащение потребителей электроэнергии системами учета и управления электропотреблением, обеспечивающими ее рациональное использование и управление объемом электропотребления при возникновении нештатных, повышая уровень надежности функционирования энергосистемы.

  • Наличие современной системы управления, построенной на обработке громадных объемов информации как о текущем состоянии энергосистемы и ее элементов, так и информации о внешней среде: метеофакторах (освещенность, осадки, гололед, ветровые нагрузки), возможных рисках воздействия на элементы инфраструктуры (пожарах, наводнениях) и других. Адаптивные алгоритмы этой системы позволяют обеспечить эффективное управление в нормальных и аварийных режимах функционирования энергосистемы.

1.2. Энергоэффективность и энергобезопасность.

Реализация предлагаемого проекта позволит обеспечить:

  • Снижение объемов необходимых вводов генерирующих источников за счет уменьшения приростов электрической нагрузки и снижения величины резервной мощности, благодаря более четкому контролю и регулированию объемов, а особенно режимов электропотребления.

  • Существенное повышение пропускной способности действующих и новых линий электропередачи и электрических сечений.

  • Снижение земельных площадей, отводимых под электросетевые коммуникации, что особенно актуально для крупных городов и мегаполисов.

  • Повышение надежности энергоснабжения потребителей за счет превентивного и адаптивного управления энергосистемой и ее элементами.

  • Снижение потерь электрической энергии в сетях всех уровней до технически возможных, ликвидация коммерческих потерь электроэнергии, реализация мер по энергосбережению и управлению потреблением электроэнергии с учетом ценовых факторов.

Стоимость проекта составит до 4 млрд. долл. при том, что по предварительной оценке полные затраты на перевод в 2013-2020 годах ЕЭС России на принципы активно-адаптивной сети составят 40-42 млрд. долл. Кроме бюджетного финансирования, в реализации проекта должны участвовать организации электроэнергетического комплекса и потребители. Оценка приведенных выше факторов экономической эффективности позволяют говорить о том, что затраты окупятся в полтора раза уже ко времени завершения формирования активно-адаптивной сети.

1.3. Существующий задел.

В Российской академии наук вместе с отраслевыми организациями (ОАО «Научно-технический центр электроэнергетики», ОАО «ЭНИН» им. Г.М. Кржижановского, ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука и др.) созданы новые оригинальные устройства и технологии, являющиеся элементами активно-адаптивной сети. Это не имеющие мировых аналогов устройства ограничения токов короткого замыкания коммутационного типа, различного рода имитаторы молний, устройства регулирования напряжения на базе современной силовой электроники, асинхронизированные турбогенераторы и компенсаторы реактивной мощности, системы автоматизации управления и многоуровневые вычислительные комплексы, интеллектуальные устройства учета электроэнергии и ряд других.

1.4. Предложения по массовому производству и внедрению.

Программа работ предусматривает подготовку концепции и эскизного проекта развития ЕЭС России с использованием принципов активно-адаптивной сети. Намечается выполнение НИР и ОКР по созданию опытных образцов оборудования, программных средств и систем управления. Особо следует отметить работы системного применения всех активных элементов сетей. Для отработки системных решений в эскизном проекте выделяется комплекс пилотных проектов, охватывающий все типы электрических сетей от магистральных до распределительных. После обобщение опыта эксплуатации комплекса пилотных проектов выполняется разработка Сводного технического проекта развития ЕЭС России с активно-адаптивной сетью с этапами его реализации до 2020 года.

1.5. Кооперация

Участниками проекта будут научные и производственные организации Российской академии наук, электроэнергетических компаний и производителей электротехнического оборудования, электронной техники и программного обеспечения.

2. Интеллектная технология координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами.

Тенденции развития электроэнергетических систем (ЭЭС) и изменения условий их функционирования привели к существенным трансформациям в структуре систем и режимах их работы. Эти трансформации обусловлены следующими факторами:

  • Увеличение масштабов ЭЭС, расширение обслуживаемых территорий, объединение на совместную работу различных ЭЭС с созданием межрегиональных и межгосударственных энергообъединений;

  • Реструктуризация электроэнергетики, в результате которой ее организационная структура часто коренным образом отличается от технологической структуры ЭЭС как технически единого объекта и от структуры управления этим объектом;

  • Децентрализация электроснабжения в связи с расширением использования источников распределенной генерации, подключаемых к узлам распределительной электрической сети;

Названные факторы существенно усложняют режимы работы ЭЭС, повышают их динамичность и непредсказуемость, увеличивают опасность тяжелых аварий с нежелательным развитием и массовыми последствиями для системы и потребителей и поэтому требуют более оперативной и адекватной реакции систем управления.

В настоящее время в мире отсутствуют комплексная проработка и объективное обоснование методологии и методов управления развитием и функционированием ЭЭС с учетом имеющихся тенденций и происходящих преобразований. Зарубежные исследования не содержат полных однозначных рекомендаций по рассматриваемым проблемам, а имеющиеся рекомендации, как правило, не переносимы на российские условия в силу специфики электроэнергетики России. В нашей стране подобные исследования носят фрагментарный характер.

В то же время в мировой практике развития ЭЭС и разработке их систем управления формируется так называемая концепция Smart Grid. Часто это понятие связывают с интеграцией в ЭЭС возобновляемых источников энергии, а также с распределительной электрической сетью с использованием информационных технологий и искусственного интеллекта в распределенных системах управления электроснабжением и электропотреблением. Концепция Smart Grid в трактовке ИСЭМ СО РАН имеет следующие составляющие:

  • Электрические станции – в части повышения надежности и экономичности производства электроэнергии с использованием современных высокоинтеллектуальных средств контроля и управления, интеграции источников возобновляемой энергии, распределенной генерации и сверхпроводящих накопителей энергии с помощью, в том числе, интернет-технологий;

  • Передающая электрическая сеть – в части широкомасштабного мониторинга режимов и управления ими с использованием новых средств и технологий (FACTS, PMU, искусственный интеллект и др.) с целью обеспечения надежности передачи электроэнергии и управляемости электрической сети;

  • Электрические подстанции – в плане автоматизации подстанций, базирующихся на современном электротехническом оборудовании, с применением современных средств диагностики, мониторинга и управления на основе информационных и компьютерных технологий для обеспечения надежности и управляемости подстанций;

  • Распределительная электрическая сеть – в части радикального повышения ее управляемости и надежности внедрением распределенных систем автоматики и защиты на современной микропроцессорной основе с использованием новых информационных, компьютерных и интернет-технологий;

  • Потребители электроэнергии – в плане оснащения их высокоинтеллектуальными системами контроля и учета электроэнергии, регулирования электропотребления и управления нагрузкой, в том числе, в аварийных ситуациях.

В рамках концепции Smart Grid в Институте систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН выполнен ряд исследований по разработке принципов и методов развития систем оперативного и противоаварийного управления ЭЭС.

Волоконно-оптические Smart Grid-измерительные системы мониторинга состояния в энергетике разрабатываются в Институте автоматики и управления ДВО РАН.

Направления исследований, задачи и ожидаемые результаты проекта. Основными актуальными направлениями совершенствования принципов и повышения эффективности систем оперативного и противоаварийного управления режимами ЭЭС являются повышение адаптивности управления и расширение и углубление координации этапов, средств и систем управления режимами. Для реализации этих направлений необходимы:

1. Разработка эффективной системы широкомасштабного мониторинга, прогнозирования и управления нормальными, предаварийными и послеаварийными режимами ЭЭС, включая:

  • Оценивание состояния системы;

  • Прогнозирование параметров предстоящего режима; оно необходимо в связи с тем, что оценивание состояния дает текущую оценку режима с определенным запаздыванием, в то время как для задач мониторинга и управления требуется некоторое упреждение оценки состояния системы ("управлять – значит предвидеть"); заметим, что для этих двух блоков задач упреждение может быть различным;

  • Оценка слабых мест в системе в предстоящем режиме;

  • Оценка запасов пропускных способностей связей в предстоящем режиме; она нужна для эффективного использования запасов в оперативном режиме и при автоматическом управлении путем соответствующих управляющих воздействий;

  • Визуализация предстоящего режима;

  • Определение критериев и показателей перехода из нормального в предаварийный режим и обратно, а также из послеаварийного режима в нормальный.

2. Использование эффективных адаптивных методов и алгоритмов выбора мест приложения и дозировок управляющих воздействий на основе новейших достижений теории управления и искусственного интеллекта, реализуемых диспетчером и системами автоматического управления и обеспечивающих адаптацию управлений к текущему состоянию системы и возможным возмущениям.

3. Расширение и усиление координации управления, включая:

  • Расширение координации управления режимами ЭЭС:

    • во временном разрезе – от координированного проектирования систем управления до их реализации диспетчерскими и автоматическими средствами;

    • в ситуативном плане – координация оперативного диспетчерского, непрерывного автоматического и дискретного противоаварийного управления.

  • Развитие и расширение номенклатуры средств координированного управления режимами ЭЭС:

    • развитие традиционных средств – систем управления возбуждением и мощностью синхронных машин, противоаварийной автоматики и др.;

    • использование современных средств измерения и управления – PMU, FACTS, высокотемпературных СПИН и др.

  • Распространение и развитие принципов и систем координированного оперативного диспетчерского и противоаварийного управления на распределительные электрические сети, содержащие установки распределенной генерации.

  • Формирование новых критериев и разработка новых методов мониторинга и прогнозирования режимов и управления ими с целью обеспечения эффективности координированного управления для всех субъектов оптового рынка, системной надежности и живучести ЭЭС.

Реализация изложенных положений позволит существенно повысить эффективность функционирования, управляемость, надежность и живучесть современных ЭЭС.

В результате завершения разработок (стадия НИР) ожидаются следующие результаты:

1. Методология мониторинга и прогнозирования режимов ЭЭС и управления ими с использованием современных концепций, средств и технологий.

2. Усовершенствованные существующие и новые модели и методы планирования, мониторинга и прогнозирования режимов ЭЭС и управления ими, исследования надежности, устойчивости и живучести ЭЭС, качества электроэнергии.

3. Оценка времени выполнения и требуемых материальных ресурсов.

Завершение ведущихся разработок (стадия НИР) потребует трех лет и привлечения, как минимум, троих соисполнителей из числа исследовательских организаций, в сотрудничестве с которыми эти разработки были начаты и ведутся в настоящее время. Требуемые материальные ресурсы оцениваются в 150 млн. рублей.

Оценка требуемых временных и материальных ресурсов для стадии пилотного проекта (ТЭО, ОКР и испытания) должна быть сделана отдельно на завершающем этапе НИР исходя из возможностей отечественной электротехнической промышленности на момент окончания НИР.

Исполнители: ОИВТ РАН, ИНЭИ РАН, ИСЭМ СО РАН, ИАПУ ДВО РАН, НТЦ электроэнергетики.

Срок выполнения первого этапа проекта: 2010-2013 гг.

Ориентировочная стоимость первого этапа: 1 млрд. руб.

Проект I.3. «Промышленная реализация процессов глубокой, комплексной и безотходной конверсии тяжелых нефтяных остатков с применением наноразмерных катализаторов с целью обеспечения глубины переработки нефти не менее 92-95% масс, извлечения ценных металлов»

1. Задачи проекта.

Создание первого промышленного комплекса глубокой, комплексной и безотходной конверсии тяжелых нефтяных остатков с применением наноразмерных катализаторов с целью обеспечения глубины переработки нефти не менее 92-95% масс, извлечения ценных металлов.

Резкое повышение экономической эффективности и экологической безопасности отечественных комплексов глубокой переработки нефти.

Практическая реализация принципиально нового типа каталитического процесса, предусматривающего синтез и крупномасштабное применение гетерогенных наноразмерных катализаторов.

2. Состояние проблемы.

В начале XXI века в РФ остается нерешенной глобальная проблема глубокой переработки нефти. В среднем глубина переработки нефти для РФ около 72 % ,тогда как, например, в США- 93 %. Тяжелая часть нефти составляет гигантский дополнительный ресурс для производства моторных топлив и сырья для нефтехимии.

В тяжелых нефтяных остатках концентрируются также все металлорганические соединения, содержащиеся в исходном сырье. Они являются наиболее доступным ванадиевым сырьем после железных руд. Балансовые запасы ванадийсодержащих нефтей в странах СНГ составляет не менее 5,4 млрд. тонн., геологические запасы оксида ванадия в нефтях при его содержании 180 г/тонну оцениваются в 1 855 тыс. т., а извлекаемых попутно с нефтью – около 481 тыс. т. В России сравнительно высокое содержание ванадия наблюдается в нефтях Волго-Уральского и Тимано-Печорского месторождений. В нефтях Русскинского, Степноозерского, Ивашкино-Мао-Сульчинского месторождений содержания оксида ванадия составляет 2200-5000 г/т. К уникальным по содержанию ванадия относятся природные битумы Оренбургской области с содержанием оксида ванадия 6000 г/т, что в 3-4 раза больше чем в рудах Качканарского месторождения, являющихся сырьем производства ванадия.

Таким образом, комплексная технология переработки тяжелых нефтяных остатков должна быть направлена на решение следующих задач:

- повышение глубины переработки нефти и увеличение производства моторных топлив и сырья для нефтехимии;

- извлечение металлов (ванадия и никеля);

-снижение выбросов в окружающую среду при переработке тяжелых нефтяных остатков.

Высокое содержание в тяжелых нефтяных остатках металлов и асфальто-смолистых веществ затрудняет использование для этой цели традиционных технологий или их применение становится экономически неоправданным. Например, используемые процессы - гидрокрекинг и каталитический крекинг остатков или требуют больших капитальных вложений вследствие высокого давления процесса или дают не очень качественные продукты. Процессы эти очень дорогостоящие, неэффективные и для очень тяжелых остатков практически не применимые. Целесообразность применения этих методов тем проблематичнее, чем больше в нефти содержание гетероорганических металлсодержащих компонентов и не решают задачи извлечения металлов.

В институтах РАН ведутся исследования по созданию научных основ комплексной переработки тяжелых нефтяных остатков с применением принципиально новой технологии каталитической гидроконверсии с получением облагороженной легкой нефти, которая становится пригодной для переработки на существующих НПЗ по традиционным технологиям.

В отличие от всех ранее известных каталитических процессов, использующих гетерогенные катализаторы размерами от 10 микрон до десятков миллиметров, новая технология предусматривает синтез и использование наноразмерных катализаторов гидроконверсии. Это приводит к совершенно новым, ранее не известным возможностям процесса переработки тяжелых остатков.

Проведенные совместно с отраслевыми институтами пилотные и демонстрационные испытания подтвердили результаты фундаментальных исследований ИНХС РАН и являются исходной позицией для завершения разработки научных основ процесса и создания первой промышленной установки.

Предлагаемая инновационная технология глубокой, комплексной и безотходной конверсии тяжелых нефтяных остаткови разработанная для этого процесса технология приготовления и применения наноразмерных гетерогенных катализаторов позволит достичь лидирующего положения по сравнению с зарубежными фирмами.

3. Этапы и сроки работы.

Данная работа состоит из нескольких этапов и включает в себя:

  • проведение широких исследований по направлениям:

-синтеза наноразмерных гетерогенных катализаторов гидроконверсии углеводородного сырья;

-исследования закономерностей конверсии конкретных образцов тяжелых нефтяных остатков на наноразмерных катализаторах;

-изучение закономерностей газификации концентрата металлов, содержащихся в тяжелых нефтяных остатках.

Срок: 2009-2010 годы.

  • разработка базового проекта первой промышленной установки мощностью 1 000 000 тонн в год.

Срок: 2010 – 2011 годы

  • разработка конструкторской документации на нестандартное оборудование.

Срок: 2010 – 2011 годы.

  • разработка рабочих чертежей первой промышленной установки. Срок: 2010 – 2012 годы.

Строительство первой промышленной установки и ввод ее в эксплуатацию. Срок: 2011 – 2013 годы.

4. Исполнители.

Головные организации: ИНХС РАН, ИПХФ РАН.

Соисполнители от академии наук: ИМЕТ РАН, ИК СО РАН, ИППУ РАН.

Прикладные институты и фирмы:

ОАО «ТАТНЕФТЕХИМИНВЕСТХОЛДИНГ», ОАО « ЭлИНП»,

ЗАО « ГрозНИИ».

Конструкторские и проектные организации: ОАО «ВНИПИНефть», ВНИИНЕФТЕМАШ.

Технологии, готовые к практическому применению

Проект I.4. «Научное обеспечение программы модернизации генерации и сетевого хозяйства электроэнергетики на базе инновационных технологий и использования новых материалов с целью коренного улучшения энергоэффективности и безопасности работы Единой электроэнергетической системы России»

Настоящий проект предусматривает разработку научной программы модернизации электроэнергетики и создания целого класса материалов для производства новых энергоустановок и устройств, как для генерации электроэнергии, так и для её транспортировки. Важно подчеркнуть, что в коренной модернизации нуждаются два сектора электроэнергетики: сектор производства электроэнергии с использованием газа и сектор распределительных сетей. В этих секторах в настоящее время имеются самые большие резервы для повышения энергоэффективности и энергосбережения.

При производстве электроэнергии на газе на электростанциях России используется низкоэкономичный паросиловой цикл и к.п.д. производства электроэнергии в этом случае колеблется от 34 до 40%, составляя в среднем 37,6% (327 г.у.т/кВт.ч). Модернизация электростанций с их переводом на работу по парогазовому циклу даёт возможность повысить эффективность их работы на 25 – 30%, резко снижая расход газа на производство электроэнергии. При этом важно ранжировать очередность проведения работ в зависимости от роста центра нагрузок, конфигурации и состояния электрических сетей и экономических характеристик проводимой модернизации. Данные задачи в настоящем проекте решаются путём создания математических моделей и моделирования сложных процессов, проходящих в электроэнергетических системах. Это позволяет иметь полную картину функционирования Единой энергетической системы России на различных этапах её развития и разработать ранжированную по объектам и времени Программу модернизации российской электроэнергетики.

Необходимо также проведение комплекса работ по созданию высокоэффективных современных материалов, позволяющих увеличить ресурс работы энергетических установок (в первую очередь газовых турбин) и надёжность их работы. Подобные работы позволят внести существенную инновационную составляющую в процесс модернизации энергоустановок.

Эти работы также являются предметом исследований, проводимых в проекте, и получения конкретных результатов по разработке материалов для использования предельных температур как в газотурбинных установках (15000С и выше), так и в паросиловых установках (6500С и выше).

Важным является отработка существующих и создание новых когенерационных установок малой и средней мощности в составе газовой турбины и котла-утилизатора. Разработка подобных типовых установок, позволяющих покрыть весь диапазон тепловых и электрических нагрузок, приводит к снижению затрат на их проектирование и изготовление и позволяет осуществить процесс их быстрого, индустриального тиражирования.

В проекте будут определены типоразмеры и состав оборудования для серийного производства когенерационных установок.

Для модернизации распределительных систем важнейшую роль играет выбор оптимальной плотности тока в линиях электропередач и создание непрерывно действующей системы учёта, проведения балансов электроэнергии, диагностики и мониторинга сетей.

В проекте будет определена оптимальная плотность тока в распределительных электрических сетях и разработана типовая система контроля, диагностики и мониторинга функционирования распределительных сетей.

Такая система позволит управлять техническим состоянием как распределительных сетей, так и оборудования, находящегося в них. В состав системы войдёт и аппаратура обнаружения в реальном масштабе времени мест короткого замыкания на линиях электропередач и в оборудовании мест несанкционированного отбора электроэнергии, уровня напряжения в узлах системы, состояния трансформаторов, выключателей и иного электротехнического оборудования.

Это позволит резко поднять эффективность работы распределительных электросистем, в которых на сегодняшний день имеются самые большие потери (~12%), и снизить их уровень в два раза.

Подобное построение системы обеспечивает возможность в дальнейшем осуществлять работу сетей в оптимальных режимах с минимальными потерями при компенсации реактивных мощностей. Эти разработки позволяют перейти к построению независимых от централизованных сетей энергосистем, в которых располагаются генерирующие мощности для выработки электроэнергии в непосредственной близости от локальных потребителей с учетом их специфических запросов по объемам и профилю потребления, объединённые локальными электросетями (так называемые распределённые энергосистемы). Инвестиционные достоинства и финансовая эффективность распределённых систем обусловлены относительно невысоким уровнем первоначальных вложений, возможностью быстрого и поэтапного ввода в эксплуатацию, полным контролем со стороны потребителя. В дополнение к этому системы оборудуются приборами учета, контроля и автоматического регулирования и управления, алгоритм которого позволяет вести оптимальное функционирование всех составляющих и системы в целом. Громадную роль играют при этом изделия сильноточной электроники, позволяющие организовывать процессы активного управления потоками электроэнергии и поддержание оптимального режима функционирования. Такие системы резко увеличивают безопасность работы всей энергетической системы России, защищая её от воздействия террористов и чрезвычайных обстоятельств.

В силу отмеченных достоинств системы распределённой генерации энергии рассматриваются как важнейшая составляющая в новой парадигме развития мировой энергетики.

В проекте будет определена локальная система распределённой генерации в одном из районов страны и произведены все обосновывающие расчёты по выбору необходимого оборудования и параметров с целью создания конкретной распределённой управляемой энергосистемы с выбором алгоритма управления. Работы по созданию распределённых систем генерации начаты во многих развитых странах мира, но особенно широко ведутся в США. При этом комбинируются процессы создания общей электроэнергетической системы страны с учётом опыта её создания в СССР и управляемых распределённых локальных энергосистем. У нас в стране основное внимание должно быть обращено на создание локальных распределённых энергосистем и их связь с ЕЭС России, т.к. имеющаяся в России Единая энергетическая система в настоящее время по всем параметрам опережает то, что имеется в США.

Таким образом, данный проект позволяет выработать основные решения, которые создают научно-техническую базу для выполнения важнейшей и актуальной задачи – проведения масштабной модернизации российской электроэнергетики с использованием инновационных технологий, и, тем самым, запустить единый процесс развития электроэнергетики совместно с энергомашиностроительной отраслью, электротехнической, автоматики и приборостроения, производства различных материалов и многих других отраслей, связанных заказами с электроэнергетикой.

Общий экономический эффект от внедрения разработок, осуществлённых в проекте, по самым общим оценкам приведёт к экономии в год более 40 млрд.м3 газа, снижению на 35 млрд.кВт.ч потерь в электрических сетях, появлению современных инновационных разработок и даст большой импульс к построению инновационной электроэнергетики.

Необходимо также подчеркнуть, что инновационная составляющая, присутствующая во всех перечисленных отраслях и подотраслях, приводит к построению новой экономики знаний.

Срок выполнения первого этапа проекта: 2010 - 2013 гг.

Ориентировочная стоимость первого этапа: 1 млрд. руб.

Исполнители:ЭНИН, ВТИ, ИСЭМ СО РАН, НТЦ электроэнергетики, Теплоэлектропроект, Энергосетьпроект, ВНИПИ ЭНЕРГОПРОМ, Институт материаловедения РАН, ЦНИИТ МАШ.

Проект I.5. «Развитие децентрализованной когенерационной энергетики»

В связи с высокой эффективностью выработки электроэнергии на таких ГТУ–ТЭЦ их окупаемость достаточно быстрая. В стране уже реализованы десятки таких установок, а ГТУ–ТЭЦ на базе двигателей Р-29-300, построенная в 2001 г. Новополоцке (Белоруссия), окупилась через 3 года.

В совершенствовании ГТУ средних и малых размеров на ближайшие годы есть ряд научных проблем, связанных с необходимостью повышения температуры газа (КПД – затраты топлива), эффективность сгорания (экология) и ресурс (эксплуатационные затраты).

Географические и природные особенности нашей страны (холодный климат и большие запасы органического топлива – газ, уголь) определяют, что из экономических и эксплуатационных соображений газовые турбины должны стать, во всяком случае на десятки лет, основой резкого повышения эффективности электроэнергетики. Газовая турбина – агрегат, сегодня обеспечивающий в сложном цикле преобразования теплотворной способности топлива в электроэнергию наибольшую эффективность. Это связано с работой ГТУ при высоких температурах газа – сегодня реально 1500ОС за счет многолетних научно-исследовательских работ по новым жаропрочным материалам, совершенствования методов газодинамического, теплового, прочностного проектирования и технологий производства.

Сегодня в России широкое применение газовых турбин может и должно радикально улучшить обеспечение электроэнергией и теплом, резко подняв эффективность их производства.

В стране сегодня более 30000 котельных, работающих на газе. Значительная часть из них просто переделана из угольных, т.е. их КПД очень низок – до 50–60%. Но главное – при замене таких котельных на ГТУ–ТЭЦ, т.е. когенерацию электроэнергия–тепло, можно резко поднять эффективность использования газа и либо получать почти бесплатную электроэнергию (при замене плохих котлов), либо при прежнем тепле с добавлением всего 20–30% газа получать электроэнергию с очень высоким КПД – 65–70%. Этот резерв мощности в стране сегодня до 90 ГВт.

Для решения такой задачи в стране есть нужные газотурбинные установки (более 15 типов), созданные на предприятиях авиадвигателестроения в период последних 20 лет. Десятки их уже в эксплуатации. Нужно несколько улучшить их эмиссию – состав выхлопных газов. Решения для этого есть. Кстати, более 2000 отечественных малых ГТУ работает на газоперекачке. Массовость ГТУ–ТЭЦ решает одновременно задачу децентрализации электро- и теплообеспечения, резко снижая затраты на сети и повышая надежность.

Исполнители проекта:

ОИВТ РАН, ВТИ, ЦИАМ, ЛМЗ, ЦКТИ, Салют, Пермские моторы, ВИАМ.

Потенциал проекта в сфере энергосбережения.

Развитие мощности электроэнергетики страны на 40%.

Затраты на повышение эффективности проекта

- бюджетные средства на НИР по материалам и исследованиям газодинамики, теплообмена и прочности 600 млн.руб (2010–2012 гг.).

Проект I.6. «Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве за счет массового использования теплофикационных установок с каталитическим сжиганием угля»

Теплоснабжение в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) России в настоящее время является одним из наиболее расточительных с точки зрения энергетики секторов экономики страны. Неоправданно высокий уровень энергозатрат в сфере ЖКХ обусловлен, прежде всего, использованием многочисленных локальных (мощностью до 10–20 Гкал/час) угольных котельных с устаревшей технологией сжигания топлива. В настоящее время затраты бюджетов всех уровней на эксплуатацию коммунальных котельных ЖКХ оцениваются в 150-180 млрд.руб./год, а потребление энергоресурсов достигает около 60-70 млн. тонн угля. Наряду с низкой энергоэффективностью коммунальные котельные на угле являются источниками повышенной экологической опасности, загрязняя атмосферу оксидами серы, углерода и чрезвычайно канцерогенным соединением бенз(а)пиреном. Бенз(а)пирен входит в России в число основных загрязнителей, по которым в большинстве городов предельно допустимый уровень содержания превышен в 5-10 раз.

На основе разработок институтов РАН (Институт катализа СО РАН и др.) созданы и уже промышленно эксплуатируются угольные котельные с использованием новых технологий сжигания топлива в кипящем слое функциональных наноматериалов – катализаторов. Ускоренная модернизация коммунальных котельных за счет использования современных каталитических технологий и оборудования по сжиганию каменных, бурых углей, а также отходов углеобогащения и иных видов доступного твердого топлива позволяет в сжатые сроки обеспечить очень существенную экономию используемого топлива и одновременно решить важнейшие экологические проблемы. Сжигание твердого топлива в кипящем слое частиц катализатора приводит к более полному окислению компонентов топлива, окисление протекает при более низких температурах и за более короткое время. Это позволяет проводить полное сжигание топлив при температурах 550–7500С (вместо 1000–12000С в обычных технологиях) в пределах псевдоожиженного слоя, без выхода процесса горения в газовое пространство над кипящем слоем и уноса значительных количеств теплоты с неоправданно перегретыми дымовыми газами. Процесс каталитического горения устойчив, и управление им легко поддается полной автоматизации. За счет каталитического сжигания твердого топлива в кипящем слое катализатора удается снизить его расход в 2 раза (результаты промышленной эксплуатации котельной), а выбросы в атмосферу уменьшить в 5-10 раз по сравнению с традиционным слоевым сжиганием угля при сохранении капвложений на реконструкцию котелен на существующем уровне.

В настоящее время отработана технология каталитического сжигания твердых топлив разного происхождения и освоено производство каталитических теплофикационных установок на основе сжигания углей тепловой мощностью от 1 до 10 Гкал/час. Потребность жилищно-коммунального хозяйства России в таких современных котельных оценивается в 10 тыс. штук.

Исполнители проекта (на данные момент):

Изготовление оборудования

ОАО «Бийскэнергомаш» (г. Барнаул).

ОАО «Подольский котельный завод» (г. Подольск).

Проектирование, автоматизация, пуско-наладочные работы

ОАО «Термософт–Сибирь» (г. Новосибирск).

ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» (объединение «ТВЭЛ» Росатома) (г. Новосибирск).

Обеспечение катализатором

ОАО «Катализатор» (г. Новосибирск).

ЗАО «Щелковский катализаторный завод» (г. Щелково).

Научно-техническое сопровождение проекта.

ИК СО РАН.

Потенциал проекта в сфере энергосбережения и экологии

  • Сокращение потребления топлива (каменного и бурого углей) в сфере ЖКХ к 2013–2015 г.г. на 25-30 млн. тонн/год.

  • Вовлечение в энергопроизводство до 100 млн. тонн некондиционных отходов углеобогащения в Кузбассе.

  • Сокращение расходов местных бюджетов на теплоснабжение в сфере ЖКХ (здравоохранении, образовании и др.) к 2013–2015 г.г. на 50 млрд.руб./год.

  • Снижение загрязнения атмосферы продуктами сжигания (оксиды азота, бенз(а)пирен, оксид углерода в 7-10 раз.

Затраты на старт ускоренной реализации проекта:

  • Бюджетные средства – 600 млн. руб. (2010–2012 г.г.);

  • Внебюджетные средства – 1200 млн. руб. (2011–2015 г.г.).

Проект I.7. «Повышение надежности работы энергосистем за счет применения быстродействующих ограничителей тока в энергосетях»

Экономическое развитие связано с развитием электроэнергетических сетей с соответствующим ростом электрических нагрузок, увеличением генерирующих мощностей, усиления связей с соседними электроэнергетическими системами и созданием крупных объединенных систем, что ведет к снижению надежности работы энергосистемы, ухудшению ее статической и динамической устойчивости.

В связи с развитием электроэнергетических сетей происходит рост токов короткого замыкания, резко проявляющийся в регионах с высокой плотностью энергопотребления. Увеличение токов короткого замыкания приводит к повреждению обмоток генераторов, синхронных компенсаторов, трансформаторов, реакторов и электрических аппаратов, в том числе и к возникновению пожаров на энергообъектах.

Быстродействующие ограничители тока позволяют ограничить значения ударного и установившегося токов, иметь быстродействие не более 2-3 мс, не оказывать влияние на режимы работы сети, не оказывать влияние на работу других элементов сети, иметь автоматическое срабатывание и восстановление после устранения тока короткого замыкания.

ОИВТ РАН и ОАО «НТЦ Электроэнергетики» разработали, создали модель и провели испытания быстродействующего ограничителя тока на напряжение 20 кВ и временем срабатывания 3 мс. Проведены проработки токоограничителя на напряжение 110 кВ.

Имеющийся опыт разработок позволяет в настоящее время создать быстродействующий ограничитель тока для электросетей напряжение до 220 кВ.

Для выполнения работ потребуется привлечение специалистов ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ОАО «Запорожтрансформатор».

Срок создания опытно-промышленного образца быстродействующего токоограничителя для сетей напряжением 110 (220) кВ – 1-1,5 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможно дальнейшее серийное производство быстродействующих ограничителей тока.

Применение быстродействующих токоограничителей перспективно как в электроэнергетике, так и для электросетей переменного тока железных дорог с напряжением 27,5 кВ, где количество коротких замыканий составляет в год в среднем 40-50 на питающую линию (фидер) в год. Потенциальный рынок для быстродействующих ограничителей тока и электросетей переменного тока ОАО «РЖД» оценивается в несколько тысяч штук в год.

Создание опытно-промышленного образца потребует привлечение специалистов ОИВТ РАН, ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ФГУП «ВЭИ», ОАО «Криогенмаш», ОАО «Энергосетьпроект», ОАО «ВНИИКП», ОАО «Электромеханика», ФГУП «ТУ МЭИ».

Срок изготовления опытно-промышленного образца – 2,5 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможен серийный выпуск таких систем, общий рынок которых в России может прогнозироваться в объеме 25-35 млрд. руб. в течение 2010-2020 годов. Такой рынок сбыта ожидается в странах СНГ и Азии.

Проект I.8. «Плазменная газификация и пиролиз органосодержащих веществ»

Сырьем для газификации могут быть отходы древесины, быстрорастущие сорта кустарников и деревьев, специально подготовленные муниципальные отходы (RDF), а также уголь, запасы которого велики. Безусловно, целесообразна высокотемпературная газификация для получения горючих газов (синтез-газа : СО+Н2) для генерации электроэнергии и получения жидких топлив. Наиболее перспективным новым методом является плазменная газификация. Ее преимущества – высокое теплосодержание получаемого синтез-газа, расширенные возможности управления процессом, низкая энергетическая стоимость, повышение производительности. Использование плазмы в процессах пиролиза и газификации является выгодной альтернативой применению чистого кислорода в составе дутья, так как позволяет существенно упростить технологическую цепочку и расширить возможности управления процессом газификации. Отличительной особенностью плазменных процессов является их высокая селективность, обеспечивающая получение целевых продуктов при незначительном образовании побочных. Кроме того, плазменный метод позволяет получить непосредственно, без промежуточных стадий соотношение Н и СО~ (50% на 50%) по объему, что важно для эффективного получения жидких топлив методом катализа.

В настоящее время наблюдается бум исследований и разработок в этой области ( в первую очередь США, Япония, Швеция и др.). Прогноз в США: через 10 лет 20 % энергетических потребностей и до 50 % полученных жидких топлив будет удовлетворяться за счет переработки древесины [George W. Huber and Bruce E. Dale, Grassoline: Biofuels beyond Corn, Scientific American, 2009 July, Vol. 300, Issue 7].

В связи необходимостью развития возникают фундаментальные проблемы, связанные с физикой плотной низкотемпературной плазмы и электрофизикой, которые требуют решения в ближайшем будущем.

Исполнитель: ИЭЭ РАН.

Проект I.9. «Высокоэффективные энергоресурсосберегающие источники света»

Предмет заявки (концепция): разработка энергосберегающих безэлектродных люминесцентных ламп, c ресурсом работы свыше 60,000 часов и световой отдачей более 80 Лм/Вт. Данные лампы работают по принципу индукционного разряда трансформаторного типа: газовый разряд является “вторичным” витком трансформатора. При данном способе генерации разряда из конструкции лампы полностью исключаются разрушающиеся с течением времени узлы (электроды). Срок службы в этом случае определяется только временем деградации люминофора. Для современных люминофоров это более 60-ти тысяч часов, что более чем в 6 раз превышает срок службы обычных люминесцентных ламп (~10 000 часов).

Оценка рынка: разрабатываемые энергосберегающие индукционные люминесцентные лампы предназначены для замещения неэффективных (~10-15 Лм/Вт) ламп накаливания, а также существующих аналогов – электродных люминесцентных ламп и компактных люминесцентных ламп с эффективностью 55–80 Лм/Вт и сроком службы 10 тысяч часов. Область применения разрабатываемых индукционных люминесцентных ламп: внутреннее освещение жилых помещений, учреждений, производственных помещений, общественных мест и т.д. Потенциальные потребители индукционных люминесцентных ламп: промышленные предприятия (освещение производственных помещений), организации и учреждения (освещение офисов, конференц-залов, аудиторий), транспорт (освещение вокзалов, станций метро и т.д.), торговля (освещение в торговых центрах, складах продукции), и т.д. В частности, установка индукционных люминесцентных ламп с большим сроком службы в труднодоступных местах на большой высоте (цеха, склады, залы и т.д.) существенно снижает затраты на периодическую замену ламп.

Оценка состояния разработок:по предлагаемой тематике в институте Теплофизики СО РАН создан большой задел. Разработаны и созданы опытно–промышленные образцы безэлектродных ультрафиолетовых ламп низкого давления, мощностью от 50 до 500 Ватт, работающие по принципу индукционного разряда трансформаторного типа. Данный принцип генерации разряда позволяет получать безэлектродную плазму в низкочастотном радиодиапазоне (~100 кГц), упрощает задачу согласования источника питания и нагрузки, уменьшает уровень излучаемых радиопомех. Основным преимуществом разработанных индукционных УФ ламп является большой срок службы (~60,000 часов), что в 6–8 раз больше срока службы аналогов (электродных УФ ламп низкого давления).

Разработанные опытно–промышленные образцы имеют эффективность преобразования подводимой электрической мощности в бактерицидное УФ-С излучение ~35%, что соответствует эффективности аналогов (от 30 до 40%, в зависимости от мощности лампы).

Разработанные индукционные УФ лампы могут быть с успехом использованы в широком круге практических приложений (УФ обеззараживание воды, воздуха, дезинфекция материалов, для проведения фотохимических реакций и т.д.). Например, по данным ведущего российского производителя систем для УФ обеззараживания воды НПО ЛИТ, затраты на периодическую замену УФ ламп составляют ~50% от всех эксплуатационных затрат. Таким образом, использование разработанных безэлектродных УФ ламп позволило бы существенно снизить эксплуатационные затраты и удешевить технологию УФ обеззараживания.

Предлагаемые к разработке индукционные люминесцентные лампы, по сути, являются аналогами разработанных индукционных УФ ламп. Основное отличие заключаются в том, что для индукционных люминесцентных ламп газоразрядная колба должна быть изготовлена из стекла с нанесенным внутри покрытием из люминофора. Таким образом, существующий задел позволит в краткие сроки создать опытно-промышленные образцы индукционных люминесцентных ламп.

Оценка потенциала промышленности: производство индукционных люминесцентных ламп не требует приобретения уникального, дорогостоящего оборудования. Производство этих ламп может быть налажено на предприятиях РФ, производящих стандартные ЛЛ и КЛЛ.

Имеющиеся проблемы:в настоящее время не существует принципиальных проблем для организации работ по внедрению технологии индукционных люминесцентных ламп. Весь вопрос заключается в своевременном финансировании работ в полном объеме.

Программа действий:необходимо выполнить НИР и ОКР по созданию опытно-промышленных образцов индукционных люминесцентных ламп с заявленными ресурсом и световой отдачей, мощностью от 50 до 500 Ватт; выполнить сертификацию и патентование разработки.

Оценка необходимых материальных ресурсов:для проведения НИР и ОКР по созданию опытно-промышленных образцов индукционных люминесцентных ламп необходимо 10 млн. руб. На организацию производства – 100 млн. руб.

Проект I.10. «Повышение энергоэффективности систем теплоснабжения на основе применения универсального технологического комплекса для модификации функциональных поверхностей трубопроводов и оборудования»

В рамках выполнения проектов по ФЦП «Исследования и и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (Заказчик Роснаука) в МЭИ (ТУ) при участии ЗАО «Эко-Энерг», ЗАО «Оптима» и ряда академических организаций разработан универсальный технологический комплекс, позволяющий осуществлять модификацию функциональных поверхностей трубопроводов, теплообменного оборудования, насосов, приборов отопления и запорно-регулирующей арматуры новых и эксплуатирующихся систем теплоснабжения объектов ЖКХ и промышленности, обеспечивающий:

– экономию затрат энергии на привод насосов для транспортировки теплоносителя в тепловых сетях на 30-40% за счет адекватного снижения гидравлического сопротивления и рекуперации объективно-избыточного магистрального давления в электроэнергию;

– уменьшение термодинамических потерь тепловой энергии не менее чем на 30% за счет предотвращения утечек теплоносителя;

– повышение к.п.д. насосных агрегатов на 4-6%;

– устранение гидравлической разбалансированности систем, а также «недотопов» и «перетопов» на основе предотвращения накапливания на теплообменных поверхностях термобарьерных отложений;

– существенное сокращение затрат на обеспечение качества теплоносителя и выполнение ремонтных работ на основе полного блокирования протекания коррозионных процессов в период эксплуатации, монтажа и простоев;

– повышение ресурса трубопроводов и оборудования не менее чем в два раза.

Модификация функциональных поверхностей осуществляется посредством формирования упорядоченных молекулярных слоев поверхностно-активных веществ (трубопроводы, поверхности нагрева котлов, теплообменников и т.п.) и нанокомпозитных слоев износо- и коррозионностойких металлов (элементы запорно-регулирующей арматуры, рабочие колеса насосов, элементы пластинчатых теплообменников).

Разработаны соответствующие технологические регламенты, мобильные и стационарные установки, необходимое приборное оснащение для реализации процессов модификации функциональных поверхностей трубопроводов и оборудования, как в условиях производства, так и в условиях эксплуатации применительно к каждой единице оборудования и системам теплоснабжения в целом.

Разработанный универсальный технологический комплекс оборудования был многократно апробирован в натурных условиях применительно к водогрейным котлам, кожухотрубным и пластинчатым теплообменникам, магистральным и разводящим трубопроводам по отдельности, а также применительно к квартальным тепловым станциям (КТС) городской системы теплоснабжения г. Москвы в совокупности, когда модификация функциональных поверхностей всех трубопроводов, теплообменников, насосов и приборов отопления осуществляется без останова системы в период отопительного сезона.

Официально зафиксированный экономический эффект при апробации вышеупомянутого комплекса на КТС-18 ОАО «МОЭК» составляет 8,7 % только по экономии потребляемого газа за отопительный период, что в пересчете на всю систему теплоснабжения г. Москвы в денежном выражении будет соответствовать примерно 1 млрд. руб./год.

Универсальность и относительная простота комплексного применения разработанных технологий и оборудования позволяют существенно повысить энергоэффективность и надежность новых и эксплуатирующихся, централизованных и децентрализованных систем теплоснабжения практически при любом качестве теплоносителя.

Исполнители: МЭИ (ТУ) при участии ЗАО «Эко-Энерг», ЗАО «Оптима».

Сроки выполнения: 2010-2012 гг.

Стоимость работ: 150 млн. руб.

Проект I.11. «Взрывной мобильный комплекс для испытания и повышения надежности энергетического оборудования при ударах молнии»

1) Народно-хозяйственная проблема.

С внедрением микропроцессорной техники в системы релейной защиты, автоматики и управления нарастающим темпом увеличивается число аварийных ситуаций в энергосистемах, связанных с повреждениями цепей вторичной коммутации на территории подстанций (ПС) за счет прорыва к ним тока молнии по каналам искровых разрядов, стартующих из зоны растекания токов молнии. Изоляционные расстояния, нормированные в ПУЭ по результатам слаботочных лабораторных испытаний грунтов, не обеспечивают защиты кабельных цепей от таких воздействий. Отключения высоковольтных линий (ВЛ) и силового оборудования ПС за счет электромагнитных сбоев в системы релейной защиты, автоматики и управления и повреждений низковольтных коммуникаций значительно превышают последствия воздействия грозовых перенапряжений на силовое высоковольтное оборудование. По статистическим данным за 25 лет в Мосэнерго регулярно (примерно раз в 5 лет) на ПС в грозовой сезон происходят повреждения вторичного оборудования и ложная работа устройств РЗА с серьезными последствиями: отключения ВЛ или полностью ПС и, как следствие, повреждение оборудования потребителей и в целом снижение качества электроснабжения.

Низкая надежность молниезащиты в высокоомных грунтах в равной степени характерна для ряда важнейших отраслей национальной экономики, в частности, для ОАО «Газпром», ОАО «РЖД», нефтяной отрасли и др. Причина кроется в недостатке фактических данных об импульсных характеристиках грунта, которые определяют уровень грозовых перенапряжений в цепях силового оборудования, а главное, - уровень электромагнитных наводок в коммуникациях микропроцессорной техники. Примером значительных финансовых потерь, больших потерь энергоносителей в нефтяной отрасли является пожар на нефтебазе в г. Сургуте в августе 2009 года вызванный ударом молнии.

2) Энергоэффективность.

Энергоэффективность проекта достигается, прежде всего, благодаря повышению надёжности электроснабжения потребителей, исключения всех видов потерь связанных с поражением объектов ударами молнии. Снижение энергозатрат на восстановительные работы только по электроэнергетики составит в стоимостном выражении более 2 млрд. руб. в год. Здесь имеется ввиду снижение затрат на ремонт подстанций, системы заземления высоковольтных линий, установку дополнительных ОПН (затраты 1-2 млн. руб. на километр ВЛ). В нефтегазовой отрасли прямые энергозатраты на восстановление хранилищ топлива, ремонт и замену насосов перекачивающих станций выходящих из строя при ударе молнии в ВЛ составляет более 5 млрд. руб. в год.

3) Энергобезопасность.

Проект ориентирован на повышение надёжности электроснабжение потребителей, исключения аварий как на объектах электроэнергетических отраслей, так и на предприятиях других секторов экономики, в частности нефтегазового комплекса, железнодорожного транспорта и, прежде всего, электрифицированных линий. Бесперебойная работа поименованных выше отраслей определяет энергобезопасность страны вцелом.

4) Существующий задел.

Проведение полномасштабных испытаний грунтов импульсными токами, адекватными токам молнии реальны благодаря поисковому этапу работ по использованию в интересах практической молниезащиты мобильного испытательного комплекса (МИК) на основе взрывомагнитного генератора (ВМГ). В рамках договоров №.3/05 от 01.02.05г (Заказчик ОАО «ФСК ЕЭС») и №.6/07 от 15.06.07г (Заказчик ОАО «НТЦ Электроэнергетики») ОИВТ РАН совместно с ОАО “ЭНИН”, ООО “ЭЛНАП”, ИПХФ РАН выполнили комплексные исследования, включающие:

- разработку макетного образца МИК, успешно испытанного на ПС 110 кВ “Донино”, а также в условиях грунтов низкой проводимости на полигоне ИПХФ РАН;

- проект и подготовку полного комплекта технической документации для изготовления экспериментального образца МИК;

- разработку и испытания ВМГ, снаряжённых эмульсионными взрывчатыми веществами. Данное решение полностью снимает проблему режимной транспортировки МИК по территории РФ;

- разработку схем ввода импульсного тока в объект испытаний и регистраций реакции испытуемого объекта на полномасштабное воздействие;

- разработку и полевую проверку методических основ использования МИК на объектах электроэнергетики, построенных на синтезе предварительного обследования малыми импульсными токами с целью выявления потенциально опасных узлов и контрольных полномасштабных испытаний;

- создание основ методики испытаний грунтов различного состава и проводимости с целью формирования национального банка данных об импульсных характеристиках грунтов, необходимого для проектирования новых объектов электроэнергетики.

Таким образом, создан научно-технический задел достаточный для разработки и изготовления опытно-промышленного образца оборудования для полномасштабных испытаний молниезащиты токами молнии с целью решения вопросов повышения надёжности и экономичности высоковольтных сетей и систем молниезащиты объектов в различных отраслях промышленности.

5) Выход на серийное производство комплексов возможен через 1-2 года после создания опытно-промышленного образца мобильного испытательного комплекса и проведения его испытаний в полевых условиях в различных регионах страны на различных грунтах и объектах. Предварительные расчёты показывают, что потребность в мобильных испытательных комплексах может составить 5-10 единиц на одну межрегиональную сеть. Следовательно, общее количество в серии может достигать 60-80 единиц. В состав комплекса входят расходные элементы взрывомагнитные генераторы. Для обеспечения работы всех комплексов потребуется от 2000 до 5000 штук ВМГ в год. Серийное производство комплексов и генераторов к ним необходимо организовать на одном из предприятий России. Стоимость изготовления серийного образца комплекса составит не более 75 млн. руб., следовательно затраты на серию составят до 6 млрд. руб. Всю серию можно изготовить полностью на отечественных предприятиях за 4-5 лет. Опыт серийного изготовления ВМГ есть, например, завод «Электросила» г. Сан-Петербург изготавливал генераторы в 90-х годах сериями по 150 и более шт.

6) Для выполнения работ необходимо привлечь следующие организации:

- Московский энергетический институт, Московский физико-технический институт, Российская академия наук (Объединённый институт высоких температур, Институт проблем химической физики и др.), ОАО «Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского», ОАО «Федеральная сетевая компания ЕЭС», ЗАО «Специальные энергетические технологии», ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ООО «Электромагнитная совместимость, наука и практика», ОАО «Всероссийский электротехнический институт», ОАО «Электросила». ОАО «Раменский электротехнический завод «Энергия».

Проект I.12. «Волоконно-оптические трансформаторы»

На основе разработок ИРЭ РАН совместно с ООО «Уникальные волоконные приборы» и ОИВТ РАН были разработаны и начато опытное производство волоконно-оптических датчиков тока и напряжения.

Волоконно-оптические датчики – это новое поколение измерительных приборов, которые решают современные проблемы энергетики (экологическая, пожарная опасность, нестабильность, ухудшение точности и т.д.), предлагают новые возможности (точное определение места короткого замыкания, анализ качества электроэнергии, цифровой выход) и ежегодно будут давать экономическую выгоду более 1 млрд. руб. в год. Этот тип приборов приходит на смену традиционным измерительным трансформаторам, для применения во многих отраслях промышленности (энергетика, металлургия, химические производства, РЖД, метрополитен, метрология а так же любые крупные энергоемкие производства).

Суть работы прибора заключается в измерении параметров оптического сигнала под действием магнитного поля, наведенного на волоконно-оптические кольцо, проходящим через него токопроводом (эффект Фарадея). Измеряя набег фаз двух оптических сигналов с круговой поляризацией, можно с высокой точностью измерить силу проходящего тока. Такая схема работы приборов дает уникальных преимуществ:

- Снижение эксплуатационных затрат, за счет отсутствия необходимости проведения регламентных работ (смена масла), значительно меньшей массы и габаритных размеров и простота монтажа и эксплуатации;

- Высокая пожаро- и взрывобезопасность за счет абсолютной гальванической развязки чувствительного элемента (чувствительный элемент диэлектрик), и пассивного чувствительного блока (чувствительный блок не требует питания);

- Широкий спектр применения прибора за счет широкого диапазона измеряемых токов одним приборов (например, от 100А до 4000А), причем общий диапазон измеряемых токов от 100мА до 450 кА, рабочие температуры от -40 до +60°С;

- Высокая точность измерения- класс точности приборов 0,2S, для любых номинальных токов 110-750 кВ и с сохранением динамического диапазона измерений не менее 10;

- Выходной сигнал в цифровом (Ethernet, RS 232, USB) и аналоговом (1А, 8В, 4..20мВ )виде, с возможностью передавать, хранить и обрабатывать данные с помощью специального программного обеспечения.

Все ключевые компоненты приборов (в том числе специальное магниточувствительное волокно) разработаны и производятся собственными силами, что дает возможность гибко подходить к ценовой политике. Продукция рассчитана в основном на высоковольтное оборудование (от 110 кВ), с учетом вышеуказанных преимуществ, продукция компании будет стоить на уровне традиционных измерительных трансформаторов.

Ключевой элемент проекта – уникальное чувствительное оптическое волокно (нановолокно), которое позволяет достигать высоких точностных и эксплуатационных характеристик. Суть этого волокна – это его структура, в которой эллиптическая кварцевая сердцевина размером 1-3 мкм весит на тонких кварцевых ребрах размером 80-100нм. За счет минимизации кварцевых ребер сердцевина фактически «висит» в воздухе, что дает возможность без потерь оптических характеристик (которые обеспечивается эллиптической сердцевиной) получать spun-волокно (тип волокна, который позволяет измерять электромагнитное поле источника тока по всей своей длине с высокой точностью). Поэтому объектом нанотехнологий – является нановолокно, которое определяет работу всего волоконно-оптического датчика.

На сегодняшний день прибор прошел успешные испытания на Красноярском алюминиевом заводе, Ленинградской атомной станции, а так же все испытания для получения сертификата. Заключены первые договора на поставку.

В рамках проекта планируется создать производство нановолокна и организовать сборку волоконно-оптических датчиков на базе нановолокна. В течение первого года проекта планируется произвести поставку, установку оборудования и запуск производства. Второй год проекта – это увеличение мощности производства и выход к третьему года проекта на проектную мощность предприятия – 6 000 шт/год. Срок окупаемости проекта 5 лет. Выручка при выходе на проектную мощность составит 3 млрд. руб.

Проект I.13. «Повышение экономичности газотурбинных и парогазовых установок путем ввода воды или пара в тракты ГТУ»

Ввод воды (пара) в тракт газотурбинных установок позволяет увеличить их экономичность и удельную мощность (мощность на единицу расхода воздуха на входе в компрессор ГТУ).

  1. Наиболее простым и дешевым путем является ввод воды в компрессор ГТУ в количестве до 2-2,5% от расхода воздуха. Он позволяет увеличить удельную мощность установки на 10-15%. В отдельных случаях это сочетается с ростом КПД компрессора на 1-2%. Впрыск воды осуществляется как на вход компрессора, так и в его промежуточные ступени. Эффективность впрыска зависит от дисперсности распыла вводимой воды. Разработана технология получения капель размером менее 3 мкм против 15 мкм, реализуемых при использовании существующих форсунок. Для получения тонкого распыла используется новая технология взрывного вскипания перегретой воды (вода подогревается отработанными газами ГТУ) Впрыск воды в компрессор может быть реализован как на новых, так и на действующих установках.

  2. Впрыск воды в закомпрессорный водух. Используется в ГТУ с регенерацией тепла для повышения степени регенерации тепла отработанных газов ГТУ. Позволяет увеличить КПД цикла до 45-47%. Может быть эффективно реализован при модернизации (конверсии) авиационных двигателей для их использования в автономных наземных энергетических установках.

  3. Создание парогазовых установок с впрыском пара в камеру сгорания ГТУ (ПГУ смешения). Уступая бинарным парогазовым установкам по КПД (на 2-3%), эти установки требуют примерно на 15% более низких капитальных затрат, что обеспечивает снижение стоимости выработки электроэнергии на 7-8% по сравнению с бинарной ПГУ. Прототипом таких установок являются ГТУ LM-1500 фирмы General Electric (США) и установка МЭС-60 (ММПП «Салют», Россия), проходящая отработку на ТЭЦ-21 Мосэенерго. Установки рассчитаны на использование в «большой» энергетике.

  4. Исполнители: ОИВТ РАН, ВТИ, ММПП “Салют”, Пермские моторы.

  5. Сроки реализации: 2011 – 2013 гг.

  6. Ориентировочная стоимость работ: 300 млн. руб.

Проект  I.14. «Производство аппаратно-программных средств для автоматизированных систем управления технологическими процессами в атомной энергетике, электро- и теплоэнергетике»

Подавляющее большинство действующих блоков электростанций были введены в эксплуатацию до 90-х годов предыдущего столетия и подлежат серьёзной реконструкции, в том числе, и в части автоматизации технологических процессов производства. Объём рынка автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) только на объектах АЭС, ТЭЦ, ГРЭС и ГЭС России до 2015 года составляет около 90 млрд. рублей.

Этот огромный рынок высокотехнологичной индустрии до настоящего времени был отдан зарубежным компаниям, и энергетика России оказывается в зависимости от зарубежных средств управления технологическими процессами.

Экспериментальным заводом научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро РАН при участии ряда институтов РАН разработаны и освоены в серийном производстве аппаратно-программные средства, не уступающие по основным техническим характеристикам продукции ведущих зарубежных компаний. Основными техническими характеристиками предлагаемого продукта являются полнота, быстродействие и живучесть системы. Полнота определяется способностью продукта создавать любые виды АСУТП необходимые для решения задач автоматизации технологических процессов АЭС, ТЭЦ, ГЭС и ГРЭС. Продукт, созданный ФГУП ЭЗАН, способен решать все задачи по автоматизации объектов теплоэнергетики, а также многие задачи автоматизации атомной энергетики и электроэнергетики. Программно-технические средства позволяют создавать программно-технические комплексы как централизованной, так и распределённой архитектуры, работающие в режиме жёсткого реального времени.

Технические средства – это широкий набор аппаратуры нижнего уровня (контроллеров, устройств сопряжения с объектом автоматизации), аппаратуры верхнего уровня - автоматизированных рабочих мест операторов и инженеров (АРМ), а также телекоммуникационного оборудования для организации локальных вычислительных сетей (ЛВС). Для построения централизованных многоканальных высокопроизводительных систем автоматизации ФГУП ЭЗАН разработал и выпускает контроллеры в стандартах CompactPCI и VME. Один контроллер CompactPCI позволяет осуществить контроль и управление системой имеющей до 832 сигналов ввода/вывода, а контроллер VME – до 1152.

Аппаратно-программные комплексы ФГУП ЭЗАН уже успешно применяются в промышленности на АО «Мосэнерго» ТЭЦ-25,Магнитогорском металлургическом комбинате, Каширской ГРЭС, МУП «Ярводоканал», Калининской, Курской и Волгодонской АЭС, Костромской ГРЭС, АК «Транснефть».

Исполнитель: ФГУП ЭЗАН.

Проект I.15. «Разработка научных основ и промышленная реализация технологий глубокой переработки природного газа с получением ценных нефтехимических продуктов-легких олефинов»

1. Задачи проекта.

Создание первой промышленной установки переработки природного газа в легкие олефины, необходимые для дальнейшего производства широкой гаммы полимеров – полиэтилена, полипропилена, полистирола и т.д.

Практическая реализация принципиально нового процесса синтеза олефинов (этилена, пропилена, бутиленов) из метанола и/или диметилового эфира с применением катализаторов на основе наноструктурированных молекулярных сит.

Обеспечение рационального использования природного газа для производства продуктов с высокой добавленной стоимостью.

2. Состояние проблемы.

Для нефтехимической промышленности РФ и развитых стран характерен быстрый рост производства полимеров, что приводит к росту потребления исходных мономеров-олефинов С24, ароматических углеводородов и др.

До настоящего времени промышленное производство олефинов С24 базируется на процессах разрыва С-С связей (пиролиз, каталитический крекинг) или разрыва С-Н связи (дегидрирование). Ведущие исследовательские центры мира, в том числе РАН, разрабатывают принципиально новые процессы, которые предусматривают производство олефинов через образование С-С связи при превращении одноуглеродных атомов (природного газа-метана, окиси углерода, метанола). Эти процессы базируются на использовании наноструктурированных молекулярных сит с размером пор 0,58-0,59 нм.

Фундаментальные исследования институтов РАН, в частности ИНХС РАН, создали все необходимые предпосылки для разработки технологии, создания научных основ синтеза гетерогенных наноструктурированных катализаторов и химического процесса синтеза легких олефинов.

Предлагаемая инновационная технология переработки природного газа в легкие олефины и разработанная для этого процесса технология приготовления гетерогенных катализаторов на основе молекулярных сит, позволит ликвидировать намечающееся отставание от ведущих зарубежных фирм.

3. Этапы и сроки работы.

Данная работа состоит из нескольких этапов и включает в себя:

разработку регламента и технических условий на получение опытно-промышленных партий гетерогенного катализатора на основе молекулярных сит.

Срок: 2009-2010 годы.

Разработку технологической схемы синтеза легких олефинов из метанола и/или диметилового эфира в стационарном слое гетерогенного катализатора.

Срок: 2009 – 2010 годы.

Разработку технологии регенерации гетерогенного катализатора.

Срок: 2009 – 2010 годы.

Разработку базового проекта первой промышленной установки.

Срок: 2010 – 2011 годы

Разработку конструкторской документации на нестандартное оборудование.

Срок: 2010 – 2011 годы.

Разработку рабочих чертежей первой промышленной установки.

Срок: 2010 – 2011 годы.

Строительство первой промышленной установки и ввод ее в эксплуатацию.

Срок: 2011 – 2012 годы.

4. Исполнители.

Головные организации: ИНХС РАН, ИПХФ РАН.

Соисполнители: МГУ им. М.В. Ломоносова, ИК СО РАН, ИОХ РАН.

5. Размещение установки.

Первую установку наиболее целесообразно построить на предприятии ОАО «ТАИФ», г. Казань.

Проект I.16. «Многокаскадные арсенид-галлиевые солнечные элементы с эффективными оптическими концентраторами света»

Объем производства солнечных фотоэнергосистем растет стремительными темпами (30 – 40% в год). Общий рынок фотоэнергосистем увеличился до уровня производства нескольких гигаватт в год, несмотря на то, что стоимость «солнечной» электроэнергии превышает стоимость сетевой электроэнергии. Одним из путей уменьшения стоимости солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) является уменьшение количества полупроводникового материала для изготовления солнечных фотопреобразователей (ФЭП). В разрабатываемых СФЭУ используется концентраторы солнечного излучения для значительного уменьшения площади ФЭП. С сильно концентрирующей оптикой выгодно использовать высокоэффективные каскадные ФЭП. В настоящее время в каскадных ФЭП достигнуты наивысшие показатели эффективности (более 35% для трехпереходного элемента на основе структуры GaInP/GaInAs/Ge).

Работы ФТИ им. А.Ф. Иоффе в этой области солнечной энергетики находятся на уровне лучших мировых достижений. Созданы высокоэффективные ФЭП с КПД > 35%, концентраторные модули и фотоэнергоустановки с системами слежения за Солнцем. Разработан подробный бизнес-план организации производства концентраторных СФЭУ. Имеются все шансы организации такого производства в России на основе разработок института и вывода конкурентоспособной высокотехнологичной продукции на международный рынок.

Цели проекта:

- разработка каскадных арсенид-галлиевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), с эффективностью до 40-50% преобразования солнечного излучения.

- разработка и организация опытного и серийного производств высокоэффективных СФЭУ на основе наногетероструктурных фотоэлектрических преобразователей и концентраторов солнечного излучения.

- достижение стоимости «солнечной» электроэнергии, сравнимой со стоимостью сетевой электроэнергии, получаемой от традиционных источников энергии.

СФЭУ, предназначенные для выработки электроэнергии за счёт фотоэлектрического преобразования прямого солнечного излучения. Параметрический ряд СФЭУ имеет установленную мощность в диапазоне от 0,5 до 5 кВт. СФЭУ могут быть снабжены инверторами, преобразующими постоянный ток в переменный, и системами накопления электроэнергии. СФЭУ состоит из концентраторных фотоэлектрических модулей (КФЭМ), расположенных ступенчатым образом на электронно-механической системе слежения за Солнцем, снабжённой датчиком положения Солнца.

Фотоэлектрические преобразователи изготавливаются из полупроводниковых многослойных наногетероструктур с тремя каскадами фотоэлектрического преобразования, оптимизированными для эффективного преобразования различных участков солнечного спектра. Наногетероструктуры фотопреобразователей формируются с помощью газофазной эпитаксии из металлорганических соединений.

Технические параметры продукции, обеспечивающие конкурентоспособность на рынке солнечной энергетики, следующие.

Использование фотопреобразователей с КПД более 40% для преобразования концентрированного солнечного излучения.

Промежуточное концентрирование в 500 – 1000 раз солнечного излучения с оптическим КПД до 90%, пропорциональное снижение площади и удельной стоимости фотопреобразователей.

Существенное (в 2 – 3 раза) снижение потребления расходных материалов (стекло для модулей, металл для поддерживающих конструкций и систем слежения за Солнцем, кабели и инфраструктура) за счет большего (в 2 – 3 раза) КПД фотоэнергоустановок и, как следствие этого, снижение стоимости энергоустановок.

Непрерывное в течение солнечного дня отслеживание положения Солнца с помощью 2-х координатных систем слежения.

Увеличение более чем в 2,5 раза количества электроэнергии, вырабатываемой с единицы площади СФЭУ (за счет большей эффективности слежения за Солнцем) по сравнению со стационарными кремниевыми тонкопленочными солнечными батареями.

Основные потребители продукции:

электрогенерирующие компании, поставляющие электроэнергию в сеть;

автономные потребители электроэнергии, находящиеся вдали от магистральных электрических сетей;

приоритетными являются рынки средиземноморских стран Европы, Германия, США, южные районы России (юг Европейской части, Забайкалье, Дальний Восток и др.). Перспективен для продвижения на отечественный рынок район г. Сочи, в котором в 2014 году состоятся Зимние Олимпийские игры.

Емкость отечественного рынка для данных солнечных энергоустановок оценивается в 50 млрд. руб. в год, ёмкость международного рынка – более 500 млрд. руб. в год. Потенциальный объем рынка солнечных концентраторных фотоэлектрических установок составляет приблизительно 40% от всего фотоэлектрического рынка.

Подготовлен инвестиционный проект «Организация серийного производства нового поколения солнечных электрических установок с использованием нанотехнологий», проект поддержан и рекомендован к реализации Военно-промышленной комиссией при Правительстве РФ, представлен в ГК «Роснанотех» и рекомендован к реализации.

Срок реализации проекта: 2009 – 2013 гг.

Установленная мощность производства (опытного и серийного) СФЭУ свыше 150 МВт в год.

Структура и размещение организуемого производства:

опытно-промышленное производство, включая выпуск наногетероструктур, чипов фотопреобразователей, концентраторных фотоэлектрических модулей и солнечных концентраторных фотоэлектрических установок на суммарную установленную мощность 10 МВт в год;

серийное производство солнечных концентраторных фотоэлектрических установок на суммарную установленную мощность более 140 МВт в год.

Стратегия развития проекта предусматривает повышение конкурентоспособности путем поэтапного и ускоренного вывода на рынок новых поколений продукции с улучшенными характеристиками на основе результатов НИОКР и опытно-промышленного производства, а также снижение стоимости «солнечного» электричества до уровня стоимости «сетевой» электроэнергии.

Планируемая экономическая эффективность к 2014 г.: более 10 млрд. руб. в год.

Исполнитель: ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.

Проект I.17. «Комплексное производство тепловой и электрической энергии в малой энергетике на основе твердых топлив, биотоплив, местных и альтернативных топлив»

Производство тепловой и электрической энергии на предприятиях малой энергетики, использующих местные энергетические ресурсы весьма актуально для предприятий и населенных пунктов, удаленных от магистральных газопроводов или для предприятий, в производственном цикле которых образуется большое количество отходов, обладающих высоким и неиспользуемым энергетическим потенциалом.

Основными недостатками твердых топлив являются низкий энергетический КПД использования, высокая зольность и большое количество токсичных продуктов сжигания.

Эти недостатки могут быть устранены при предварительном преобразовании твердых топлив в жидкие и газообразные продукты. В РАН на основе фундаментальных исследований разработана оригинальная технология одновременного проведения газификации и пиролиза в режиме сверхадиабатического горения и созданы оригинальные установки производительностью до 15000 тонн в год.

В настоящее время завершается разработка и изготовление газификатора второго поколения с производительностью до 15 – 20 тысяч тонн в год, ориентированного на серийное производство. Процесс и оборудование для него запатентованы РАН, завершается патентование за рубежом.

Головная организация: ИПХФ РАН.

Соисполнители: ООО «Европрофиль», ММПП «Союз», ОАО «Электростальтяжмаш».

Проект I.18.  «Создание производства импортозамещающих катализаторов нефтепереработки и повышение качества отечественных моторных топлив»

  1. Объем российского рынка катализаторов нефтепереработки (катализаторы крекинга, риформинга, гидроочистки, изомеризации) оценивается в 2-2,5 млрд. руб./год.

При этом ориентировочно от 75 до 85% объема рынка в настоящее время контролируется зарубежными компаниями и практически 90% моторных топлив в России производится на катализаторах, импортируемых из стран НАТО. Особенно существенно зависит от импорта катализаторов производство крекинг-бензина, - процесса, обеспечивающего большую глубину переработки нефти в светлые продукты. В случае прекращения поставок этих катализаторов крекинга производство бензина в России сократится в течение 3-4 месяцев на 4-5 млн. тонн. В стоимостном выражении ущерб превысит 100 млрд. руб./год.

Объем рынка катализаторов нефтепереработки в странах СНГ и Латинской Америке, куда возможен импорт российских катализаторов, оценивается в 5-6 млрд. руб.

  1. К настоящему времени в организациях СО РАН (Институт катализа, Институт проблем переработки углеводородов) в научно-производственной кооперации с отраслевыми организациями (ОАО «НПП Нефтехим», г. Краснодар) и промышленными предприятиями (ЗАО «Промышленные катализаторы» (ЗАО «Промкатализ»), г. Рязань, ОАО «Ангарский завод катализаторов и органического синтеза» (ОАО «АЗК и ОС»), ОАО «Газпромнефть-Омский НПЗ» разработаны и производятся в промышленном или опытно-промышленных масштабах новые поколения катализаторов крекинга, риформинга бензиновых фракций, гидроочистки дизельного топлива, изомеризации бензиновых фракций. Показатели данных катализаторов соответствуют или превосходят характеристики промышленных катализаторов ведущих зарубежных производителей. Комплексное применение разработанных российских катализаторов на отечественных НПЗ позволит производить моторные топлива (бензин, дизельное топливо) в соответствии с нормами Евро-4 и Евро-5.

  2. Основными потребителями отечественных катализаторов нового поколения могут являться следующие предприятия:

Компания

Потребность в катализаторах, млн. руб./год

ОАО «Роснефть»

800-1000

ОАО «Газпромнефть»

500-700

ОАО «Сургутнефтегаз»

350-400

ОАО «ТНК_ВР»

500-700

Итого:

2100-2800

В настоящее время основное производство российских катализаторов нефтепереработки сосредоточено на следующих предприятиях:

Предприятие

Тип производимых катализаторов

Объем производства,

млн. руб./год

1.

ОАО «Газпромнефть-Омский НПЗ»

мелкосферические катализаторы крекинга

200-250

2.

ЗАО «Промкатализ»

катализаторы риформинга, гидроочистки, изомеризации

150-200

3.

ОАО «АЗК и ОС»

катализаторы риформинга, гидроочистки

200-250

4.

ОАО «Новокуйбышевский завод катализаторов»

катализаторы гидроочистки

150-200

Итого:

700-900

Из приведенных данных видно, что в настоящий момент потребность российских НПЗ в катализаторах удовлетворяется за счет отечественного производства максимум на 25-30%.

  1. Основной проблемой, препятствующей переходу российских НПЗ на новейшее поколение разработанных отечественных катализаторов, является устаревшая материально-техническая база отечественных заводов по производству катализаторов. За счет отсталости российских производств катализаторов сложилось хроническое отставание и базирующихся на отечественных катализаторах промышленных процессов нефтепереработки. Поэтому,вновь создаваемые и модернизируемые НПЗ базируются на зарубежных процессах, что обрекает Россию на еще большую зависимость от импорта.

  2. Для решения существующих проблем в российской нефтепереработке предлагается следующая программа действий:

    1. Создание современного отечественного производства комплекса катализаторов нефтепереработки (крекинг, риформинг, гидроочистка, изомеризации) в форме частно-государственного партнерства на базе заводов ОАО «Роснефть». Суммарная мощность производства такого завода должна составлять по катализаторам:

- крекинга - 12-15 тыс. тонн/год;

- риформинга - 700-800 тонн/год;

- гидроочистки – 1500-2000 тонн/год;

- изомеризации - 700-800 тонн/год.

Суммарный объем производства катализаторов должно составить в стоимостном отношении 4,5-5,0 млрд. руб., причем до 30% продаж должен составить экспорт.

    1. Создание полигона пилотных установок для разработки и освоения в опытно-промышленном масштабе новых отечественных технологий нефтепереработки. Вклад государства в этот проект должен заключаться в создании инфраструктуры, а частного бизнеса - в финансировании эксплуатации созданной инфраструктуры. Созданный полигон должен функционировать в режиме частно-государственного партнерства. Разработка новых российских технологий нефтепереработки обеспечит развитие катализаторных производств и постоянную загрузку производственных мощностей обсуждаемого завода по производству катализаторов.

  1. Необходимые материальные ресурсы для создания завода по производству катализаторов и завода пилотных установок составляют.

    1. Завод по производству катализаторов – 2,0-2,2 млрд. руб., в т.ч. за счет федерального бюджета - 1,0-1,1 млрд. руб. Срок выполнения проекта - 2010-2013 г.г.

    2. Полигон пилотных установок – 1,3-1,4 млрд. руб., в т.ч. за счет федерального бюджета - 0,6-0,7 млрд. руб. Срок выполнения проекта - 2010-2013 гг.

Проект I.19. «Формирование мирового уровня нефтехимических кластеров на основе использования продуктов переработки жирного конденсатного газа Ямало-Ненецкого автономного округа Западной Сибири»

Предмет проекта.

В связи с истощением запасов сухого метанового газа в гигантских залежах в сеномане на севере Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции в ближайшие годы будет начата крупномасштабная разработки нижнемеловых залежей конденсатного и высококонденсатного газа на Уренгойском и др. месторождениях Надым-Пурского междуречья.

По расчетам ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН, в Западной Сибири из добываемого жирного газа можно будет извлечь до 28-30 млн. т этана в год, до 20-22 млн. т пропана и до 12-13 млн. т бутана. Это прямая и упускаемая российской экономикой линия инновационного развития российской экономики!

Основным продуктом переработки этана является полиэтилен. Помимо полиэтилена возможным продуктом переработки жирных газов может быть также фракция жидких ароматических углеводородов – бензола, толуола и ксилола (БТК) по технологии Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и ОАО «НИПИГАЗпереработка» В СО РАН разработаны оригинальные катализаторы для этого проекта.

Близкую по потенциалу сырьевую базу для нефтехимии и производства сжиженного газа имеют только страны бассейна Персидского залива, но в отличие от Российской Федерации они активно развивают свою нефтехимию.

Программа действий. По производству этилена и продуктов нефтехимии Россия в ближайшие годы может выйти на первое место в мире.

Программа реализации предлагаемого суперпроекта должны быть разделена на несколько сбалансированных во времени и по объемам производства и увязанных с потребностями российского и мирового рынков блоков.

Программа должна включать следующие сбалансированные разделы:

  • добыча газа;

  • определение мест переработки и переработка газа в объемах, обеспечивающих полную переработку добытого сырья;

  • выбор систем и направления транспорта энергетического газа (С1) и продуктов его переработки;

  • определение количеств газов С24, направляемых на нефтехимию и сжижение;

  • определение мест создания и профилирования нефтехимических производств, целесообразно разумно разместить их, как в районах Западной Сибири, так и в европейской части страны; в связи с прогнозируемым в перспективе снижением добычи нефти и газа программа должна предусматривать диверсификацию за счет развития нефтехимии и производства СПХ экономики Ямало-Ненецкого и Ханты-Мансийского автономных округов, юга Тюменской и Томской областей.

  • определения набора и мощностей для создания необходимого набора отечественных высокоэффективных катализаторов;

  • научное сопровождение программы, обеспечивающее решение фундаментальных, прикладных и конструкторских задач, а также опытное производство;

  • комплекс мер по подготовке кадров инженеров, технологов, техников и рабочих.

Объем добычи жирного конденсатного газа должен определяться мощностями для его переработки и получения продуктов с высокой добавленной стоимостью возрастать по мере создания этих мощностей.

Оценка потенциала промышленности. В США сырьем для большей части нефтехимической продукции является выделяемый из свободного и попутного газа этан. США используют на эти цели в год 7 млн. т этана. В России продукция нефтехимической промышленности во много раз меньше и сырьем для нее являются, главным образом, бензиновые фракции нефтей, что ведет к сокращению производства нефтепродуктов.

Потенциальные уровни добычи этана, пропана и бутана в Западной Сибири приведены выше. При оценке рынка нужно учитывать, что Россия по производству и потреблению продуктов нефтехимии сильно уступает многим развитым странам мира. Для примера приведем данные о производстве полиэтилена. В мире в 2008 г. было произведено 58,8 млн. т этилена, в том числе в США – 19,4 млн. т (33% мирового производства), в Западной Европе – 12,6 млн. т, в странах АТР, включая Японию – 16,9 млн. т, а в России только 1,2 млн. т (2% мирового производства).

Представляется, что продукция, которая будет производиться в рамках предлагаемой программы должна быть направлена на внутренний рынок, в первую очередь в европейской части Российской Федерации, включая Уральский Федеральный округ, на экспорт в страны Европы. Внутренне потребление продуктов нефтехимии на душу населения в ходе реализации программы должно возрасти в 8-10 раз.

Пути решения проекта. Подобная, огромная по объемам производства и потребностях в инвестициях долгосрочно реализуемая программа может быть реализована только при руководящей роли государства. При наличии четко действующего аппарата государственного регулирования к реализации проекта должен быть привлечен частный и в разумных объемах иностранный бизнес. Должна быть разработана соответствующая программа, бизнес-план и на их основе выполнена оценка необходимых инвестиций и дорожная карта.

Главные условия успешной реализации суперпроекта. Главные проблемы:

  • государственное руководство реализацией программы, государственная антимонопольная политика, включая гарантии поставок сырья газоперерабатывающими предприятиями предприятиям нефтехимии, а также гарантии цен, обеспечивающих рентабельность такого производства;

  • четкий график работ, его дорожная карта.

Проект I.20. «Формирование крупных нефтехимических кластеров и крупнейшего в мире производства высокочистого сжиженного гелия в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке»

Предмет проекта. На территории Восточной Сибири (Красноярский край, Иркутская область) и в Республике Саха (Якутия), входящей в состав Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции в 80-е – 90-е годы ХХ века начато формирование новых мощных центров добычи конденсатного гелийсодержащего газа.

По расчетам ИНГГ им. А.А. Трофимука СО РАН в Восточной Сибири и Республике Саха (Якутия) из добываемого газа можно будет добывать в год до 7-8 млн. т этана, до 2-3 млн. т пропана и до 1,5 – 2,0 т. бутана.

Основным продуктом переработки этана является полиэтилен. Помимо полиэтилена возможным продуктом переработки жирных газов может быть также фракция жидких ароматических углеводородов – бензола, толуола и ксилола (БТК) по технологии Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и ОАО «НИПИГАЗпереработка» В СО РАН разработаны оригинальные катализаторы для этого проекта.

Но восточно-сибирский и якутский газ содержит еще один ценнейший компонент – гелий в концентрации 0,2-0,6%. Из восточно-сибирского газа можно будет извлекать в год до 250-300 млн. м3 гелия. Это означает, что уже в 2020 – 2030 гг. Россия может стать крупнейшим поставщиком гелия на мировой рынок.

Программа реализации предлагаемого суперпроекта должны быть разделена на несколько сбалансированных во времени и по объемам производства и увязанных с потребностями российского и мирового рынков блоков.

Программа должна включать следующие сбалансированные разделы:

добыча газа;

определение мест переработки и переработка газа в объемах, обеспечивающих полное выделение ценных компонентов из добытого сырья;

выбор систем и направления транспорта энергетического газа (С1) и продуктов его переработки;

  • определение количеств газов С24, направляемых на нефтехимию и сжижение;

  • определение мест создания и профилирования нефтехимических производств, а также производств по сжижению и очистке гелия. Целесообразно разместить их, как в районах Восточной Сибири (Красноярский край, Иркутская область), так и на Дальнем Востоке в районе Хабаровска.

Первоочередным объектом формирования мощного нефтехимического кластера и центра гелиевой промышленности рекомендуется юг Иркутской области. На юге Иркутской области подготовлено к разработке гигантское Ковыктинское месторождение. В непосредственной близости от него открыты Хандинское и Чеканское месторождения. Фактически три эти месторождения единое уникальное газовое поле, запасы газа которого превышают 3 трлн. м3. На этих месторождениях можно устойчиво добывать 100-120 млрд. м3 газа. Месторождения приближены к промышленным центрам на юге Восточной Сибири – Иркутску и Иркутскому промышленному району. В Усолье Сибирском и Ангарске имеется мощное нефтехимическое производство и кадры. В иркутских вузах и на базе этих предприятий можно организовать центр подготовки кадров для всех предприятий этого профиля в Восточной Сибири.

При ориентации на Чаяндинское месторождение как первоочередной объект (предложение Минэнерго и ОАО «Газпром») наиболее сложным вопросом является выбор мест выделения и хранения гелия. Для строительства хранилищ гелия желательно использовать полости в солях либо ловушки под мощными соляными экранами. Вблизи трассы нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан» восточнее г. Ленска таких геологических условия нет, а перевозка сжиженного гелия в условиях бездорожья Дальнего Востока приведет к огромным его потерям. Эта проблема требует специальной проработки:

  • выбор и поиск мест для строительства хранилищ гелиевого концентрата, строительство этих объектов;

  • определения набора и мощностей для создания необходимого набора отечественных высокоэффективных катализаторов;

  • при выделении гелия из газа на первых этапах нужно опираться на традиционные и технологически хорошо обеспеченные в России криогенные технологии (ОАО «Гелиймаш», ОАО «Криогенмаш»). Одновременно должны быть продолжены фундаментальные и прикладные исследования в области разработки сорбционных технологий получения гелиевого концентрата.

  • научное сопровождение программы, обеспечивающее решение фундаментальных, прикладных и конструкторских задач, а также опытное производство;

  • комплекс мер по подготовке кадров инженеров, технологов, техников и рабочих.

Объем добычи жирного конденсатного газа должен определяться мощностями для его переработки и получения продуктов с высокой добавленной стоимостью возрастать по мере создания этих мощностей.

Оценка потенциала промышленности. В США сырьем для большей части нефтехимической продукции является выделяемый из свободного и попутного газа этан. США используют на эти цели в год 7 млн. т этана. В России продукция нефтехимической промышленности во много раз меньше и сырьем для нее являются, главным образом, бензиновые фракции нефтей, что ведет к сокращению производства нефтепродуктов. Наша промышленность

Представляется, что продукция, которая будет производиться в рамках предлагаемой программы должна быть направлена на внутренний рынок, в первую очередь в восточной части и на экспорт в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Пути решения проекта. Подобная, огромная по объемам производства и потребностях в инвестициях долгосрочно реализуемая программа может быть реализована только при руководящей роли государства. При наличии четко действующего аппарата государственного регулирования к реализации проекта должен быть привлечен частный и в разумных объемах иностранный бизнес. Должна быть разработана соответствующая программа, бизнес-план и на их основе выполнена оценка необходимых инвестиций и дорожная карта.

Главные условия успешной реализации суперпроекта. Главные проблемы:

  • государственное руководство реализацией программы, государственная антимонопольная политика, включая гарантии поставок сырья газоперерабатывающими предприятиями предприятиям нефтехимии и гелиевой промышленности, а также гарантии цен, обеспечивающих рентабельность таких производств;

  • четкий график работ, его дорожная карта.

Технологии, требующие дополнительных исследований

Проект I.21. «Новые теплоэнергетические технологии сжигания и газификации обогащённых механоактивированных углей микропомола и водоугольных топлив»

Предмет заявки. Предлагается энергетическое использование широкой гаммы углей, прошедших стадии обогащения и механоактивированного измельчения в энергетических установках «малой» и «большой» энергетики для замещения газа и мазута, а также как самостоятельного топлива, в том числе в парогазовых установках с газовыми турбинами, работающими на углях микропомола без стадии газификации. Предлагается также сжигание и газификация водоугольных топлив на основе отходов углеобогащения и других шламов.

  1. Оценка рынка в гражданском секторе. Предлагаемые технологии могут быть использованы при замещении газа и мазута в объектах «большой» энергетики - при розжиге и стабилизации горения пылеугольного факела применительно ко всему парку пылеугольных энергетических котлов в стране, а также для газомазутных котлов промэнергетики и модернизации малоэффективных котлов со сжиганием углей на цепной решётке.

Энергетическое использование шламовых отходов переработки углей также представляет большой интерес, т.к. количество этих отходов оценивается многими миллионами тонн.

  1. Оценка состояния разработок. Выполнен широкий круг НИР по определению влияния способов измельчения на механохимические характеристики углей различных стадий метаморфизма. Выбрана оптимальная технология измельчения, позволяющая получать механоактивированные угли с размером частиц 30-40 мкм и минимальными значениями энергии активации.

Созданы укрупнённые экспериментальные стенды по сжиганию и газификации механоактивированных углей производительностью по углю до 1 т/час.

Разработаны проекты оснащения газомазутного котла ДЕ-6,5 системой подготовки и сжигания угля микропомола, а также энергетического котла БКЗ-210 на Барнаульской ТЭЦ-2 системой розжига и стабилизации горения с использованием механоактивированного угля микропомола.

  1. Оценка потенциала промышленности (по конкретным предприятиям). Проработаны варианты размещения заказов по изготовлению и испытанию нестандартного оборудования – дробилок, мельниц микропомола, горелочных устройств и др. на заводах Бийска (БКЗ), Барнауле (БФ ОАО Кузбассэнерго), Новосибирска (завод «Тайра», ПРП Новосибирскэнерго) и др.

  2. Имеющиеся проблемы.

Научно-технические проблемы будут уточнены после проведения запуска и испытаний крупномасштабного стенда мощностью 5 МВт.

Ресурсные проблемы будут определены в процессе проведения промышленных испытаний на конкретных предприятиях.

Кадровые проблемы. Необходимо целевое финансирование для привлечения исследователей-испытателей новых технологий в количестве 15-20 человек.

  1. Программа действий.

- Проведение испытаний на укрупнённых стендах по воспламенению, горению и газификации механоактивированных углей микропомола различных стадий метаморфизма и ВУС -2010-2011г.г.

- Организация промышленных испытаний по сжиганию углей микропомола на промышленном (БиКЗ) и энергетическом (ТЭЦ-2 г. Барнаул) котлах – 2011г.

- Выход на серийное производство – 202-2013г.г. на заводах «Тайра», «Продсельмаш» (г. Новосибирск), БиКЗ (г. Бийск), БКЗ (г. Барнаул).

- Проведение стендовых испытаний на ГТУ на угле микропомола – 2011 г. мощностью 30 кВт

- Разработка ГТУ на мощность 300ч500 кВт 2014 г.

6. Исполнитель: ИТ им. С.С.Кутателадзе СО РАН.

7. Оценка необходимых материальных ресурсов.

- Завершение стендовых испытаний

- 20 млн. руб.

- Проведение промышленных испытаний с изготовлением основного и вспомогательного оборудования

- 30 млн. руб.

- Организация серийного производства

- 100 млн. руб.

Проект I.22. «Комплексное энергохимическое использование органических топлив»

Более 80% потребляемых энергетических ресурсов мира приходится на органическое топливо: природный газ, нефть и уголь. С учетом фактического моратория на ввод атомных станций до конца века и скромную роль возобновляемых источников энергии, эта тенденция сохранится на достаточно далекую перспективу. Однако в самой структуре потребления в динамике будут наблюдаться заметные изменения.

В ближайшие годы при постоянно сокращающемся потреблении нефти будет расти доля потребляемого природного газа - так называемая “газовая пауза”.

Можно ожидать, что “пик” потребления природного газа будет приходиться на 2010-2020 гг. Увеличение доли потребления природного газа в этот период будет способствовать улучшению экологической ситуации в ряде регионов и, в первую очередь в России, а также снимать остроту в глобальной проблеме - накоплении углекислого газа в земной атмосфере.

Однако в долговременной энергетической стратегии такая ситуация является временной, т.к. она не отражает реальной ситуации с обеспеченностью энергетическими ресурсами на достаточно длительную перспективу.

Хотя, как известно, Россия располагает значительными запасами природного газа не следует забывать, что достаточно быстро его ресурсы могут быть исчерпаны (20-30 лет для энергетики срок относительно небольшой).

Поэтому уже сейчас необходимо использовать предоставившуюся “паузу” для разработки перспективных экологически чистых технологий использования угля и ядерной энергии.

В настоящее время при разработке планов и программ развития экономики стран и регионов в ЕС и США наиболее острой проблемой считается проблема глобального изменения климата, связанного с выбросами парниковых газов при сжигании топлив, основным из которых является углекислый газ (CO2). Ограничение выбросов углекислоты, накладываемые Киотским протоколом фактически устанавливают границы развитию энергетики, а, следовательно, сдерживают и развитие экономики, развивающихся стран особенно. Оставляем в стороне вопрос о том, насколько эти ограничения обоснованы, поскольку исследования влияния использования органических ископаемых топлив, на климат и его изменения пока еще проводятся, и их выводы неоднозначны и даже противоречивы. Однако, важно то, что в общественном сознании народов стран Европы и США погодные аномалии последних лет, не без помощи СМИ, укрепили мнение о том, что все это результат глобального изменения климата. Как следствие, правительства стран ЕС и США, опираясь на общественное мнение, готовы тратить значительные средства на НИОКР в области технологий, способствующих снижению или даже полному прекращению выбросов парниковых газов энергетическими установками. Проблема предотвращения выбросов СО2 в связи с ратификацией Думой РФ Киотского протокола становится актуальной и для России.

Как известно, многие крупные энергетические, нефтяные, газовые компании, а также эксперты правительств наиболее развитых стран систематически разрабатывают прогнозы развития потребления и производства энергии. Эти прогнозы являются важным звеном стратегического планирования экономики в масштабах стран и компаний.

Большинство прогнозов сходятся на том, что мировое потребление энергии к 2020 г. возрастет на 40% к уровню 2000 г. Большая часть этого роста будет по прежнему покрываться нефтью и газом, как наиболее доступными, эффективными и экологичными первичными энергоресурсами.

Указанный рост потребления энергии будет происходить, несмотря на повышение эффективности использования энергии с внедрением новых технологий в транспорте, энергетике, производстве , строительстве.

Для обеспечения развития энергетики потребуется весь набор первичных источников энергии: газ, нефть, уголь, ядерная энергия, гидроэнергия, биомасса, солнечная и ветровая энергия.

Тем не менее, основным источником энергии в обозримом будущем, покрывающим около 60% потребности, остаются нефть и газ.

Если нефть остается основным источником получения моторного топлива, то природный газ в период до 2020 года будет занимать привилегированное положение в сфере производства электроэнергии, так называемая «газовая пауза».

Использование природного газа в перспективных энергетических установках позволяет более чем в два раза снизить выбросы диоксида углерода на 1 кВтч выработанной электроэнергии по сравнению с установками на угле, как за счет пониженного содержания углерода в топливе, так и за счет больших возможностей повышения КПД энергоустановок при его использовании.

Генеральным направлением в газовой энергетике на ближайшие годы будет создание перспективных парогазовых установок с КПД до 55-60%.

Учитывая ограниченные ресурсы природного газа, обязательства по экспорту газа в значительных объемах и необходимость освоения газовых месторождений в труднодоступных регионах, следует ожидать существенного роста цены на природный газ по сравнению с углем.

Это должно привести к снижению конкурентоспособности газа по сравнению с углем и ограничению его потребления для производства энергии.

Так как еще более тяжелая ситуация ожидается с ресурсами нефти, то привилегированной сферой использования природного газа будет производство моторного топлива из него и ценных химических продуктов.

В связи с тем, что в процессах их производства неизбежно выделяется тепловая энергия, то естественно возникает проблема ее эффективного использования.

Поэтому во всем мире проявляется большой интерес к созданию так называемых гибридных установок.

Энергохимические гибридные установки предназначены для параллельного производства энергии и других товарных продуктов, таких, как химические продукты каталитического синтеза и альтернативные моторные топлива.

Выбор побочных продуктов диктуется возможностями эффективной интеграции схем их производства с тепловой схемой энергетической установки, а также перспективами их сбыта. Это должны быть продукты широкого спектра использования, а еще лучше с гарантированным рынком в районе производства.

Идея гибридной установки органично вытекает из самой структуры современных технологий, основанных на каталитическом синтезе химических продуктов широкого применения, например, метанола.

Ожидается, что при оптимальном сочетании энергетической и химической технологий можно получить следующие преимущества по отношению к монотоварным раздельным производствам:

  • Упрощение и удешевление технологии.

  • Более высокий коэффициент использования сырья (природного газа, попутных нефтяных газов).

  • Большую гибкость по отношению к сырью.

  • Большую устойчивость и гибкость мультитоварного производства по отношению к изменяющейся рыночной конъюнктуре.

Проблема получения ценных химических продуктов и жидких моторных топлив из газа и угля не является новой.

Существовали и существуют промышленные технологии (Германия, ЮАР и др.) производства моторных топлив из угля.

Однако эти технологии не выдержали конкуренции с технологиями их производства из дешёвой нефти и большая часть промышленных установок была закрыта.

В настоящее время ситуация быстро меняться:

  • нестабильность нефтяного рынка со значительными колебаниями цен на нефть;

  • существенный прогресс в технологиях производства электроэнергии из газа (на базе парогазовых установок рост КПД с 38% до 55-60%);

  • обострение экологических проблем, требующих комплексного подхода.

В связи с этим требуется разработка и реализация долгосрочной стратегии комплексного, экологически чистого использования органических топлив (нефти, газа и угля).

Если в стратегии использования и переработки нефти имеется относительная ясность и не ожидается появления принципиально новых технологических решений (нужно реализовать существующие), то в стратегии использования газа и угля необходимо разрабатывать и реализовывать принципиально новые технологические решения, учитывающие, прежде всего, необходимость замещения нефти, а также повышение эффективности и экологической безопасности их использования.

Одним из перспективных направлений в решении этой проблемы является создание экологически чистых энергохимических комплексов.

ОИВТ РАН разработал две таких технологии использования природного газа и угля, краткое описание которых приводится ниже.

1) Комплексное энергохимическое использование природного газа с получением электрической и тепловой энергии, а также синтетического жидкого топлива (метанола, диметилового эфира, бензина) на базе высокоэффективных парогазовых установок.

Состояние работ.

В настоящее время в экспериментальном комплексе ОИВТ РАН завершается создание крупномасштабной демонстрационной установки на базе существующей ГТУ мощностью 1 МВт.

В 2010 году после завершения комплексных испытаний должны быть выданы Регламенты на создание промышленных установок.

2) Комплексное энерго-технологическое использование угля с производством электроэнергии, синтетического жидкого топлива и облагороженного твердого топлива. (ЭТК).

В ОИВТ РАН под руководством академика С.А. Христиановича была разработана и в 1965 г. запатентована во многих странах (США, Германия, Англия, Япония и др.) технология «Парогазовые установки с внутрицикловой газификацией высокосернистых зольных топлив.

Эта технология признана во всем мире наиболее перспективной и экологически чистой. Построено несколько крупных промышленных энергоблоков.

Однако экономический выигрыш у традиционных паротурбинных энергоблоков получается только при использовании высокосернистых углей, когда в паротурбинном блоке необходимо использовать систему очистки дымовых газов от SO2.

Для повышения конкурентоспособности ОИВТ РАН разработал технологию комплексной переработки угля с получением побочных продуктов в виде синтетического жидкого и облагороженного твердого топлив, стоимость которых существенно выше исходного угля.

Состояние работ

ОИВТ РАН имеет опыт создания и эксплуатации крупных установок по газификации углей и высокосернистых мазутов:

- Опытная установка по газификации угля и мазута на Щекинском П.О. «Азот», производительностью до 1 т/ч. (60-е годы)

- Промышленная установка по газификации высокосернистого мазута на Дзержинском ТЭЦ производительностью 32т мазута в час.

- Опытная установка по газификации угля в кипящем слое производительностью 500 кг/ч в ОИВТ РАН (80ч90 годы)

Для реализации предлагаемой технологии необходима ее отработка не крупномасштабной опытной установке, которую нужно создать.

Проект I.23. «Создание демонстрационных образцов нового оборудования для энергоэффективных технологий водородного аккумулирования электроэнергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки в энергосистемах европейской части РФ»

Системы водородного аккумулирования электроэнергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки на АЭС и угольных ТЭС предложены специалистами ОИВТ РАН в 80-е гг. В таких системах ядерный реактор и основные парогенераторы АЭС и ТЭС работают постоянно в базовом режиме с высоким КИУМ (~ 0,8-0,9), в часы провала графика нагрузки путем электролиза воды под давлением производятся водород и кислород, которые поступают в хранилища и затем используются для производства пиковой мощности путем сжигания водорода в кислороде и дополнительного перегрева пара в водородо-кислородных парогенераторах-пароперегревателях для увеличения мощности турбоустановки электростанции в часы пик примерно на 10%, что допускается установленными на тепловых электростанциях паровыми турбинами, или в автономных пиковых водородоаккумулирующих электростанциях (ВАЭС). Коэффициент рекуперации электроэнергии в такой системе меньше, чем для ГАЭС и составляет от 40 до 50%, но и капиталовложения в водородоаккумулирующие надстройки к АЭС или угольные ТЭС для генерации пиковой и полупиковой мощности (при работе < 500 ч в году) по предварительным оценкам составляют около 400-500 долл. (2000)/кВт, т.е. существенно меньше, чем в ГАЭС, которые оцениваются в 1000-1200 долл.(2000)/кВт. Экономическая эффективность маневренных и особенно пиковых энергоустановок определяется в основном удельными капиталовложениями. Поэтому маневренные и пиковые ВАЭУ являются весьма перспективным средством замыкания баланса мощности и повышения эффективности системы энергообеспечения страны наряду с ГАЭС и ГТУ. Эта технология особенно актуальна для европейской части страны. Важным достоинством технологии является отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.

Ключевыми новыми элементами водородных турбоустановок и систем аккумулирования электроэнергии являются водородо-кислородные парогенераторы-пароперегреватели, характеристики которых определяются графиком нагрузки энергосистемы и характеристиками электростанции.

При их использовании практически снимаются ограничения на температуру перегретого пара, определяемые материалами котельных агрегатов и паропроводов (540-560)С, и оказывается возможной модернизация энергоустановок, позволяющая полностью использовать резервы мощности имеющегося оборудования и снизить удельные расходы теплоты на выработанный киловатт-час электроэнергии. Например, турбогенераторы турбин К-160-130, К-200-130, К-300-240 и ряда других имеют запас по номинальной и максимальной мощности  10%, т.е. модернизация энергоустановки с целью повышения мощности на  10% за счет повышения температуры перегрева пара от 540С до 565С и его расхода может осуществляться с минимальными затратами путем включения в схему Н22-парогенератора как надстройки к турбине, а сами турбина и турбогенератор могут оставаться без изменений. При этом удельные расходы теплоты топлива снижаются на (1,2-1,3)%. Расчетные исследования термодинамической эффективности модернизированных паротурбинных энергоустановок с водородным перегревом пара для производства пиковой мощности показывают, что КПД использования водородного топлива может достигать 60% и более. Расчетный КПД автономных водородных паротурбинных энергоустановок при параметрах пара до 1200 К и 10 МПа превышает 45%.

Ожидаемый народно-хозяйственный эффект от создания и использования водородных систем аккумулирования электроэнергии и автономных систем энергообеспечения складывается из следующих составляющих:

  • увеличения КИУМ АЭС и угольных ЭС до 0,9, что приведет к снижению капитальной составляющей в себестоимости электроэнергии не менее чем на 10%;

  • снижения удельных капиталовложений в создание маневренных мощностей на ~ 300-400 долл. (2000)/кВт по сравнению с прогнозируемым решением этой задачи за счет строительства новых ГАЭС, что при введении (2-5) ГВт водородных систем аккумулирования энергии в европейской части РФ к 2030 г. приведет к экономии суммарных капиталовложений как минимум на (20ч50)·млрд. руб.;

  • снижения потребления электроэнергии автономными потребителями, имеющими ресурсы водорода как побочного продукта, за счет создания автономных систем энергообеспечения предприятий (при мощности энергоустановки 10 МВт это соответствует экономии более 200 млн. руб./год и сроку окупаемости энергоустановки менее 2 лет);

  • повышения надежности энергообеспечения предприятий за счет создания резервных систем и снижения потерь у потребителей, связанных с аварийными отключениями от сетей;

  • повышения КПД и уменьшения удельных выбросов ТЭС за счет обеспечения возможности их работы в наиболее экономичном и безопасном базисном режиме с КИУМ более 0,65;

  • повышения качества продукции и снижения удельного электропотребления у потребителей электроэнергии за счет повышения качества электроэнергии в сетях;

  • создания новых рабочих мест на предприятиях высокотехнологичных отраслей;

  • экономии природного газа в энергетическом секторе за счет внедрения водородоаккумулирующих энергоустановок, использующих «провальную» электроэнергию от АЭС и угольных ТЭС, и снижения вредного воздействия пиковых и маневренных мощностей на окружающую среду.

Современное состояние НИОКР. В результате выполнения госконтрактов на НИР по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» в 2007-2008 г. ОИВТ РАН и ОАО «КБХА» разработаны и созданы экспериментальные водородо-кислородные парогенераторы на параметры пара до 1200 К и 7 МПа тепловой мощностью до 25 МВт, проведены их успешные испытания, выполнен комплекс экспериментальных исследований процессов генерации пара и экспериментальное моделирование автономной водородной паротурбинной энергоустановки мощностью до 5 МВт. В результате созданы научно-технические основы и экспериментальное обеспечение развития опытно-конструкторских и опытно-технологических разработок водородных энергоустановок паротурбинного и парогазового циклов и водородных систем аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки в энергосистемах европейской части страны.

Цель проекта. Разработка и создание демонстрационных образцов нового оборудования для энергоэффективных систем аккумулирования электроэнергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки в энергосистемах европейской части РФ.

Содержание проекта:

- Разработка и создание демонстрационных образцов водородо-кислородных парогенераторов и пароперегревателей тепловой мощностью до 30 МВт с параметрами пара до 1200 К и 10 МПа, включая системы топливообеспечения и АСУ ТП.

- Разработка и создание демонстрационной автономной водородной энергоустановки паротурбинного цикла мощностью до 5 МВт(э).

Сроки выполнения проекта: 3 года.

Необходимое финансирование – 240 млн. руб.

Проект I.24. «Повышение надежности работы энергосистем за счет применения сверхпроводниковых индуктивных накопителей»

Экономическое развитие связано с развитием электроэнергетических сетей с соответствующим ростом электрических нагрузок, увеличением генерирующих мощностей, усиления связей с соседними электроэнергетическими системами и созданием крупных объединенных систем, что ведет к снижению надежности работы энергосистемы, ухудшению ее статической и динамической устойчивости.

Применение накопителей энергии в электроэнергетике позволяет снизить затраты на производство электроэнергии, увеличить надежность энергосистем в целом, обеспечить защиту электротехнического оборудования на электростанциях и у потребителей.

Используемые в настоящее время емкостные накопители (аккумуляторы и емкостные батареи) в силу их малой энергоемкости имеют ограниченные области применения, а гидроаккумулирующие электростанции требуют больших капитальных затрат, отчуждения больших территорий и не всегда возможно их расположить географически.

Сверхпроводниковые накопители энергии запасают энергию в магнитном поле индукционной катушки, ток в которой циркулирует без потерь. Важнейшим преимуществом такого накопителя является его быстродействие (единицы миллисекунд), что позволяет реагировать на самые внезапные аварии в энергосистемах. Обмотки магнитных систем выполняются из низкотемпературных сверхпроводников.

В Российской Федерации накоплен большой опыт по созданию сверхпроводниковых накопителей энергии с запасенной энергией от 15 МДж до 100 МДж. Имеется производственная база для создания таких накопителей и получения сверхпроводника.

Создание опытно-промышленного образца потребует привлечения специалистов ОИВТ РАН, ФГУП «ВЭИ», ОАО «Криогенмаш», ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ОАО «Энергосетьпроект», ОАО «ВНИИКП», ОАО «Электромеханика». Срок изготовления опытно-промышленного образца с запасенной энергией 30 МДж – 2 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможно дальнейшее серийное производство сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии, общий объем рынка которых в России прогнозируется на период 2010-2020 г.г. в объеме порядка 30 млрд. руб. Такой рынок для сбыта ожидается в странах СНГ, восточной Европы и Азии.

Применение сверхпроводниковых индуктивных накопителей особенно перспективно для так называемых ответственных потребителей. К их числу относятся нефтехимические предприятия, газодобывающие станции и насосные железные дороги, атомные станции , металлургические предприятия, алюминиевые производства и т.д. То есть все те производства, где установка сверхпроводниковых накопителей емкостью дл 30 МДж позволит в течение 10-15 сек., необходимых для запуска аварийных дизель-генераторов, предотвратить обесточивание производства.

Для энергосистем применение сверхпроводниковых индуктивных накопителей энергии повысит надежность энергосистем, что приведет к снижению потерь как на стадии транспорта и распределения электроэнергии, так и при ее потреблении.

Срок создания опытно-промышленного образца быстродействующего токоограничителя для сетей напряжением 110 (220) кВ – 1-1,5 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможно дальнейшее серийное производство быстродействующих ограничителей тока.

Применение быстродействующих токоограничителей перспективно как в электроэнергетике, так и для электросетей переменного тока железных дорог с напряжением 27,5 кВ, где количество коротких замыканий составляет в год в среднем 40-50 на питающую линию (фидер) в год. Потенциальный рынок для быстродействующих ограничителей тока и электросетей переменного тока ОАО «РЖД» оценивается в несколько тысяч штук в год.

Совместная работа сверхпроводникового индуктивного накопителя и быстродействующего ограничителя тока позволяет повысить надежность работы энергосистемы за счет улучшения их статической и динамической устойчивости. При этом энергоемкость накопителя может быть снижена в 2-2,5 раза, что снижает стоимость накопителя и уменьшает его габариты и вес. Так, если для обеспечения динамической устойчивости электростанции мощностью 2400 МВт требуется накопитель с запасенной энергией 100 МДж, то включение на генерирующей стороне и на стороне потребителя быстродействующих ограничителей тока позволяет снизить запасенную энергию сверхпроводникового накопителя до 40 МДж, обеспечивая динамическую устойчивость энергосистемы.

Проект I.25. «Создание и испытание демонстрационных мобильных установок конверсии попутного газа в синтетическую нефть и моторные топлива»

1. Задачи проекта.

Создание типовой малогабаритной блочной установки конверсии попутного газа в синтетическую нефть или моторные топлива.

Разработка модулей с различным целевым назначением - синтеза нефти, моторных топлив, диметилового эфира.

Эффективное решение в проблемы утилизации попутного нефтяного газа, резкое снижение выбросов в окружающую среду на промыслах.

2. Состояние проблемы.

В настоящее время в РФ на нефтяных промыслах по различным данным сжигается от 15 до 50 млрд. попутного газа в год. Единого решения для данной проблемы не существует, так как в зависимости от удаленности промыслов от транспортной и энергетической инфраструктуры, обьема и состава получаемого в данной точке попутного газа экономически эффективными и технически реализуемыми могут оказаться различные процессы. Так в ряде случаев целесообразно производство электроэнергии, в других случаях необходимы нефть для закачки в нефтепровод, моторные топлива для удовлетворения местных нужд или ценные химические продукты при близости железной дороги и т.д.

Несмотря на многолетние исследования ведущих научных центров мира до настоящего времени нет эффективных решений, обеспечивающих решение указанных задач. Имеющиеся разработки несовершенны, низкопроизводительны и громоздки.

Фундаментальные исследования ИНХС РАН, ИПХФ РАН, ИОХ РАН, ИК СО РАН, ИППУ СО РАН позволяют решить эту чрезвычайно сложную научно-техническую задачу. Реализация новейших исследований по парциальному окислению углеводородов, полного подавления сажеобразования, резкого повышения качества синтезируемых моторных топлив, прямого производства диметилового эфира из синтез-газа позволяет обеспечить создание модульных установок многоцелевого назначения. Предлагаемые инновационные технологии переработки попутного газа позволят обеспечить экономически разумные затраты на их утилизацию с получением ценных продуктов, рационально использовать ресурсы углеводородного сырья и защитить окружающую среду от громадных выбросов углекислого газа.

  1. Этапы и сроки работы.

Данная работа состоит из нескольких этапов и включает в себя:

опытные испытания и разработка регламентов на проектирование по процессам:

-высокоскоростного получения синтез-газа из попутного нефтяного газа;

-очистки синтез-газа;

-конверсии синтез-газа в высококачественную синтетическую нефть;

-конверсии синтез-газа в диметиловый эфир;

-конверсии диметилового эфира в моторные топлива.

Срок: 2009-2010годы.

Разработку регламента и технических условий на получение опытно-промышленных партий гетерогенных катализаторов

Срок: 2009-2010 годы.

Разработку регламента на проектирование первой модульной установки.

Срок: 2009 – 2010 годы

разработка конструкторской документации на нестандартное оборудование.

Срок: 2010 – 2011 годы.

Разработку рабочих чертежей первой промышленной установки.

Срок: 2010 – 2011 годы.

Строительство первой модульной установки и ввод ее в эксплуатацию.

Срок: 2011 – 2012 годы.

4. Исполнители.

Головные организации: ИНХС РАН, ИПХФ РАН

Соисполнители: ИХФ РАН, ИОХ РАН.

Проект I.26. «Разработка научных основ и промышленная реализация не имеющей аналогов новой безотходной технологии синтеза изопарафинов с использованием молекулярных сит для обеспечения эффективного перехода к производству высокооктановых автобензинов «Евро-4» и «Евро-5»

  1. Задачи проекта.

Создание первой промышленной установки экологически чистого синтеза концентрата изопарафинов - алкилата мощностью 100 000 - 200 000 тонн в год с использованием наностуктурированных молекулярных сит (цеолитов).

Резкое улучшение бензинового фонда страны и обеспечение перехода к производству высокооктановых автобензинов «Евро-4» и «Евро-5».

Обеспечение приоритета страны в области новых технологий производства высокооктановых компонентов автобензинов.

2. Состояние проблемы.

В настоящее время мировое производство алкилата, представляющего из себя концентрат насыщенных углеводородов изостроения (преимущественно изооктанов) с температурой кипения 40-180ОC, составляет 10-15% суммарного потребления компонентов автобензинов и достигает 100 млн. т/год.

В России производство алкилата находится на уровне 700 - 800 тыс. т/год (т.е. менее 1% от мирового) что крайне недостаточно для выполнения показателей технического регламента "О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту", предусматривающего переход к стандартам «Евро-4» и «Евро-5». Существующий бензиновый фонд страны совершенно неудовлетворителен.

Традиционная технология получения алкилата предусматривает применение в качестве фтористого водорода или серной кислоты, что создает чрезвычайно серьезные экологические и эксплуатационные проблемы: образование кислых отходов и газов, требующих специальных блоков их нейтрализации и регенерации, коррозия оборудования, что повышает вероятность техногенной катастрофы. Изложенные проблемы обусловили многолетние (более 70 лет) исследования, направленные на создание процесса алкилирования с применением экологически безопасных твёрдых гетерогенных катализаторов ведущих научных центров мира, в том числе в институтах РАН.

Имеются демонстрационные установки фирм Haldor Topsoe совместно с Kellog Co. в Дании (процесс “ FBA ”), UOP в США (процесс “Alkylene”), а также Albemarle Cataysts совместно с Lummus на НПЗ фирмы Neste Oil в Финляндии (процесс “AlkyClean”). Испытываемые ими технологии несовершенны, так как на используемых гетерогенных катализаторах для поддержания постоянной активности вводятся «суперкислоты» - хлористый алюминий (процесс “Alkylene”), трифторметансульфоновая кислота СF3SO3H на носителе (процесс “FBA”), что в конечном итоге требует защиты оборудования от возможной коррозии. В процессе “AlkyClean” для поддержания постоянной активности катализатора предлагается частая (практически ежечасовая) регенерация катализатора водородом, растворенном в изобутане в режиме опыта и еженедельная - в более жестком режиме одним водородом. Такой короткоцикловый вариант довольно громоздок и ненадежен.

Фундаментальные исследования ИНХС РАН, ИОХ РАН, ИППУ СО РАН реакции алкилирования изобутана олефинами с применением наноструктурированных катализаторов - молекулярных сит (цеолитов), позволили наметить основные пути решения этой чрезвычайно сложной научной задачи. Проведенные совместно с отраслевыми институтами пилотные и демонстрационные испытания подтвердили результаты исследований ИНХС РАН и являются исходной позицией для завершения разработки научных основ процесса и создания первой промышленной установки.

Предлагаемая инновационная технология гетерогенного алкилирования изобутана бутенами и разработанная для этого процесса технология приготовления гетерогенных катализаторов, позволит достичь лидирующего положения по сравнению с зарубежными фирмами.

3. Этапы и сроки работы.

Данная работа состоит из нескольких этапов и включает в себя:

разработку регламента и технических условий на получение опытно-промышленных партий гетерогенного катализатора. Срок: 2009-2010 годы.

разработку технологической схемы алкилирования в стационарном слое гетерогенного катализатора. Срок: 2009 – 2010 годы.

разработку технологии регенерации гетерогенного катализатора алкилирования. Срок: 2009 – 2010 годы.

разработка базового проекта первой промышленной установки. Срок: 2009 – 2010 годы

разработка конструкторской документации на нестандартное оборудование. Срок: 2009 – 2010 годы.

разработка рабочих чертежей первой промышленной установки. Срок: 2010 – 2011 годы.

Строительство первой промышленной установки и ввод ее в эксплуатацию. Срок: 20011 – 2012 годы.

4. Исполнители.

Головная организация: ИНХС РАН.

Соисполнители: ИПХФ РАН, ИППУ РАН.

Проект I.27. «Газотурбинные расширительные станции»

Опираясь на накопленный опыт, имеющийся научный задел и промышленную базу Урала Институт теплофизики УрО РАН предлагает комплексный проект, направленный на широкомасштабное внедрение технологии ГТРС на ТЭС России, а также развертывание на этой базе новых подходов, направленных на повышение энергоэффективности и энергосбережение в энергетике, использующей природный газ.

Обоснование проекта:

По традиционным схемам промышленное использование природного газа в качестве основного топлива на ТЭС связано со снижением давления газа от магистральных газопроводов до горелок котлов, для чего на газопроводах предусматривается две системы редуцирования газа:

– на ответвлениях от магистрали газораспределительная станция (ГРС), снижающая давление газа до 1.2 МПа;

– перед котлами – газорегуляторный пункт (ГРП), снижающий давление газа с 1.2 МПа до 0.2 МПа.

Процесс редуцирования газа сопровождается потерей энергии избыточного давления газа.

Для утилизации энергии избыточного давления природного газа с дополнительной выработкой электроэнергии целесообразно предусматривать установку газовых утилизационных турбин (ТГУ), которые служат приводом турбогенераторов.

ТГУ является основным элементом газотурбинной расширительной станции (ГТРС) и встраивается в систему газоснабжения ТЭС параллельно газорегулирующему пункту, который при работающей ГТРС является резервным элементом газоснабжения электростанции.

Институтом теплофизики УрО РАН совместно с АО «Уралтехэнерго», АООТ «Уралтеплоэлектропроект», АО ЭиЭ «Свердловэнерго» была разработана газотурбинная расширительная станция электрической мощностью 11.5 МВт и был реализован пилотный проект по сооружению опытно-промышленной ГТРС-1 на Среднеуральской ГРЭС. ГТРС-1 введена в эксплуатацию 22 декабря 2002 г. Все основные элементы ГТРС-1 спроектированы и изготовлены на предприятиях Свердловской области. С 2003 по 2009 гг. ГТРС-1 выработала 250 ГВтч электроэнергии, обеспечив тем самым экономию 85 тыс. тут. Опытно-промышленная установка ГТРС-1 на Среднеуральской ГРЭС убедительно продемонстрировала свою эффективность и перспективность в решении задач по экономии энергоресурсов.

Проект позволит:

  1. Создать усовершенствованные ГТРС, рассчитанные на использование повышенного перепада давления газа 2.5/0.17 МПа, которые при том же расходе газа 210·103 м3/ч, что и ГТРС-1, будут иметь мощность 17 МВт и обеспечат экономию топлива более 35·103 тут/год при сроке окупаемости капиталовложений 2–4 года.

Перспективное количество ГТРС, которые могут быть установлены на ТЭС России в ближайшие годы оценивается в 110 единиц с суммарной мощностью 1500-2000 МВт. Кроме дополнительной выработки более 1 млрд. кВтч электроэнергии в год может быть получена годовая экономия топлива от 2.7·106 тут до 3.5·106 тут.

  1. Осуществить выпуск миниэлектростанций (в том числе и передвижных) мощностью до 5 МВт, использующих перепад давлений газораспределительных станций. Сооружение таких миниэлектростанций потребует разработки новых газовых утилизационных турбин на повышенное давление газа.

  2. Создать комбинированные системы по использованию избыточного давления природного газа с целью получения наряду с электроэнергией нового вида топлива – сжиженного природного газа (СПГ).

Исполнитель: ИТФ УрО РАН.

Соисполнители: ОАО «Инженерный центр энергетики Урала», ЗАО ИЦ «Уралтехэнерго», Уральский турбинный завод и др.

Проект I.28. «Высокоэффективные RGB источники белого света для систем освещения нового поколения»

1. Суть проблемы. Современные технологии освещения относятся к одним из наиболее энергозатратных отраслей, потребляя ~20% вырабатываемой в мире электроэнергии (отметим, что кпд ламп накаливания ~5%, а люминесцентных - ~30%). В последние годы развитие технологии полупроводниковых светодиодов позволило получить источники света с кпд на уровне 50-60%. Однако используемый в них принцип люминофорного преобразования излучения ограничивает дальнейшие возможности роста эффективности вследствие «стоксовых» потерь. Достижение более высокого кпд возможно при переходе к безлюминофорным технологиям, а именно, принципу RGB-смешения излучения различных цветов, генерируемого в полупроводниковом кристалле. Создание высокоэффективных и мощных RGB-светодиодов наталкивается в настоящее время на два главных препятствия:

- низкие значения квантового выхода для структур, излучающих в глубокой зеленой области спектра 540-570нм;

- быстрое падение квантового выхода излучения с ростом тока, ограничивающее эффективность светодиодов в области рабочих режимов.

2. Состояние проблемы в мире и в России. Решение указанных выше проблем является предметом интенсивных исследований (и острой конкурентной борьбы) крупных компаний: Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia, General Electric и др., а также университетских и исследовательских центров, Sandia National Lab, University of California, Santa Barbara, Rensselaer Polytechnic Institute и др. В России основные работы в данной области ведутся в НТЦ Микроэлектроники РАН совместно с ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН и С-Пб академическим университетом – научно-образовательным центром нанотехнологий РАН. Вопрос о путях преодоления указанных выше проблем остается открытым.

3. Краткое описание предлагаемой технологии. Ключевой задачей для RGB источников белого света является создание активных областей светодиодов с широким диапазоном излучения 450-620 нм. По своим параметрам твердый раствор InGaN способен с запасом перекрыть весь видимый диапазон излучения. Однако, параметры кристаллической решетки InN и GaN не совпадают, что накладывает ограничения на состав и толщину синтезируемого InGaN.

В данном проекте для создания активных областей с диапазоном излучения 450-620 нм будет использован подход, основанный на формировании квантовых точек InGaN при спонтанной трансформации напряженного слоя InGaN, осажденного на поверхность GaN. Предлагаемый подход позволяет создать локальные квантовые точки InGaN с высоким составом по In, сохраняя при этом достаточно низкий средний состав по In и подавляя транспорт носителей к областям дефектов, что значительно повышает эффективность излучения. На основе разработанных технологий будет создано новое поколение источников белого света – монолитные светодиоды, содержащие несколько активных областей, излучающих в различных диапазонах спектра. Исследования будут выполнены с использованием методов газофазной эпитаксии из металлорганических соединений и молекулярно-пучковой эпитаксии, которые в настоящее время являются основными промышленными методами получения эпитаксиальных структур.

4. Текущее состояние разработки (что уже создано и что требуется для завершения). НТЦ Микроэлектроники РАН была первой организацией в России, начавшей в 1997 г. исследования по разработке технологии эпитаксиального роста соединений на основе нитрида галлия. За прошедшее время была разработана технология роста InGaN квантовых точек и светодиодных структур с активной областью на их основе, излучающих в диапазоне 380-530 нм с внешней квантовой эффективностью более 30%. Проведены предварительные исследования монолитных дихромных (имеющих две полосы излучения в синей и желто-зеленой областях спектра) белых светодиодов. Для завершения разработки необходимо проведение исследований по синтезу InGaN квантовых точек с диапазоном излучения во всем оптическом диапазоне 450-620 нм и технологии создания активной области монолитных белых светодиодов, содержащих несколько слоев квантовых точек с различной длиной волны излучения.

5. Ожидаемый эффект (научный, экономический, социальный и др.). Будут разработаны новые способы синтеза наноструктур InGaN, излучающих в видимом диапазоне, выявлены возможности эффективного управления процессами формированием когерентных наноструктур, и выяснены физические механизмы, ответственные за высокий квантовый выход.

Будет получено новое знание об оптических и электронных свойствах наноструктур InGaN, которые на данный момент являются предметом интенсивных исследований в мировом научном сообществе.

Разрабатываемые на этой основе RGB источники белого света обеспечат не менее, чем двукратное снижение энергопотребления по сравнению с лучшими на сегодняшний день компактными люминесцентными лампами, а также позволят перейти к качественно новому поколению интеллектуальных источников света, регулируемых в зависимости от времени суток (как естественный свет), индивидуальных особенностей, вида деятельности, возраста, психофизиологического состояния человека и т.д.

В результате выполнения проекта будут созданы объекты интеллектуальной собственности (патенты, ноу-хау), обеспечивающие приоритет России в данной области и конкурентоспособность на мировых рынках. Для подготовки будущего кадрового потенциала к выполнению работ будут привлечены студенты и аспиранты.

6. Состав организаций-исполнителей. Головной исполнитель – НТЦ микроэлектроники РАН. Соисполнители - ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, С-Пб академический университет – научно-образовательный центр нанотехнологий РАН. Кроме того, работы будут проводиться совместно с промышленными предприятиями, обладающими полным производственным циклом изготовления светодиодов, включая рост эпитаксиальных структур, и на которых планируется внедрение разрабатываемых технологий: ООО «Опто-Ган» и ЗАО «Светлана-Оптоэлектроника».

7. Сроки реализации - 2010-2014 гг.

8. Ориентировочная стоимость работ - 750.0 млн. руб.

Проект I.29. «Интеллектуальная силовая электроника»

Планируемый переход экономики России на инновационный путь развития требует как важнейшего элемента организацию производства систем интеллектуальной силовой электроники (ИСЭ). Под интеллектуальной силовой электроникой понимается отрасль науки и техники, решающая задачу преобразования качественных и количественных характеристик электрической энергии от единиц ватт до десятков и сотен мегаватт с целью:

  • генерации и передачи электрической энергии с минимальными потерями,

  • автоматизации управления техническими объектами,

  • минимизации энерго- и ресурсозатрат в технических системах различного назначения,

  • создания принципиально новых технологий, включая добычу, транспортировку и переработку полезных ископаемых,

  • повышения экономичности транспортных систем различного назначения и реализации принципиально новых концепций построения систем движения,

  • создания новых систем безопасности и новых видов вооружения, включая решение задачи повышения тактико-технических характеристик традиционных систем вооружения,

  • создания новых информационных систем и систем теле- и радио коммуникаций,

  • создания медицинских систем профилактики, диагностики и лечения,

  • применения в быту для качественного изменения уровня жизни.

В последние десятилетия ИСЭ является одной из наиболее быстро развивающихся отраслей промышленности в развитых странах. Темпы прироста объемов производства в данной отрасли не были ниже 12%.

Объемы рынков продажи систем и устройств силовой электроники неуклонно растут. Новые разработки в этой области пользуются расширенным спросом, так как срок окупаемости порожденных этими устройствами высокоэффективных технологий составляет 23 года.

Силовая электроника для энергетики. В настоящее время большинство индустриально развитых стран связывает долгосрочный устойчивый рост экономики, прежде всего, с переходом на инновационный путь развития.

Инновационный характер развития энергетики РФ в значительной части определяется последними достижениями в электротехнике и силовой электронике.

Системы силовой электроники и электротехники широко используются на всех этапах генерирования, передачи и использования электроэнергии. Объём мирового рынка приборов и систем силовой электроники составляет более 80 миллиардов долларов США в год. Объём мирового рынка силовой электроники и электротехники превышает 500 миллиардов долларов США в год. Наиболее крупным потребителем систем силовой электроники и электротехники является электроэнергетика.

В настоящее время в США, Японии и Европе более 60% вырабатываемой электроэнергии проходит через полупроводниковые преобразователи силовой электроники, в то время как в РФ эта цифра составляет 30%. Простые оценки показывают, что повышение этой цифры до мирового уровня позволит сэкономить около 15% энергии, что сопоставимо с вкладом атомной или гидроэнергетики.

Потери на собственные нужды на отечественных электростанциях доходят до 15% генерируемой электрической энергии. Внедрение систем и устройств силовой электроники позволит уменьшить их более, чем в два раза.

В РФ производится и потребляется до 6% общемирового объёма электроэнергии, при этом производится только 2,5% от общемирового валового продукта. Основной причиной тому – низкая производительность труда и высокие энергетические затраты в российской экономике. Основой экономики высокоразвитых стран в настоящее время является автоматизированное производство с использованием техники и технологии высокого уровня.

Устройства и системы силовой электроники для энергетики.

  1. Системы тиристорного самовозбуждения для мощных турбо- и гидрогенераторов.

  2. Преобразователи частоты для регулируемого электропривода. Это приводы тягодутьевых механизмов, мощность которых колеблется от 700 до 6000 кВт; приводы питательных насосов, мощность которых колеблется от 400 до 4000 кВт; приводы конвейеров топливоподачи мощностью 110-630 кВт; приводы ленточных питателей мощностью 10-30 кВт; приводы насосов питателей и т.д.

Замена нерегулируемых приводов регулируемыми с широким диапазоном регулирования позволяет:

  • улучшить условия эксплуатации котлоагрегатов;

  • снизить удельный расход топлива;

  • получить экономию электроэнергии;

  • улучшить экологическую обстановку прилегающего к теплоэлектростанции района.

  1. Преобразователи частоты для статических компенсаторов мощности и гибких линий электропередачи. Повышает устойчивость и надежность работы энергетических систем, резко уменьшает вероятность аварийных ситуаций.

  2. Высоковольтные ограничители напряжения для защиты электротехнического оборудования.

  3. Мощные разрядные полупроводниковые резисторы.

  4. Зарядно-выпрямительные устройства.

  5. Интеллектуальные бесконтактные выключатели.

  6. Мощные выпрямители и инверторы для вставок постоянного тока и ЛЭП постоянного тока.

  7. Преобразователи частоты для мини ГЭС, ветроэнергетических станций и солнечной энергетики.

  8. Мощные пусковые устройства для синхронных генераторов.

Обоснование энерго- и ресурсосберегающего эффекта от применения устройств силовой электроники в энергетике.

Системы тиристорного самовозбуждения (СТС) для мощных турбо- и гидрогенераторов. Современные системы тиристорного самовозбуждения используют искусственный интеллект при управлении генератором (нейронные контроллеры, нечеткую логику …). Это позволяет, прежде всего, увеличить быстродействие систем, повысить надежность функционирования энергетических систем, снизить эксплуатационные расходы, т.к. в системе заложен встроенный автоматический контроль и прогнозирование технического состояния. Применение таких СТС позволит исключить множество аварийных ситуаций в энергетических сетях.

Преобразователи частоты для регулируемого электропривода (частотно-регулируемый электропривод). На электростанциях это: приводы тягодутьевых механизмов; приводы питательных насосов; приводы конвейеров; приводы ленточных питателей; приводы насосов питателей и т.д. Высокую эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода можно проиллюстрировать на примере использования его в насосных, вентиляторных, нагнетательных установках. Электроприводы указанного класса механизмов потребляют не менее 20-25% всей вырабатываемой электроэнергии и в большинстве случаев остаются нерегулируемыми, что не позволяет получить режим рационального энергопотребления и расхода воды, пара, воздуха и т. д. при изменении технологических потребностей в широких пределах. Регулирование производительности с помощью задвижек является крайне неэкономичным способом. Значительное снижение момента нагрузки при снижении скорости вращения приводного двигателя, характерное для рассматриваемых механизмов, обеспечивает существенную экономию электроэнергии (до 50%) при использовании регулируемого электропривода и позволяет создать принципиально новую технологию транспортировки воды, воздуха и т. д. с эффективным регулированием производительности агрегата. Кроме того, поддержание в системе минимально необходимого давления приводит к существенному уменьшению непроизводительного расхода транспортируемого продукта, снижению аварийности и увеличению срока службы гидравлических и пневматических сетей. Опыт применения частотно-регулируемых электроприводов в водоснабжении показывает, что можно сэкономить до 25% воды, что также дает значительную экономию эксплуатационных затрат. Невысокие требования к качеству регулирования давления обуславливают возможность применения относительно недорогих преобразователей частоты с так называемым скалярным управлением, которые наиболее просты в проектировании, наладке, эксплуатации. Положительным моментом является также то, что преобразователь частоты может быть легко внедрен в уже существующую установку без какой-либо реконструкции системы в целом. Сочетание высокой экономичности регулирования и относительно малой стоимости оборудования обеспечивает сравнительно низкий срок его окупаемости (от нескольких месяцев). Измерения, проведенные на городских насосных установках, например, в гг. Новосибирске и Екатеринбурге до установки нового оборудования и после, подтвердили экономию электроэнергии 40-50% и экономию воды до 25%. Срок окупаемости работ составил 6-8 месяцев.

Другой актуальной областью внедрения энергосберегающих электроприводов являются подъемно-транспортные механизмы. Большинство существующих механизмов данного класса (краны, лифты) имеют контакторную схему управления при регулировании скорости путем переключения ступеней сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя либо использовании двухскоростных двигателей. Используемое для изменения скорости реостатное регулирование отличается крайне низкой энергетической эффективностью и сопровождается значительными потерями. Перевод на частотное регулирование дает следующие преимущества:

  • обеспечивается плавное регулирование скорости при существенном снижении энергопотребления;

  • повышается точность и качество регулирования скорости;

  • плавность пуска и торможения, отсутствие резких толчков увеличивают срок службы всех механических элементов подъемно-транспортных устройств, повышают комфортность управления и обеспечивают сохранность груза;

  • асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором дешевле и надежнее двигателей с фазным ротором и двухскоростных двигателей.

Говоря об энергосбережении средствами регулируемого электропривода, следует отметить, что многие современные преобразователи частоты содержат в себе функции так называемого энергосберегающего управления, которое заключается в более гибком управлении напряжением двигателя при изменении нагрузки, что позволяет в некоторых режимах дополнительно сэкономить до 30% потребляемой электроэнергии за счет снижения потерь в двигателе. Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой.

Статические компенсаторы реактивной мощности (СТАТКОМ). Современные СТАТКОМы решают вопросы регулирования напряжения, повышения пропускной способности линий электропередачи, ограничения коммутационных перенапряжений, гашения дуги в паузе ОАПВ, симметрирования напряжений, снижения потерь электроэнергии и средства для решения этих задач, а также статические компенсирующие устройства для сетей электроснабжения промышленных предприятий.

Силовые активные фильтры. Силовые активные фильтры позволяют компенсировать высокочастотные составляющие в потребляемом токе.

В Новосибирской области на протяжении семи лет успешно выполняется региональная межотраслевая программа «Силовая электроника Сибири». Основываясь на её результатах можно сделать следующие выводы и предложения.

1. По сравнению с развитыми странами в РФ низкий уровень использования систем ИСЭ, в настоящее время не более 20-25% генерируемой электрической энергии используется с применением систем ИСЭ, в то время как в ведущих экономиках мира эта цифра достигает 75-85%. Именно этот показатель делает энергоемким наш валовой национальный продукт. Переход от сырьевой ориентации российской экономики к инновационной с необходимостью требует совершенствования всего электрохозяйства страны и, в частности, широкого использования систем ИСЭ.

2. В России практически отсутствует современное станкостроение, в управлении исполнительными механизмами современных станков, гибких линий, роботов лежат системы ИСЭ. Поэтому отсутствие таких систем является основой низкого уровня автоматизации российских предприятий.

3. Используемые в РФ системы ИСЭ являются, как правило, импортными, или выполнены на импортных комплектующих.

4. В стране существует очень емкий потенциальный рынок для систем интеллектуальной силовой электроники и электротехники. Приведем лишь некоторые цифры, характеризующие рынок, который может быть освоен предприятиями Сибирского региона.

5. Для обеспечения рынка отечественными системами интеллектуальной силовой электроники и электротехники предлагается в Новосибирской области создать в качестве пилотного проекта промышленный парк «Силовая электроника и электротехника».

  • На предприятиях промышленного парка должны быть реализованы следующие производства (образуют замкнутый технологический цикл):

- поликристаллического и монокристаллического кремния специальных сортов;

- дискретных приборов силовой электроники (IGBT и MOSFET модулей, полевых тиристоров специального назначения);

- специализированных интегральных схем для силовой электроники и электротехники (драйверов, ШИМ-контроллеров и др.)

- систем силовой электроники различной мощности (от 10кВт до 10МВт)

- интеллектуальных электротехнических устройств (с напряжениями до 10кВ).

6. Суммарная стоимость проекта по созданию промышленного парка не менее 200400 млрд. руб.

Проект I.30. «Применение в электрических сетях систем аккумулирования обладающих большой энергоёмкостью (САБЭ)»

1. Народнохозяйственная проблема

В настоящее время в ЕЭС России продолжают оставаться напряженными режимы ее работы, сохраняется достаточно сложная топливная проблема, возрастают трудности управления энергосистемами в связи с большой долей недостаточно маневренных крупных энергоблоков тепловых электростанций. Высокие требования, предъявляемые к электроэнергетике предопределяют радикальную перестройку электроэнергетики, как принципов ее построения и управления, так и требуемого оборудования, т.е. объективно необходимы качественные изменения в технике производства и распределения электроэнергии. Необходимость экономии топлива предъявляет высокие требования к экономичности режимов.

В настоящее время формирование мощных электроэнергетических систем характеризуется повышением доли блоков, работающих в базе суточных графиков нагрузки. В определенной мере этому способствует существующая практика обновления генерирующих мощностей, при которой на станциях последовательно демонтиру­ются маневренные агрегаты мощностью 50ч200 МВт. В результате, при нагрузках, составляющих 50% от номинальной, расход топлива увеличивается на 16-26 г/кВтчас. Статистический анализ работы объединенных энергосистем показывает, что, наряду с повышением надежности энергоснабжения и снижением затрат на резервирова­ние, уплотнения суточных графиков нагрузки не наблюдается. Объективный учет тенденций в развитии топливно-энергетического комплекса также говорит о том, что в ближайшие 30-40 лет ос­новными производителями электроэнергии останутся тепловые электростанции, стоимость топлива будет возрастать, а межсис­темные связи еще на долгие годы будут отнесены к разряду "сла­бых связей". Вследствие этого, включение в электроэнергетичес­кую систему накопителей, позволяющих разделить во времени про­цессы выработки и потребления энергии (при условии их высокого КПД), имеет большое народнохозяйственное значение

Применение САБЭ на объектах ОАО «ФСК ЕЭС» эффективно для резервирования электроснабжения, для ограничения максимума токовых нагрузок в загруженных линиях электропередачи и обеспечения требуемого качества электроэнергии при сбросах и набросах нагрузки. Существенный эффект может быть получен при применение САБЭ в системах тягового электроснабжения (РЖД) и на объектах нефтегазовой промышленности.

В настоящее время емкостные накопители (аккумуляторы и емкостные батареи), маховиковые накопители, сверхпроводниковые накопители энергии и гидроаккумулирующие электростанции имеют свои области применения.

Цель проекта. Разработка, создание и практическое применение в ЕНЭС России систем аккумулирования обладающих большой энергоёмкостью (САБЭ).

Реализация предлагаемого проекта позволит обеспечить: повышение энергоэффективности, надежности, устойчивости и экономичности электроэнергетических систем.

2. Энергоэффективность и энергобезопасность.

Аккумулирование энергии позволит увеличить мощность и время работы базовых электростанций, улучшив тем самым технико-эко­номические показатели крупных энергоблоков благодаря сущест­венному уменьшению эксплуатационных расходов, уплотнить график нагрузки и компенсировать ее пиковые изменения. Кроме того, накопители могут существенно повысить устойчивость крупной станции при обеспечении баланса мощности электроэнергетической системы. Включение накопителя в энергосистему в качестве са­мостоятельной структурной единицы является объективной необхо­димостью и на ближайшую перспективу нет альтернативных решений для мощных ТЭС и АЭС с накопителями энергии, можно ожидать, что более 10% всей вырабатываемой энергии, прежде чем попасть к потребителю, будут проходить через системы накопите­лей.

Применение в электрических сетях систем аккумулирования обладающих большой энергоёмкостью является перспективной технологией, которая может найти широкое применение в электроэнергетических системах и электрических сетях России, обеспечивая повышение энергоэффективности, надежности, устойчивости и экономичности.

3.Существующий задел.

В России разработан маховиковой накопитель энергии на основе асинхронизированных машин мощностью 200Мвт ,масса маховика 300т ,диапазон изменения частоты вращения 900-600об/мин .

Разработаны суперконденсаторы нового поколения.

Разработаны современные схемы связи накопителей с электроэнергетической системой ,обеспечивающих независимое регулирование активной и реактивной мощностей.

Сверхпроводниковые накопители энергии запасают энергию в магнитном поле индукционной катушки, ток в которой циркулирует без потерь. Важнейшим преимуществом такого накопителя является его быстродействие (единицы миллисекунд), что позволяет реагировать на самые внезапные аварии в энергосистемах. Обмотки магнитных систем выполняются из низкотемпературных сверхпроводников.

В Российской Федерации накоплен большой опыт по созданию сверхпроводниковых накопителей энергии с запасенной энергией от 15 МДж до 100 МДж. Имеется производственная база для создания таких накопителей и получения сверхпроводника.

Имеющийся опыт разработок позволяет в настоящее время создать систем ы аккумулирования обладающих большой энергоёмкостью (САБЭ) электроэнергетического назначения.

4. Предложения по массовому производству.
На первом этапе выполняется технико-экономическое обоснование применения систем аккумулирования обладающих большой энергоёмкостью (САБЭ) и выбор первоочередных объектов их применения. Необходимо определить технико-экономические показателей и стоимости САБЭ.

Стоимость этапа 60 млн. руб.

На втором этапе принимается решение о типе системы аккумулирования обладающей большой энергоёмкостью.

Создание опытно-промышленного образца потребует привлечение специалистов ОИВТ РАН, ОАО «НТЦ Электроэнергетики», ФГУП «ВЭИ», ОАО «Криогенмаш», ОАО «Энергосетьпроект», ОАО «ВНИИКП», ОАО «Электромеханика», ФГУП «ТУ МЭИ».

Срок изготовления опытно-промышленного образца – 2,5 года.

На основе испытаний опытно-промышленного образца возможен серийный выпуск таких систем, общий рынок которых в России может прогнозироваться в объеме 25-35 млрд.руб. в течение 2010-2020 годов.

Такой рынок сбыта ожидается в странах СНГ и Азии.

Технологии на перспективу

Проект I.31. «Алюмоводородная МГД - электростанция»

В рамках исследований, проводимых в настоящее время в ОИВТ РАН в области алюмоводородных источников электроэнергии, рассмотрены возможности МГД-метода производства электроэнергии при использовании гидротермального окисления алюминия в воде или водяном паре при их соотношениях, близких к стехиометрическому. Расчетно-теоретический анализ показывает, что при этом электропроводность и квадрат скорости потока плазмы (в МГД-канале), состоящей в основном из водорода с присадкой нескольких процентов калия и К-фазы в виде расплавленного оксида алюминия, могут быть повышены в несколько раз, что дает существенное увеличение плотности снимаемой мощности и, тем самым, обеспечивает коэффициент преобразования энтальпии в МГДГ на уровне 20ч35%, при приемлемых габаритах канала и сравнительно малой индукции магнитного поля ~2,5 Т.

Тепловой двигатель на базе МГДГ кратковременного действия, работающий по алюмоводородным технологиям является, прежде всего, перспективным аварийным энергоисточником электроэнергии при работе как в составе локальных (единицы МВт), так и в составе региональных энергосистем (десятки МВт) для защиты энергосистем и предотвращения системных аварий, а также в качестве резервного энергоисточника кратковременного действия для покрытия пиковых нагрузок. При этом полное отсутствие каких-либо вредных выбросов энергоблоков с МГДГ допускает применение их (энергоисточников) на промплощадках больших и малых электростанций, причем для работы МГДГ можно использовать промышленный отбор пара в турбинах типа ПТ или отбор пара из выхлопа противодавленческих турбин типа Р.

Использование в качестве окислителя отработавшего в паровой турбине пара дает возможность вернуть в цикл теплоту конденсации. При этом тепловая эффективность такого бинарного цикла с "предвключенной" паровой турбиной и МГД-надстройкой может достигать 50ч60% и более, с одновременным производством водорода и товарных оксидов алюминия.

Тригенерационная энерготехнологическая установка.

В рамках работ по альтернативной энергетике разработан новый тип энергоустановок - тригенерационные энергоустановки для получения водорода, тепловой энергии и гидроксида алюминия на базе реакции гидротермального окисления дисперсного алюминия. В качестве исходных реагентов используются производимые в промышленных масштабах порошки алюминия и вода. В результате реакции взаимодействия алюминия с водой образуются тепловая энергия, содержащаяся, главным образом, в пароводородной смеси, водород, качество которого удовлетворяет требованиям ГОСТ 3022-80 (категория А) и полностью окристаллизованный, нанокристаллический гидроксид алюминия (бемит) высокой степени чистоты. Бемит может быть использован в промышленности для производства керамики, сорбентов, добавок в косметике, медицине и др., а также может быть преобразован в наноструктурированные порошкообразные оксиды алюминия, сфера применения которых еще шире. Параллельно ведутся работы над эффективным преобразованием тепловой энергии и химической энергии водорода в электрическую энергию с использованием традиционного и специального оборудования.

Тригенерационная энерготехнологическая установка (при условии возврата оксидов алюминия на переработку или для коммерческого использования) может использоваться для получения электрической и тепловой энергии в районах с повышенной нагрузкой на окружающую среду, либо в условиях недостаточной производительности централизованной сети теплоснабжения. Данная система может размещаться на предприятиях, чья деятельность непосредственно связана с переработкой бемита (в этом случае тепло, водород или получаемая из водорода электроэнергия являются побочными продуктами и используются для собственных нужд предприятия). Она может использоваться для снабжения очень чистым водородом технологических процессов промышленных предприятий.

Перспективно использование установок для получения водорода на водородных заправках в густонаселенных мегаполисах; для снабжения электрической и тепловой энергией отдельных потребителей (при создании соответствующей инфраструктуры по доставке и вывозу сырья), а также (в варианте специального исполнения) – для обеспечения резервного питания объектов. Основным преимуществом последних вариантов перед другими способами питания водородом является отсутствие необходимости перевозки и хранения больших объемов водорода. Весь водород производится на месте его потребления в процессе работы. Низкая стоимость получаемого водорода по сравнению с другими методами (электролиз, реформинг жидких углеводородов) достигается за счет реализации побочного продукта реакции – нанокристаллического бемита.

При массовом использовании энерготехнологических установок должна быть создана инфраструктура для подвоза топлива и сбора продуктов реакции с их последующей рекуперацией, либо использованием в других технологиях. В рамках этой структуры также может быть создано производство по переработке бемита в корунд.

Одним из возможных направлений использования алюмоводородных установок в энергетических целях является их установка в местах, где традиционные энергоисточники не могут быть применены по экологическим соображениям, а коммуникации для удаленного энергоснабжения либо очень дороги, либо в принципе не могут быть проложены.

Примером могут служить строящиеся (реконструируемые) объекты в центре мегаполисов, например в Москве, нуждающиеся в основном (дополнительном) энергоснабжении.

В Москве уже сейчас существует много зон, в которых сооружение новых коммуникаций практически не возможно, либо связано с капитальными затратами, многократно превышающими нормативные. Строительство автономных источников для энергообеспечения таких зон сталкивается с ограничением по выбросам и шумам.

Поэтому вопросы энергообеспечения объектов капитального строительства на таких зонах решаются правительством Москвы либо путем строительства автономных энергоисточников в ущерб состоянию окружающей среды, либо путем отказа в строительстве объектов.

Выходом из создавшейся ситуации могло бы стать сооружение автономных алюмоводородных энергоисточников, не требующих подведения коммуникаций и практически безвредных для окружающей среды.

Высокая себестоимость энергии (около 5 руб./кВт.ч), генерируемой на таких источниках, может покрываться маржой девелоперов, вводящих новые объекты капитального строительства в таких зонах.

Рынок применений для данного направления на начальном этапе может быть оценен для Москвы в 50 – 100 установок в год мощностью 0,5 – 5 МВт, при стоимости энергокомплекса 10 – 30 млн. руб.

Аналогичные проекты могут быть реализованы и в других мегаполисах, как в России, так и за рубежом.

Воздушно-алюминиевые электрохимические генераторы.

В ходе реализации Программы фундаментальных исследований Президиума РАН "Фундаментальные основы развития энергетических систем и технологий" разработаны источники энергии на основе воздушно-алюминиевых электрохимических генераторов:

  1. Типоряд электрохимических энергоустановок транспортного назначения с удельной энергоемкостью более 250 Вт.ч/кг и диапазоном мощностей 10 – 150 кВт для городского электротранспорта.

  2. Модульная электростанция резервного или аварийного назначения с мощностью модулей до 100 кВт и со сроком сохранности до активации более 20 лет.

  3. Портативные быстро перезаряжаемые батареи воздушно-алюминиевых топливных элементов различных типоразмеров и назначений с удельной энергоемкостью 200 Вт ч/ кг.

  4. Воздушно-металлические датчики протечки воды в жилых и производственных помещениях, а также в трюмах кораблей и судов.

  5. Воздушно-металлические датчики уровня и давления.

Повышение энергетической эффективности транспортной энергетики.

Одна из основных проблем развития современной экономики состоит в повышении энергетической эффективности промышленных технологий. В значительной степени это относится к транспортной энергетике, где внедрение энергосберегающих технологий является важнейшей проблемой сегодняшнего дня.

Такие энергосберегающие технологии базируются на фундаментальной научной проблеме преодоления потенциальной избыточности транспортных энергетических установок путем утилизации кинетической энергии при торможении транспортных средств, решение которой в силу гигантских масштабов использования транспорта может оказать существенное позитивное влияние на структуру энергетического баланса экономики страны.

Решение этой проблемы основано на создании гибридных энергетических установок, в которых используются основной и дополнительный источники энергии. Основной источник транспортной энергетической установки (источник энергии) – стационарное электропитание, двигатель внутреннего сгорания, аккумуляторная батарея или батарея топливных элементов – обеспечивает работу транспортного средства в стационарном режиме работы, а дополнительный источник транспортной энергетической установки (источник мощности) – система накопления энергии на базе суперконденсаторов – обеспечивает работу транспортного средства в переходных режимах трогания и ускорения за счет рекуперации энергии торможения.

Экспериментально подтверждено, что с помощью суперконденсаторных систем накопления энергии можно рекуперировать до 25% энергии, затраченной на разгон транспортного средства.

Кроме того, гибридные энергетические установки автомобильного транспорта позволяют более чем в 10 раз снизить количество вредных выбросов за счет работы основного источника энергии только в стационарном режиме, а также уменьшения его мощности в 2,5- 3 раза. Последнее позволяет более, чем в два раза снизить расход топлива.

Весьма перспективным представляется использование суперконденсаторных систем накопления энергии в возобновляемых системах получения электроэнергии на базе водородных топливных элементов и металовоздушных батарей в качестве практически безальтернативного буферного устройства, обеспечивающего пиковые нагрузки потребителей.

В ОИВТ РАН разработан пилотный образец системы накопления энергии на основе наноструктурированных суперконденсаторов нового поколения. В суперкондесаторах применены уникальная комплектующие, в том числе – электролит на основе ионной жидкости и специальным образом наноструктурированный углеродный материал. Использование оригинального подхода к решению проблемы позволило создать суперконденсаторы, превосходящие по удельной энергии, электрическому напряжению и ряду других показателей все известные аналоги.

Проект I.32. «Создание и испытание демонстрационных мобильных установок конверсии непищевой биомассы в моторные топлива»

Основной сырьевой базой для производства биотоплив из биомассы для России являются лигно-целлюлозные материалы. В СССР была создана гидролизная промышленность производства этанола, при этом из тонны древесины путем кислотного гидролиза целлюлозы получали 150 – 180 л этанола. Более эффективно, но недостаточно экономично производство из биомассы биобутанола и ацетона. В технологиях третьего поколения за счет вовлечения в процесс гемицеллюлозы (продукт полимеризации пятиуглеродных сахаров) выход топлива может быть увеличен в 1,5 – 2 раза.

Развитие локальной, распределенной энергетики является важным фактором безопасности страны. Диверсификация и делокализация энергетики – необходимый элемент повышения устойчивости и обороноспособности государства. Освоение гигантских территорий Сибири и Дальнего Востока, развитие с/х производства во всех регионах, лимитировано энергообеспечением. При этом все регионы обеспечены исходным сырьем для получения разнообразных энергоносителей – лигно-целлюлозными материалами.

В ближайшие 2-3 года необходимо создание и испытание новых технологий на ряде крупнопилотных установках и разработка базового инжиниринга.

Это включает:

установку деполимеризации биомассы и новый процесс конверсии лигно-целлюлозного сырья в метан, создание установок когенерации электрической и тепловой энергии;

установку получения циклокеталей углеводов растений, глицерина, полиолов, как новых видов топлива для транспорта и генераторов электричества, получение высокооктановых добавок к автомобильному топливу, получение компонентов дизельного топлива;

установку каталитической трансформации первичных спиртов (этанол, бутанол, глицерин) в «биобензин» и «биоавиационное топливо».

Площадка для создания основ технологии получения энергоносителей третьего поколения – Центр современных технологий РАН на базе Института проблем химической физики РАН с участием ряда институтов РАН.

Необходимое финансирование для создания, испытаний и апробации, подготовку технической документации новых технологий около 800 млн рублей на 3 года (250-300 млнё рублей на процесс).

Заинтересованные организации:

- Татнефтехиминвест-холдинг,

- Ростехнологии,

- Компания Аспект,

- Администрация Калужской области и Алтайского края,

- Перерабатывающие предприятия пищевой промышленности.

Разработки РАН на стадии ресурсных испытаний на пилотных установках.

Биотоплива третьего поколения из возобновляемого сырья.

В настоящее время в мире растет производство масличных технических (непищевых) культур для получения биотоплива (ятропа, камелина, багасса, и т.п.). Однако эксперты связывают будущее промышленного производства биотоплива не с этими культурами, а с водорослями, особенно одноклеточными. Для их роста и деления необходимы свет и углекислый газ как основные элементы фотосинтеза. Сегодня существуют водоросли (генетически модифицированные), способные удваивать свою массу несколько раз в день. Кроме того, в некоторых из них количество триглицеридов (основы растительного масла) составляет более половины их массы. Очевидно, что ни одно из существующих наземных растений не в состоянии конкурировать с водорослями по эффективности фотосинтеза, лежащего в основе урожайности. Это делает их идеальным сырьем для производства биотоплив. Наиболее эффективно выращивание микроводорослей в фотореакторах, расположенных рядом с тепловыми станциями, в частности работающих на нефтеперерабатывающих заводах, что позволяет обогащать питательную среду углекислым газом, являющимся техногенным отходом электростанций. Одновременно увеличивается обьем сырья для производства моторных топлив при том же потреблении нефти. В этом варианте также не только производится тепло, электричество и сырьё для биотоплив, но и одновременно сокращается выброс углекислоты в атмосферу. Повышение концентрации углекислого газа многократно увеличивает скорость роста водорослей.

В настоящее время в США разработкой выращивания водорослей и переработки их в биотопливо занимаются около 30 компаний. Подобные работы ведутся также в Канаде и Аргентине, где построен завод по производству 10 тонн биотоплива в день. Европа значительно отстает от США по масштабам работ: их ведут две компании в Испании и одна компания в Голландии. Резко возрастает темп работ в Израиле, часть которых ведется совместно с компаниями США.

Для реализации высокопроизводительной технологии производства биотоплива из водорослей необходимо, прежде всего, разработать новые эффективные катализаторы, обеспечивающие высокий выход биотоплива с высокими эксплуатационными характеристиками, используя методы нанотехнологии. Для аппаратурного оформления производства биотоплив могут быть использованы стандартные реакторы, мембранные устройства для конверсии сырья и разделения и разделения продуктов, другое оборудование, широко применяемое в химической и нефтехимической промышленности.

В ближайшие 2-4 года необходимо создание ряда пилотных установок для воспроизводства результатов лабораторных исследований и осуществления ресурсных испытаний с целью перехода к стадии НИР и ОКР. Необходимое финансирование для испытания и апробации ряда технологий третьего поколения, включая синтез водорослей в специальных фотореакторах, составляет примерно 450 - 500 млнё рублей на 3 года.

Необходимо испытать процессы:

  1. Культивации водорослей и грибов.

  2. Омыления липидов или переэтерификация липидов (получение метиловых эфиров высших жирных кислот).

  3. Гидроизомеризации алканов (гидрооблагораживание топлив)

  4. Разделительные и мембраннокаталитические технологии в производстве биотоплив.

  5. Сертификации полученных топлив.

Головные организации: ИНХС РАН, ИПХФ РАН.

Проект I.33. Утилизация сжигаемого на факелах попутного нефтяного газа (ПНГ) с получением высоколиквидной продукции и сырья для нефтехимической промышленности

1. Предмет заявки. В соответствии с разрабатываемой генеральной схемой развития газовой отрасли на период до 2030 г., ОАО "Газпром" прогнозирует прирост добычи попутных нефтяных газов (ПНГ) и природного газа с высоким содержанием этана, пропана, бутана и пр. с 90 до 160 млрд. куб.м к 2020 г.

Сегодня в России на нефтяных промыслах бесцельно сжигается по самым минимальным оценкам более 20 млрд. м3, а по максимальным – 50 млрд. м3 ПНГ в год. Ежегодные потери страны от бесцельного сжигания ПНГ составляют 11–15 млрд. $. При этом выбросы твердых загрязняющих вредных веществ в атмосферу на факельных установках в России составляют более 12% от общего объема этих выбросов.

Однако стратегия ОАО «Газпром» по увеличению глубины переработки попутных нефтяных газов предусматривает до 2015 года только следующие варианты утилизации этих газов:

  • сжижение;

  • выработка тепловой и электроэнергии;

  • сбор и поставка на ГПЗ;

  • сдача в сети «Газпрома»;

  • закачка в пласт.

Если принять во внимание существующую транспортную инфраструктуру Сибири, то сравнительный анализ этих технологий утилизации ПНГ показывает, что все они являются убыточными и не приводят к получению высоколиквидной продукции.

2. Оценка рынка. Возможна переработка ПНГ в смесь высоколиквидных жидких ароматических углеводородов «БТК». Потребителямитехнологии переработки ПНГ могут являться как государственные, так и частные газодобывающие, нефтяные и нефтехимические компании, заинтересованные в решении проблемы утилизации ПНГ. Список основных потенциальных потребителей технологии переработки легкого углеводородного сырья в ароматические углеводороды или продукции, получаемой по этой технологии, насчитывает более 25 крупных нефтяных и нефтехимических компаний. Кроме этого возможно строительство нескольких сотен небольших модульных установок непосредственно на местах добычи.

3. Оценка состояния разработки. По технологии Института катализа СО РАН в ОАО «НИПИГазпереработка» создана и прошла опытно-промышленную проверку технология переработки ПНГ в смесь ароматических углеводородов с использованием отечественного промышленно произведимого катализатора. На ОАО «НЗХК» создано промышленное производство катализатора для технологии ароматизации ПНГ мощностью 150 т катализатора в год с потенциальной возможностью увеличения мощности до 1000 т/год.

4. Оценка потенциала промышленности. Мощности созданного катализаторного производства даже с учетом потенциального увеличения мощности будет достаточно для эффективной переработки 15 – 20 % от общего количества ПНГ, сжигаемого в настоящее время на факелах. Для полной переработки всего количества сжигаемого ПНГ необходимо создание дополнительных мощностей по производству катализатора, в 5 – 6 раз превышающих существующие. Из сжигаемого в настоящее время ПНГ в потенциале возможно получение до 7 – 10 млн. тонн в год ароматических углеводородов – бензол-толуол-ксилольной фракции и фракции нафталинов. Это количество превышает сегодняшнюю потребность отечественной промышленности в данных высоковостребованных нефтехимических продуктах, и поэтому возможен их экспорт.

5. Имеющиеся проблемы (научно-технические, организационные, ресурсные, кадровые и др.) Широкомасштабное внедрение технологии сдерживается отсутствием первой промышленной установки мощностью 50 – 100 тыс.т/год по ПНГ, демонстрирующей работоспособность технологии, отработанной на опытно-промышленной мощности 1 тыс.т/год. В настоящее время имеются все необходимые организации для проектирования, изготовления, комплектации, монтажа и пуска такой установки (ОАО «НИПИГазпереработка», ОАО «НЗХК» и др.). Отсутствует первый заказчик, готовый финансировать проект, обустроить инфраструктуру для такого завода и пойти на риск «первого Заказчика». Ресурсные и кадровые проблемы решаемы.

6. Программа действий.

  • Проектирование, создание и пуск первой промышленной установки как элемента крупного госзаказа;

  • Эксплуатация установки в течение одного года для доработки возможных недоделок;

  • Выход на серийное производство установок (невозможно без государственной поддержки в организационном и финансовом плане)

7. Оценка необходимых материальных ресурсов.

  • Для создания первой промышленной установки мощностью 100 тыс.т/год по ПНГ и ее эксплуатации в течение одного года с учетом всех организационных моментов необходимо 1,2 – 1,5 млрд. рублей. Такая установка будет самоокупаема, т.к. сможет производить товарную продукцию общей стоимостью более 1,5 млрд. руб./год.

  • При выходе на серийное производство удельная стоимость таких заводов снизится. Для создания серии заводов, достаточных для погашения всех факелов и полной утилизации сжигаемого ПНГ потребуется затратить около 70 млрд. рублей. При этом будет получено дополнительной продукции на сумму около 500 млрд. рублей и создано более 40 тысяч новых рабочих мест.

Проект I.34. «Разработка, опытно – промышленное опробование и организация серийного производства малогабаритных модульных установок для получения из попутного нефтяного газа и природного газа электроэнергии, тепла, бензина, моторных топлив, продуктов нефтехимии на удаленных и малых нефтяных и газовых месторождениях с целью более полного и эффективного использования их ресурсного потенциала и снижения выбросов парниковых газов»

Сроки выполнения.

1этап (2010-2012г.г.) – разработка, создание опытных образцов и опытно – промышленное опробование малогабаритных модульных установок на нефтяных месторождениях с различным компонентным составом попутного нефтяного газа.

2этап (2013-2015 г.г.) – разработка технической документации, подготовка и освоение серийного производства малогабаритных модульных установок.

Стоимость проекта:

1этап -120 млн. руб. (из них 50млн. руб. - федеральный бюджет,70 млн. руб.- внебюджетные средства), 2 этап – 270 млн. руб.(внебюджетные средства). Всего -390 млн. руб.. из них 50, 0 млн. руб. - бюджетные средства, 340 млн. руб. – внебюджетные средства.

Эффективность проекта.

Можно ожидать, что утилизация попутного нефтяного газ, сжигаемого в настоящее время в факелах на удаленных и малых нефтяных месторождениях, позволит, не менее, чем на 10 млн.т в год снизить выбросы парниковых газов, а стоимость получаемых из него ценных целевых продуктов(электроэнергии, тепла, бензина, моторных топлив, сырья для нефтехимической промышленности и др.) составит порядка 10 -15 млрд. руб. в год.

Организации –исполнители.

ИПНГ РАН, ОИВТ РАН, ИНХС РАН, ГК «Новые технологии», ЗАО «Метапроцесс»,ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей», ОАО «ТМКБ «Союз», ОАО «Курганхиммаш», ООО «Конвер».

Проект I.35. «Снижение потерь первичных энергоресурсов при их транспортировке по магистральным нефте-, газо- и продуктопроводам на основе разработки и внедрения комплексной технологии ( аэрокосмические и наземные измерения, геомеханическое моделирование и др.) прогноза мест возникновения аварийных ситуаций, обусловленных развитием опасных природных процессов»

Сроки выполнения.

1этап (2010-2012г.г.) – разработка комплексной технологии и ее опробование на эталонных участках трубопроводов.

2 этап (2013-2015 г.г.) - проведение опытно – промышленных работ по прогнозу развития опасных природных процессов на основных трассах трубопроводов в различных горно – геологических и природно – климатических условиях.

3 этап (2016 – 2020 г.г.) – организация и проведение производственного мониторинга развития опасных природных процессов на трубопроводных системах ОАО «Транснефть» и ОАО «Газпрм».

Стоимость проекта.

1этап – 40,0 млн. руб. (федеральный бюджет); 2этап – 120 млн. руб. (внебюджетные средства); 3 этап – 240 млн. руб. (внебюджетные средства). Всего – 400 млн. руб., из них 40, 0 млн. руб. - бюджетные средства, 360 млн. руб. – внебюджетные средства.

Эффективность проекта.

Можно ожидать, начиная с 2014- 2015 г.г., ежегодного снижения на 15- 20 % потерь первичных энергоресурсов, транспортируемых по магистральным трубопроводам, что в денежном выражении составит порядка 8 – 10 млрд. руб. в год.

Организации- исполнители.

ИПНГ РАН, ИФЗ РАН, ОАО «Транснефть», ОАО «Газпром».

Проект I.36. «Создание промышленного протяженного сверхпроводящего кабеля с токоограничителем, использующего явление высокотемпературной (азотной) сверхпроводимости»

Развитие этой технологии базируется на фундаментальных работах в области физики твердого тела, классической и квантовой электродинамики, физики плазмы и электрохимии и в общем плане относится к исследованию условий (законов) распространения электромагнитного поля в твердых, жидких и газообразных средах и на их границах. Наиболее полно эти вопросы освещены в трудах академиков Ландау и Гинзбурга. Практическое использование исследований привело к использованию явления сверхпроводимости сначала с материалами при «гелиевых» температурах, а в конце прошлого века при «азотных», что позволяет создавать реальные устройства при более приемлемых экономических показателях.

В настоящее время в мире в области «теплой» (азотной) сверхпроводимости активно ведутся работы по созданию протяженных сверхпроводящих кабелей (длиной до одного км) с проводниками второго поколения, сверхпроводниковых токоограничителей, трансформаторов, накопителей энергии и т.д.

Их использование может принципиально изменить не только электрические сети, но и используемое электрооборудование. Новым сетям, работающим на постоянном токе, будут неведомы проблемы обеспечения статической и динамической устойчивости линий и систем электропередач, будет не нужно применение высоких напряжений, появится возможность организовать передачу громадных (несколько десятков млрд.кВт.ч) потоков электроэнергии, могут быть решены вопросы аккумуляции электроэнергии и т.д. Другими словами, это будут другие сети и другая электроэнергетика.

В мире в опытной эксплуатации находится около 15 сверхпроводящих кабелей, изготовленных из высокотемпературных сверхпроводниковых материалов длиной от 30 до 600м.

У нас в стране под руководством Энергетического института им.Г.М.Кржижановского, при участии Московского авиационного института (МАИ), Всероссийского научно-исследовательского института кабельной промышленности (ВНИИКП), ОИВТ РАН и ОАО «НТЦ Электроэнергетики» закончено изготовление 1-го в России и самого длинного в Европе сверхпроводящего кабеля длиной 200 м. Тем самым Россия преодолела более, чем 15-летнее отставание по этому направлению от ведущих стран мира и имеет 3-й по длине кабель в мире. Более того, в течение двух с половиной лет нашим ученым удалось создать первую в мире высокоэффективную систему криоснабжения и криостатирования без использования сложных и дорогих энергетических систем, по всем показателям превышающую существующие в мире криосистемы.

Эти разработки уже в настоящее время экономически выгодны при их использовании в крупных городах и мегаполисах в качестве вводов электроэнергии при внешнем энергоснабжении (экономия земли при прокладке сверхпроводящего кабеля) или питании крупных потребителей (в частности офисно-жилищных комплексов) при осуществлении энергоснабжения от шин электрогенератора (экономия за счет отказа от повышающего трансформатора и за счет экономии земли при прокладке кабельных сетей).

В Нью-Йорке создается локальная сверхпроводящая электрическая сеть из нескольких сверхпроводящих линий для питания потребителей на острове Манхэттен. В Москве в 2010 году намечено пустить в промышленную эксплуатацию для питания крупного жилого квартала на Ходынском поле первую в России сверхпроводящую линию длиной 200 м.

В настоящем проекте предполагается создать промышленный протяжённый сверхпроводящий кабель длиной 1.5 – 2 км с сверхпроводящим оригинальным токоограничителем (первый в мире). Необходимость токоограничителя вызвана резким ростом токов короткого замыкания в электрических сетях в связи с ростом нагрузок и развитием электросетей. Без ограничения тока короткого замыкания их величина уже в настоящее время в московских распределительных сетях 110 –220 кВ превысила бы вдвое максимальную отключающую способность наиболее мощных выключателей (120 кА против располагаемых 63 кА).

В настоящее время для токоограничения применяется метод распределения сетей (секционирование сетей), который ослабляет связи сетей и приводит к снижению надёжности их работы.

Этот проект одновременно решает многие крупные проблемы электроэнергетики, является прорывным и вызывает развитие многих примыкающих направлений и производств: высокотехнологичных линий по изготовлению производств второго поколения, развитие производств по изготовлению новой кабельной продукции и ограничителей тока, развитие нового поколения производства систем криоснабжения и криостатирования, новые системы измерений, контроля и диагностики, разработке новых сверхпроводниковых материалов, производство новых материалов для систем криостатирования, расчёт и проектирование новых электроэнергетических систем и систем криостатирования и т.д.

Конкретные результаты эксплуатации промышленного сверхпроводящего кабеля с токоограничителем позволяют получить технические и экономические характеристики для возможности проектирования локальной сверхпроводящей энергетической системы.

Ожидаемый эффект от выполнения проекта: прежде всего, это большой шаг на пути создания новой прорывной технологии. При реализации проекта экономический эффект будет достигнут, в зависимости от длины кабельной линии, порядка 500 млн. рублей капвложений за счет экономии средств при отказе от сооружения обычных линий электропередач с трансформаторами (за счёт отказа от понижающей электроподстанции и повышающего трансформатора, экономии стоимости земли за счёт снижения числа и габаритов подземных коллекторов) и дополнительно ежегодный эффект порядка 60 млн. кВт.ч от снижения потерь электроэнергии.

Социальным эффектом является высокий уровень пожарной безопасности по сравнению с подземными маслонаполненными кабельными линиями.

Срок выполнения проекта: 2010 – 2013 гг.

Ориентировочная стоимость: 1.5 – 2 млрд. руб.

Исполнители: ЭНИН, ВНИИКП, МАИ, НТЦ электроэнергетики, ОИВТ РАН.

Проект I.37. «Развитие производства тепловых насосов для Прибайкалья»

  1. Предмет заявки (концепция).

В рекреационной зоне Прибайкалья экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды малыми угольными и мазутными котельными, особенно актуальны. По экологическим причинам неоднократно ставился вопрос о закрытии и последующем перепрофилировании на экологически чистые производства Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. Замена в Прибайкалье экологически неблагополучных топливных котельных с КПД на уровне 50% на тепловые насосы представляет важную народно-хозяйственную задачу, способствующую развитию инновационного машиностроения в России.

Создание производства тепловых насосов с использованием возможностей промышленных предприятий, в частности ОАО «Машзавод» (г. Чита) и Байкальского ЦБК, является целью настоящего проекта.

  1. Оценка рынка в гражданском секторе, в секторе специальных применений, для экспорта.

Зарубежный рынок производства тепловых насосов оценивается в десятки миллиардов долларов в год и непрерывно увеличивается в связи с ростом цен на традиционные виды топлива. Мощность самой крупной стокгольмской теплонасосной станции составляет 320 МВт. В России Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН и отделившаяся от него инновационная фирма «Энергия» с начала 90-х годов по настоящее время установили только около 150 тепловых насосов различной мощности на суммарную нагрузку немногим более 30 МВт. Тепловые насосы зарубежного производства, рассчитанные на низкотемпературные системы отопления, в природно-климатических условиях Сибири малоэффективны. Поэтому усилия российских специалистов направлены на разработку отечественных тепловых насосов, учитывающих особенности сурового климата, наших систем отопления и качества обслуживания. Так, в рамках программы «Энергосбережение СО РАН» Институтом теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН для отопления Байкальского музея ИНЦ СО РАН в п. Листвянка Иркутской области был установлен опытно-промышленный тепловой насос теплопроизводительностью 60 кВт, использующий тепло воды озера Байкал. В тепловом насосе она от исходной температуры 7-8єС в озере Байкал охлаждается до 3-5 єС и обратно сбрасывается в озеро. С учетом проявленного со стороны представителей региональных органов власти и предпринимательской среды интереса к этому типу экологически чистого отопления, возникла объективная потребность в организации серийного производства такой техники. Только в Иркутской области более 200 электрокотельных до 2 Гкал/ч единичной мощности c общим электропотреблением 500 млн. кВт* ч/год (0,43 млн. Гкал /год). Их замена на тепловые насосыдаст экономию топлива в размере 0,109 млн. т у. т. / год и позволит освободить для нужд производства и ЖКХ 116 МВт электрической мощности, в которой уже испытывается дефицит.

В настоящее время для развития теплонасосных технологий в регионе Прибайкалья сложилась особо благоприятная обстановка:

1. В прибрежной зоне озера Байкал создаются в соответствии с решением Правительства РФ две особые экономические зоны туристско-рекреационного типа, по определению требующие применения для теплоснабжения экологически чистых источников тепла.

2. В рамках формирующейся Программы научного и технологического обеспечения социально-экономического развития Забайкальского края планируется развитие на заводе ОАО «Машзавод» (г. Чита) серийного производства теплонасосной техники.

3. Решается вопрос о перепрофилировании Байкальского целлюлозно-бумажного комбината на экологически чистые виды производства. Руководство ОАО «Машзавод» (г. Чита) дало согласие на организацию на базе ремонтно-механического цеха Байкальского ЦБК своего филиала для сборки отечественных тепловых насосов.

Решение вопроса о серийном производстве тепловых насосов – это также решение проблемы безработицы для высококвалифицированных кадров в настоящее время и подготовки специалистов для инновационной отрасли машиностроения в будущем.

  1. Оценка состояния разработок.

Парокомпрессионный тепловой насос с электроприводом является реальным практическим средством энергосбережения и обеспечивает значительную экономию ископаемых видов топлива за счет использования практически неограниченных запасов возобновляемых низкопотенциальных (3-40єС) источников (тепло воды поверхностных и подземных источников, сточных вод, грунта и т.д.). Каждый киловатт электроэнергии, затраченный на привод компрессора теплового насоса, позволяет утилизировать 2-4 кВт тепла таких источников, что делает его экологически чистым и экономически выгодным источником тепла для систем теплоснабжения.

В России первый тепловой насос был установлен Институтом теплофизики СО АН СССР в конце 60–х годов прошлого века на Камчатке. Он в течение нескольких лет обеспечивал теплом парниковое хозяйство в пос. Термальный Елизовского района. Там же в течение ряда лет эксплуатировалась первая в мире фреоновая электростанция мощностью 600 кВт, использующая для своей работы в качестве возобновляемого энергоресурса тепло воды геотермальной скважины, охлаждение конденсатора обеспечивалось водой из реки Паратунки. С тех пор Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН и отделившаяся от нее инновационная фирма «Энергия» установили в общей сложности всего около 150 тепловых насосов различной мощности. Причины такого слабого развития этого экологически чистого метода использования тепла вторичных и возобновляемых источников в России объясняется пренебрежением на всех уровнях к экологическим проблемам, невыполнением требований Киотского протокола и отсутствием закона, поддерживающего эту отрасль энергетики. Во всех странах при установке тепловых насосов их пользователям выделяют субсидии или утверждают привилегированные тарифы на электроэнергию.

  1. Оценка потенциала промышленности (по конкретным предприятиям).

Читинский ОАО «Машзавод» является предприятием, специализирующимся на выпуске холодильного оборудования единичной мощностью до 500 кВт. В начале 90-х годов им была выпущена опытная партия тепловых насосов НТ-100 на базе отечественного винтового компрессора. Существующая технологическая база позволяет производить тепловые насосы теплопроизводительностью от нескольких десятков до сотен киловатт на базе винтовых и поршневых компрессоров с проведением их заводских испытаний на сертифицированных стендах. Однако для выпуска техники мирового уровня требуется модернизация отдельных видов оборудования. Предприятие может стать головным по выпуску основных комплектующих (теплообменного оборудования, компрессоров и др.) для сборочных производств, расположенных в других регионах. В качестве такой сборочной площадки может рассматриваться ремонтно-механический цех Байкальского ЦБК, некоторые предприятия г. Новосибирска.

Таким образом, ОАО «Машзавод»( г. Чита) при соответствующей финансовой поддержке и научном руководстве со стороны Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН может стать базовым специализированным предприятием по серийному выпуску парокомпрессионных тепловых насосов в сибирском регионе.

  1. Имеющиеся проблемы (научно-технические, организационные, ресурсные, кадровые и др.)

Основные проблемы – отсутствие государственной поддержки для развития прикладных исследований, разработки типоряда новых образцов техники, устаревший парк технологического оборудования, отсутствие оборотных средств для выпуска первой партии серийной продукции.

6. Программа действий на ближайшую перспективу.

1) Создание на основе Байкальского музея Иркутского научного центра СО РАН демонстрационного Центра по эффективному использованию возобновляемого тепла воды озера Байкал для целей отопления. В составе Центра будет несколько тепловых насосов отечественного производства, адаптированных к эксплуатации в природно-климатических условиях Сибири.

2) Организация либо на базе Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, либо в г. Новосибирске производства серийной партии 20 тепловых насосов мощностью 50-100кВт для их применения в регионе Прибайкалья.

3) Инициирование принятия Государственной Думой Федерального закона о поддержке экологически чистых производств с установлением для пользователей тепловых насосов льгот за счет снижения тарифов на электроэнергию и снижения ставок налогообложения для производителей этой техники.

7. Оценка необходимых материальных ресурсов.

Выделение 500,0 миллионов рублей для организации на территории Байкальского ЦБК, либо в г. Новосибирске сборочного производства 20 тепловых насосов по следующей схеме их использования:

-Годовой фонд зарплаты – 30 млн. рублей в год из расчета 50 тыс. руб. в месяц на численность работающих 50 человек, включая небольшое конструкторское бюро численностью 10 человек;

-Приобретение технологического оборудования и оснастки на сумму 200 млн. рублей для организации серийного производства.

-Выделение оборотного капитала для изготовления первой партии парокомпрессионных тепловых насосов теплопроизводительностью 50-100 кВт на технологической базе ОАО «Машзавод» (г. Чита).

Такой размер инвестиций реально позволит создать эффективное инновационно-ориентированное машиностроительное производство, затраты на которое окупятся в течение 4-5 лет.

Исполнитель: ИТ им. С.С. Кутателадзе СО РАН.

Проекты

Российской академии наук
для участия

в реализации направлений технологического прорыва

Направление II
«Медицинские технологии, диагностическое оборудование и лекарственные средства»

Отечественные достижения в области фундаментальных биологических исследований находятся на мировом уровне, однако практическое использование этих результатов в отечественной медицинской практике на протяжении последних десятилетий было сведено к минимуму, прежде всего, из-за отсутствия современной химико-фармацевтической и биотехнологической промышленности.

Акционирование и приватизация практически привели к исчезновению производств, производящих активную субстанцию, однако, создали ряд современных предприятий, выпускающих готовые лекарственные средства на основе импортируемых из Китая и Индии субстанций.

Научные учреждения, разрабатывающие фармацевтические субстанции практически исчезли, как и вся прикладная фармацевтическая наука. В настоящее время только в учреждениях РАН и РАМН остались наряду с фундаментальными исследованиями разработки, позволяющие создать лекарственные препараты, отвечающие современным биомедицинским требованиям.

Стратегической задачей является создание современной химико-фармацевтической и биотехнологической промышленности, базирующейся на отечественных результатах исследований и разработок, выполняемых в научных учреждениях РАН, РАМН и ряда ведущих университетов.

Лекарственные препараты

Основные задачи, связанные с созданием новых инновационных лекарственных препаратов в России, вытекают из анализа сложившейся структуры и тенденций отечественного рынка фармакологических препаратов. В 2007 г. объем фармацевтического рынка России в стоимостном выражении составил 298 млрд. руб. Отечественный фармацевтический рынок продолжает оставаться импорт-ориентированным. По оценкам специалистов, сегодня Россия импортирует 70% потребляемых лекарств, как правило, это препараты-дженерики, Т.е. лекарственные вещества, разработанных более 20-лет назад, на которые истек срок действия оригинального патента. Практически отсутствует производство субстанций, предприятия на 95-97% используют для производства готовых лекарственных средств импортные компоненты. По данным департамента экономической безопасности ТПП России за последние годы не было зарегистрировано ни одно принципиально новое отечественное лекарство, а появление новых лекарственных средств связано с реализацией наработок прошлых лет. Такая огромная диспропорция в долях отечественных и зарубежных лекарственных средствах и возникшая зависимость обеспечения населения от импортных препаратов представляет реальную угрозу национальной безопасности, что явил ось основанием для принятия в феврале 2008г. решения Совета Безопасности о кардинальном изменении политики в области создания отечественных лекарственных средств. В соответствии с поручением Правительства от 6 марта 2008г. в настоящее время подготовлена концепция «Стратегии развития фармацевтической промышленности РФ до 2020 года», в соответствии с которой основное внимание и значительные средства в ближайшие годы должны быть направлены на разработку оригинальных отечественных лекарственных препаратов, доля которых к 2020 году на Российском рынке должна составить не менее 50%.

Таким образом, развитие фундаментальной базы создания новых оригинальных отечественных лекарственных средств становится одной из ключевых задачей, стоящей перед институтами РАН.

В качестве успешных примеров достижения практически значимых результатов научных исследований можно привести следующие.

Сердечно-сосудистые заболевания, прежде всего ишемическая болезнь сердца, ишемический инсульт и ишемические заболевания нижних конечностей стабильно занимают первое место среди причин смертности в Российской Федерации. Разработаны подходы к созданию двух групп генно-терапевтических лекарственных препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний ишемической природы: на основе плазмидных и адено-вирусных генетических конструкций.

Кроме кардиологии и ангиологии, созданные препараты будут применяться в эндокринологии (лечение диабетических макроангиопатий), неврологии (лечение ишемических инсультов, бокового амиотрофического склероза), эстетической медицине (лечение облысения, возрастных изменений кожи), для ускорения ранозаживления при различных травматических и патологических состояниях, включая ожоги.

В области современных подходов к терапии рака в РФ имеются оригинальные научные заделы. Созданы такие направления, как генная вакцинотерапия опухолей и избирательная доставка лекарств к опухолевым клеткам.

Генная вакцинотерапия предполагает использование вакцины на базе защитного противоопухолевого белка Tag7(открытого в ИБГ РАН), которая прошла 1-ую фазу кинических испытаний и которую готова производить фирма «Биннафарм». Генно-модифицированная клеточная вакцина (ГМКВ) для лечения меланомы успешно прошла I-ую фазу клинических испытаний, показавших ее безопасность и отсутствие серьезных побочных эффектов при применении. На этой основе создана улучшенная версия ГМКВ «Компливак», разработана технология ее получения и технологический регламент опытного производства.

Генно-модифицированная клеточная вакцина (ГМКВ) для лечения меланомы, которая успешно прошла I-ю фазу клинических испытаний, показавших ее безопасность и отсутствие серьезных побочных эффектов при применении. На этой основе была создана улучшенная версия ГМКВ «Компливак», разработана технология ее получения (лабораторный регламент), и технологический регламент опытного производства.

На стадии доклинических испытаний находится методология селективной доставки в ядра опухолевых клеток излучателей альфа-частиц и активного кислорода с помощью мультимодульных нанотранспортеров.

Ожидается, что комбинация этих двух подходов будет иметь мощный терапевтический эффект при опухолевых заболеваниях.

До стадии производства доведено большое количество лекарственных препаратов, в том числе рекомбинантный интерферон и лекарственные формы на его основе для медицины и ветеринарии, интерлейкин (в-лейкин), эритропоэтин, «Гистохром для офтальмологии» (лечение кровоизлияний в глаз и др. глазных патологий), «Гистохром для кардиологии» (инфаркт миокарда), «Коллагеназа КК» (ранозаживляющее и противоожоговое средство), «Максар» (гепатозащитное средство), «Никавир» (для лечения СПИДа), противоопухолевый препарат «Лизомустин» и многие другие. Отечественный генно-инженерный инсулин человека производится в количестве, достаточном для обеспечения больных диабетом г. Москвы.

Проект II.1. «Новое поколение оригинальных отечественных препаратов, действующих на патогенез заболевания (для лечения сердечно-сосудистых, раковых и нейродегенеративных патологий)»

В настоящее время наиболее востребованным направлением в области лекарственных препаратов является разработка оригинальных лекарственных средств, действующих на патогенез заболевания. Такие препараты, в отличие от абсолютного большинства имеющихся на рынке, способны не только устранять симптомы уже возникшей патологии, но и эффективно препятствовать причине развития заболевания.

Примером такого рода лекарств является препарат Димебон, разработанный как средство лечения болезни Альцгеймера именно в Российской академии наук (ИФАВ РАН). По данным клинических испытаний этот препарат рассматривается в мире как один из наиболее перспективных для лечения этого нейродегенеративного заболевания.

Подобные «патогенез-направленные» лекарственные препараты имеют особо важное значение для лечения таких широко-распространенных патологий как онкологические, нейродегенеративные заболевания, болезни сердечно-сосудистой системы.

В РАН накоплен значительный научный потенциал, позволяющий провести направленный поиск, отбор и испытания препаратов, ориентированных на патогенез заболевания с конечным результатом – передачей наиболее перспективных препаратов на клинические испытания в учреждения Минздрава.

Развитие работ по этому проекту предполагает обеспечение направленного синтеза соединений на основе результатов по моделированию взаимодействия веществ с биологическими мишенями, последующий скрининг веществ на биологических объектах invitro, и затем, доклинические испытания отобранных наиболее перспективных молекул на адекватных экспериментальных моделях (“invivo”), в том числе на генетически модифицированных животных, воспроизводящих основные элементы патогенеза заболевания.

Для проведения широкомасштабных испытаний большого числа вновь синтезируемых соединений должна быть обеспечен комплексный скрининг (испытания) веществ на основные биомишени, участвующие в патогенезе заболеваний, на основе современных систем высокопроизводительно скрининга (СВПС). В институтах РАН биологического и химического профиля имеется кадровый потенциал, способный обеспечить эффективное использование дорогостоящих приборных комплексов СВПС (комплексный проект РАН «Создание национальной сети биоскрининга» включен в реестр приоритетных проектов для обеспечения Стратегии «Фарма 2020»). На последующем этапе наиболее перспективные вещества будут проходить доклинические испытания по международным стандартам GLP («надлежащая лабораторная практика»), что позволит в дальнейшем проводить коммерциализацию лекарственных препаратов, созданных на их основе, как у нас в стране, так и за рубежом. Для этого предполагается использовать созданные в последние годы на базе РАН уникальные современные комплексы по доклиническим испытаниям в научных центрах РАН в Пущино и в Черноголовке. Особое значение при этом будет уделено испытаниям на генетически модифицированных животных, моделирующих патогенез заболеваний. Лекарственные кандидаты, отобранные по данным таких испытаний, будут передаваться в медицинские учреждения Минздрава для проведения клинических исследований.

Таким образом, будет сформирован уникальный для нашей страны комплекс, обеспечивающий создание инновационных лекарственных препаратов на базе разработок РАН.

Предполагается, что при необходимом финансировании и возможности дополнительного приема квалифицированных кадров из числа молодежи для обеспечения высокотехнологических этапов проекта можно будет за 5 лет подготовить для передачи на клинические испытания 3 – 4 новых оригинальных инновационных препарата, влияющих на патогенез заболеваний (в области онкологии, кардиологии и нейропсихиатрии).

Будут защищены интеллектуальные права на эти препараты, что позволит их не только использовать на территории РФ, но и эффективно коммерциализовать на внешнем рынке (объем продаж подобных препаратов в мире оценивается в 4 – 8 млрд. долларов США в год.)

К настоящему времени в институтах РАН имеется ряд конкурентоспособных разработок, на которых основан настоящий проект.

Противоопухолевые препараты

Среди современных подходов к терапии рака с метастазами весьма перспективной стратегией считается иммунотерапия. В этой области в России имеется оригинальный полностью российский научный задел.

К настоящему времени создана генно-модифицированная клеточная вакцина (ГМКВ) для лечения меланомы, которая успешно прошла I фазу клинических испытаний, показавших ее безопасность и отсутствие серьезных побочных эффектов при применении. На этой основе была создана улучшенная версия ГМКВ «Компливак», разработана технология ее получения (лабораторный регламент) и технологический регламент опытного производства. Разработана универсальная биотехнология получения серий биологически активных модифицированных нуклеозидов, заменяющая используемый многостадийный химический синтез. В настоящее время осуществляется масштабирование технологий получения трех фармпрепаратов – Кладрибина и Флудары для лечения рака крови, ряда аутоиммунных заболеваний, включая ревматоидный артрит и рассеянный склероз, а также Рибавирина, основного препарата для лечения гепатита С и ряда других тяжелых инфекционных заболеваний, таких как геморрагическая лихорадка с почечным синдромом, бронхиолиты и пневмонии детей.

Разработан новый прототип противоопухолевого средства – малая молекула RETRA; из 42 тыс. малых молекул отобрано 6 соединений, способных активировать р53 в тест-системе. Наиболее активное соединение RETRA разрушает неактивный комплекс мутантного р53 с р73. В результате активность р73 восстанавливается и происходит индукция клеточной смерти. RETRA представляет собой перспективный прототип нового класса препаратов, потенциально действующих на значительную часть опухолей человека.

Создана новая лекарственная субстанция Миколикопин для профилактики и терапии рака предстательной железы.

Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН разработал противоопухолевый препарат «лизомустин». В стадии доклинических исследований препараты, обладающие антибактериальным, противотуберкулезным, противовоспалительным, антиагрегантным и другим действием. Эти разработки Института органического синтеза Уральского отделения РАН внедряются в производство на заводе «Медсинтез» (г. Екатеринбург).

В Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН совместно с институтом иммунологии Федерального медико-биологического агентства ведется работа по созданию новых оригинальных синтетических противораковых вакцин. В настоящее время препарат успешно проходит испытания в Институте иммунологии РАН. Начаты работы по созданию вакцин против рака мозга и рака молочной железы, а также ряда бактерий, но с использованием других специфических углеводных лигандов.

В Институте проблем химической физики совместно с РОНЦ им. Н.Н. Блохина ведутся работы по созданию радикально нового типа противораковых препаратов, являющихся донорами окиси азота на основе синтетических аналогов активных центров не гемовых железо-серных белков.

Препараты для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.

Сердечно-сосудистые заболевания, прежде всего ишемическая болезнь сердца, ишемический инсульт и ишемические заболевания нижних конечностей стабильно занимают первое место среди причин смертности в Российской Федерации.

Разработаны подходы к созданию двух групп генно-терапевтических лекарственных препаратов для лечения сердечно-сосудистых заболеваний ишемической природы: на основе плазмидных и адено-вирусных генетических конструкций. Кроме кардиологии и ангиологии, созданные препараты будут применяться в эндокринологии (лечение диабетических макроангиопатий), неврологии (лечение ишемических инсультов, бокового амиотрофического склероза), эстетической медицине (лечение облысения, возрастных изменений кожи), для ускорения ранозаживления при различных травматических и патологических состояниях, включая ожоги.

Получена серия перспективнейших соединений, позволяющих создать новое поколение лекарств для лечения аритмии сердца, заболеваний центральной нервной системы и ряда других заболеваний. Среди синтезированных соединений наиболее эффективным оказалось новое химическое соединение – производное 3-аминопирролидин-2-она. Проведенные исследования показали, что это соединение обладает высокой антиаритмической активностью. В настоящее время препарат передан на расширенные доклинические испытания.

Мнемотропные препараты

Принципиально новое направление в области поиска препаратов, влияющих на когнитивные функции и память развивается в совместных работах ИФАВ РАН и Института нормальной физиологии им. П.К.Анохина РАМН. На основе результатов о механизмах формирования и утраты памяти, был сконструирован ряд оригинальных веществ, способствующих процессу восстановлению утраченной памяти – т.н. мнемотропных препаратов. На модели реконсолидации памяти у экспериментальных животных было показано, что эти соединения способны восстановить утраченную память спустя несколько часов после экспериментальной амнезии. Таким образом, открывается принципиально новая возможность регулирования процессов формирования и восстановления памяти.

Противовирусные препараты

В ряде институтов РАН ведутся работы по созданию новых высокоэффективных препаратов для лечения различных форм гриппа. Исследования направлены на создание новых эффективных и доступных лекарственных препаратов, которые активны в отношении штаммов вируса гриппа А, циркулирующих в настоящее время в различных районах земного шара, в первую очередь, в отношении вирусов H6N1 и H2N1 (соответственно, «птичий» и «свиной» грипп), а также мутантов вируса гриппа А. В результате фундаментальных исследований в области химии борорганических соединений, проводимых в ИОХ РАН и ИНЭОС РАН, были получены оригинальные каркасные производные ряда 1-бораадамантана, проявившие высокую антивирусную активность. Обнаружено, что эти соединения обладают как вирус-статическим, так вирулицидным действием, и подавляют размножение штаммов вируса гриппа, резистентных к ремантадину. Недавно получены предварительные положительные результаты активности препарата Г-122 в отношении вируса гриппа А/H2N1.

В ИОС УрО РАН создано новое семейство эффективных противовирусных средств широкого спектра действия. Завершено доклиническое изучение противовирусного препарата «триазавирин», который по данным ВНИИ гриппа РАМН, а также Вирусологического центра МО РФ обладает широким спектром противовирусного действия, в том числе активен в отношении вируса гриппа птиц H6N1. В рамках комплексного проекта Миннауки (ФЦНТП по направлению «Живые системы») освоена технология получения «триазавирина», созданы опытные установки и начат выпуск опытных партий препарата. В 2008 году получено разрешение Минздравсоцразвития на проведение клинических испытаний, начата их первая фаза.

Средства адресной доставки лекарственных препаратов

Наряду с синтезом новых лекарственных препаратов, большое значение имеет получение средств их адресной доставки. К важнейшим достижениям следует отнести: создание наноразмерных полимерных носителей противотуберкулезных препаратов, а также получение глюкозочувствительных гидрогелей, способных выделять содержащиеся в них лекарственные вещества, например, инсулин, при определенной концентрации глюкозы в крови.

Значительные достижения достигнуты институтами РАН в области создания медицинских диагностикумов. Так, технология биочипов, разработанная в Институте молекулярной биологии РАН является одной из немногих областей, где Россия закрепила и развивает лидирующие позиции. Разработана, запатентована и внедрена в медицинскую практику нанотехнология гелевых биочипов, которая позволяет проводить экспресс-диагностику социально-значимых заболеваний. В системе РАН организовано опытное производство, позволяющее изготавливать не менее 1000 биочипов в день.

Важнейшими факторами, обеспечивающими возможность создания конкурентоспособных инновационных лекарственных препаратов является наличие современных центров для проведения доклинических испытаний на животных и лицензированных опытных производств (как альтернатива прикладным НИИ).

В настоящее время на базе институтов РАН имеется несколько современных центров для проведения доклинических испытаний. В частности, на базе филиала ИБХ в Пущино и в Черноголовском научном центре (НЦЧ РАН) созданы центры доклинических испытаний соответствующие международным стандартам «GLP» («надлежащей лабораторной практики»), что является редким исключение для нашей страны. Уникальный центр генетических моделей животных, абсолютно необходимых для разработки препаратов, действующих на патогенез заболеваний, создается в Новосибирском Академгородке на базе института цитологии и генетики СО РАН.

Институтами РАН разработаны технологии производства и в ограниченных количествах производятся некоторые генно-инженерные и синтетические лекарственные препараты. Имеется опытное производство на базе Института биоорганической химии (ИБХ) РАН, на котором, в частности, серийно выпускаются генно-инженерный инсулин (что позволяет на 15% удовлетворить потребности Москвы), вакцины против гепатита Б, субстанции рекомбинантного гормона роста человека и др. Совместно с ЗАО «Фармсинтез» (Санкт-Петербург) ИБХ РАН внедряет тонкий биокаталитической синтез для выпуска препаратов для лечения онкологических заболеваний, вирусного гепатита и рассеянного склероза.

Значительный производственный потенциал РАН пока используется далеко не полностью. Некоторые учреждения РАН химического и биологического профиля имеют опытные производства, которые необходимо полностью модернизировать. (Черноголовка, Пущино, Владивосток, Новосибирск, Екатеринбург). На базе этих опытных производств учреждения РАН готовы разработать современные технологии получения лекарственных средств по списку препаратов, подготовленному Минздравсозразвития и Минпромторговли по поручению Президента РФ от 31 августа 2009 года.В частности, предлагется для строительства современных предприятий химико-фармацевтического профиля использовать научно-производственный потенциал таких город как Екатеринбург, Казань, Новосибирск Черноголовка, где сосредоточены научные кадры, ВУЗы и крупнотоннажные химические производства. Что касается строительства биотехнологического предприятия, то РАН, Правительство Московской области, ТПП и Минпромторг РФ рассматривают площадку в г. Пущино, где сосредоточены более 30% научных кадров в области биотехнологии, два ВУЗа и центр доклинических исследований. РАН готова курировать создание этих производств. Эту проблему необходимо решать на государственном уровне в рамках отдельного проекта с использованием зарубежных инжиниринговых фирм, поскольку проектирование и обеспечение технологическим оборудованием в РФ практически отсутствует.

Срок выполнения проекта: 2010-2015 гг.

Предполагаемый объем финансирования: 950 млн руб.

Исполнители:

ИОС УрО РАН, ИФАВ РАН, ИОХ РАН, ИПХФ РАН, ИНЭОС РАН, ИБХФ РАН, ИБГ РАН, ИБХ РАН, ИМБ РАН, ИМГ РАН, ИОХ УфНЦ РАН, ИОФХ КазНЦ РАН, НИОХ СО РАН, ТИБХ ДВО РАН.

Проект II.2. «Направленная внутриядерная доставка альфа-эмиттеров для увеличения эффективности и специфичности их противоракового действия»

В мире резко растет применение радионуклидов для диагностики и, особенно, для терапии. При терапии, как правило, в-радиоактивный радионуклид или испускающий оже-электроны или радионуклид, обладающий низкоэнергетичным гамма, конверсионным или рентгеновским излучением, транспортируется в болезнетворную опухоль и разрушает ее. Иногда источник излучения доставляется к опухоли механически (например «сиды» для терапии простаты), а иногда – в виде специфического органического соединения, вводимого тем или иным способом в организм. Как правило, терапевтическая доза для пациента составляет порядка 50-100 мкюри. В последнее время развивают более эффективное направление: радионуклиды связывают с моноклональными антителами, которые проникают внутрь пораженной клетки и разрушают ее. При этом гораздо более перспективным является использование б-активных радионуклидов. Чтобы убить одну клетку требуется обычно от 1000 до 7000 в-частиц и только 1-4 б-частицы. Энергия б-частицы имеют, как правило, большую энергию и, кроме того, она выделяется в на коротком отрезке пробега. Терапевтическая доза составляет всего порядка 1 мкюри. Радионуклиды, испускающие -частицы (альфа-эмиттеры, АЭ), обладают рядом свойств, выгодно отличающих их от др. противоопухолевых препаратов: 1) локальностью действия (оно распространяется на величину пробега -частиц – несколько десятков микронов от места локализации АЭ); 2) нерепарируемостью поражения клеток-мишеней; 3) кратким сроком существования в организме (используются АЭ с короткими периодами полураспада, дающими нерадиоактивные или малотоксичные радиоактивные дочерние продукты). Считается, что наибольший интерес для терапии рака представляют следующие АЭ: 211At, 225Ac, 212Bi, 213Bi, не только испытываемые на животных, но уже проходящие клинические испытания на пациентах. Особенно интересен актиний-225 (период полураспада 10 дней) – сам или в качестве генератора дочернего висмута-213. Для его использования в Институте биологии гена РАН были созданы модульные рекомбинантные транспортеры (МРТ), позволяющие не только специфически доставлять эти лекарства внутрь клеток-мишеней, но и направленно транспортировать в их клеточные ядра. Модульные транспортеры состоят из: 1) лигандного модуля, обеспечивающего связывание с сверхэкспрессированным интернализуемым рецептором на поверхности клетки-мишени, 2) модуля, позволяющего транспортеру выйти из эндосом в "растворимую" часть клетки, 3) модуль с сигналом ядерной локализации и обеспечат доставку транспортера в ядро, 4) наконец, модуля-носителя, служащего для присоединения к нему доставляемого ЛДЛ. В декабре 2007 г. на ускорителе ИЯИ РАН из ториевой мишени было выделено более 1 мКи Ас-225. В настоящем проекте планируется разработать два эффективных метода выделения Ас-225 (газовохроматографический и экстракционно-хроматографический); впервые применить перспективный радионуклид для создания МРТ, меченого Ас-225 с последующим использованием для клинических испытаний.

Целью проекта является создание и производство высокоэффективных радиофармпрепаратов для радионуклидной терапии и лечения онкологических и неонкологических заболеваний с целью улучшения качества и увеличения длительности жизни, снижения смертности населения. Решение поставленной задачи достигается тем, что в качестве радиофармпрепаратов для радионуклидной терапии будет использоваться короткоживущий альфа-излучатель Ас-225. При этом будет разработана новая система доставки радионуклидов, что даст возможность АЭ специфически накапливаться в клетках-мишенях, а внутри них эффективно транспортироваться в наиболее чувствительные внутриклеточные мишени – клеточные ядра. Полученные данные убедительно продемонстрировали высокую перспективность разрабатываемого подхода; были экспериментально подтверждены основные предположения, высказанные в отчетах по Программе «Фундаментальные науки – медицине» на этапах 2006 – 2007 г.: как показали развернутые исследования на раковых клетках различного происхождения, данный подход действительно позволяет значительно увеличить цитотоксическую эффективность АЭ и придать им клеточную специфичность.

  • На первом этапе планируется оптимизировать условия протонного облучения ториевой мишени для накопления в нем Ас-225 в зависимости от энергии пучка, толщины мишени, времени облучения. Методом гамма-спектрометрии будет проведен теоретический расчет эффективного кумулятивного сечения образования Ac-225, Ra-224, Ra-223.

  • На втором этапебудут разработаны эффективные методы выделения Ас-225 из облученной мишени с применением термогазохроматографии и экстракционной хроматографии. Предварительные эксперименты показали (январь 2008 г.), что облученный растворенный при высокой температуре торий в тигле из чистого металлического циркония возгоняется при 1180 0С в токе очищенного гелия. Практически за одну стадию удалось выделить чистую фракцию Ra-Ba-Sr, отделив от множества других продуктов ядерных реакций деления и скалывания. Ac-225 совершенно не возгонялся из Th, что позволяет предполагать, что предложенный метод может быть использован для селективного количественного выделения Ас-225. Также было показано, что ториевая мишень легко растворяется в азотной кислоте, что позволяет разделить образующиеся продукты облучения экстракционно-хроматографически с применением триоктилфосфиноксида.

  • На третьем этапе предполагается создать новую систему доставки АЭ с использованием МРТ, которая даст возможность не только доставлять их в опухолевые клетки, но и эффективно транспортировать их в наиболее чувствительные внутриклеточные мишени – клеточные ядра. Модульный дизайн МРТ позволяет приспосабливать их для почти всех типов клеток-мишеней. Предлагаемый подход обладает рядом уникальных характеристик, описанных выше. Он сочетает новые уникальные достижения как в отношении внутриклеточной доставки лекарств, так и в получении полипептидов, несущих АЭ. В случае достижения цели проекта будет создана основа для оптимизации эндорадиотерапии, что может иметь коммерческую ценность и выгоду, а также социальную значимость. Проект также приведет к получению новых сведений в области изучения действия на живые клетки частиц (-частицы и атомы отдачи), обладающих высокими значениями линейной передачи энергии, и в области исследования внутриклеточного транспорта. Предполагается оценить количество АЭ, доставленных в ядра клеток мишеней при помощи визуализации образов клеток и треков -частиц на полимерных детекторах с последующим детектированием треков и клеток в при помощи атомно-силовой микроскопии с разрешением до десятков нанометров. Для определения оптимальных условий мечения МРТ хелаторами, способными удерживать такие АЭ как 225Ac, предполагается получить модельный радионуклид 111In, облучения серебряной мишени альфа-частицами на циклотроне НИИЯФ МГУ. Теоретический выход 111In составляет 7,8 МБк/мкА*ч (30 МэВ альфа-частицы, серебро естественного изотопного состава), что позволяет получить количество радионуклида, достаточное для отработки условий оптимального мечения МРТ, данным методом. Для выделения индия предполагается использовать экстракционную методику с применением ди-2-этилгексилфосфорной кислоты. При наличии достаточного финансирования предполагается и успешном проведении экспериментов по мечению МРТ предполагается использовать полученный меченный МРТ для определения распределения радионуклида в организме лабораторных животных.

В 2009 г. осуществлен поиск оптимальных условий ядерного синтеза Ac-225 с применением ториевой фольги в качестве мишени на линейном ускорителе по ядерным реакциям (р, хn) или (p; yn,1-2p) на крупнейшем в мире ускорителе заряженных частиц (Московская мезонная фабрика ИЯИ РАН, г. Троицк) на отводе протонного пучка 160 МэВ. Определены: выбор параметров мишени; величина энергии бомбардирующих частиц; время облучения; ядерный выход и произведенная активность Ас-225; состав и выход побочных продуктов облучения. Установлено, что толщина ториевой мишени, соответствующей снижению энергии протонов от 145 до 60 МэВ, должна составлять не более 1 см. Рассчитанный выход Ac-225 после облучения определен как 0.05 мКи/(мкА∙час), а доля активности - до 1%. В оптимальных условиях ториевая мишень была облучена током 100 мкА протонов в диапазоне энергий от 145 до 60 МэВ и вскрыта в «горячей камере» путем её растворения в концентрированной HNO3 и упаривания раствора досуха. Разработана эффективная схема выделения Ас-225 из облученной мишени методом экстракционной хроматографии с применением сорбента на основе смеси октилфенил-N,N-ди-изобутилкарбамоилфосфин оксида и три-н-бутилфосфата, нанесенной на инертную пористую матрицу. Найдены оптимальные условия выделения Ac-225 в зависимости от концентрации азотной кислоты, высоты разделительной колонки, а также количества последовательных разделительных циклов. В указанных условиях была выделена фракция Ac-225 с химическим выходом не менее 97 %. Предложены также перспективные методы извлечения из ториевой мишени других ценных АЭ, таких как Ra-224 и Ra-223. Изотопы радия совместно с элементами IIа группы Периодической таблицы Д.И. Менделеева (стронций, барий) извлечены из облученной ториевой мишени термо-хроматографическим методом. Селективное выделение изотопов радия с количественным выходом осуществляли с применением экстракционно-хроматографического метода с использованием сорбента на основе 4,4'(5’)-ди-т-бутилцеклогексано-18-краун-6, нанесенного на инертную пористую матрицу. В результате исследований в 2008 г. определены оптимальные условия протонного облучения ториевой мишени для получения АЭ (Ас-225, Ra-224, Ra-223), а также разработаны эффективные методы их концентрировании и выделения. Впервые было получено более 1 мКи радиохимически чистого Ас-225 с использованием разработанного нами метода.

В результате реализации проекта будут созданы новые высокоэффективные патентоспособные радиофармпрепараты, не имеющие аналогов в мире, которые позволят значительно улучшить эффективность и качество радионуклидной диагностики и терапии онкологических заболеваний человека. Предлагаемые в проекте разработки ориентированы на удовлетворение медико-социальных потребностей населения в части улучшения качества диагностики и терапии опухолевых заболеваний человека. Экономический эффект предлагаемого проекта состоит в том, что в результате выполнения работ по проекту улучшается качество разрабатываемой продукции и расширяется спектр препаратов для диагностики и лечения онкологических заболеваний, что позволит отказаться от закупки зарубежных дорогостоящих аналогов. В ходе выполнения проекта предполагается соучастие трех организаций: (1) Институт биологии гена РАН – для создания и исследования МРТ; (2) Институт ядерных исследований РАН – для проведения экспериментов по накоплению актиния при протонном облучении на ускорителе (г. Троицк). Все участники проекта имеют опыт совместной кооперации по проекту, что подтверждают результаты выполнения продолжающегося проекта в 2006 и 2007 гг. Проект имеет инновационный характер. В настоящее время на зарубежном рынке отмечается острый дефицит актиния-225, стоимость которого за 1 мКи составляет около 1000 $ США. Если реализовывать только сам исходный продукт актиний-225 по 400 $ США за 1 мКи, то от продажи только одного сырья актиния-225 годовой оборот будет составлять 60 млн. руб., а с учетом модернизации ускорителя и реализации Ra-223 – реализация может составить 1-3 млр. руб. Реализация же новых радиофармпрепаратов на основе наноструктур может обеспечитьэкономический эффект еще в несколько раз больше.

Головная организация: Учреждение Российской академии наук Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Соисполнители:

Учреждение Российской академии наук Институт ядерных исследований РАН, Учреждение Российской академии наук Институт биологии гена РАН, г. Москва, Отделение биологических наук РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова.

Сроки реализации: 2010-2015 гг.

Ориентировочная стоимость работ: 10 млн. руб.

Проект II.3. «Лекарственные препараты на основе наноразмерных частиц висмута и его соединений»

Мировое потребление висмута составляет около 6 тыс. тонн в год, из них на долю медицины приходится 45%. В настоящее время в России и за рубежом широкое применение в медицине находят основной и средний нитраты, основные карбонат, салицилат, тартрат, галлат, трибромфенолят, цитрат висмута (Машковский М.Д. Лекарственные средства. 15-е изд. – М.: Новая волна, 2008.-1206 с.). Данные соединения используются в качестве субстанций при синтезе лекарственных препаратов "Викалин", "Викаир", "Ксероформ", "Дерматол", "Бисмоверол", "Бийохинол", "Де-Нол", "Трибимол", "Телен", "Десмол", "Пилорид" и др. Как показали современные исследования, соединения висмута обладают противоопухолевой активностью и могут быть перспективны для лечения ВИЧ, СПИДа и связанных со СПИДом болезней.

Нарушение структуры питания основной массы населения России в последние годы вызвало ощутимый рост, прежде всего желудочно-кишечных заболеваний, что вызывает повышенный интерес к выпуску соответствующих медицинских препаратов. Особое внимание при этом уделяют новым висмутсодержащим препаратам "Де-Нол" и его аналогу "Трибимол", выпускаемым фирмами "Гист-Брокадес" (Нидерланды), "М/С Элдер Фармасьютикал Лтд" (Индия), "Торрент Фармасьютикалс" (Индия), "Яманучи Юроп" (Япония), а также препарату "Десмол", производимому компанией "Лабораториз ИНК" (США). Эти препараты относятся к числу наиболее эффективных противоязвенных препаратов. Фармакологически активной частью препарата "Де-Нол" является коллоидный субцитрат висмута, а препарата "Десмол" – субсалицилат висмута. Данные соединения сочетают гастропротективные и бактерицидные свойства соединений висмута в отношении Helicobacter Pylory. По нынешним ценам упаковка этого препарата весом менее 50 грамм стоит около 800 рублей. Согласно Приказу Министерства здравоохранения России, данный препарат внесен в Перечень жизненно важных лекарственных средств России. По оценкам специалистов ежегодная потребность в препарате типа "Де-Нол" только Сибирского региона составляет не менее 20 тонн в год, а в целом по России 80-100 тонн.

Наряду с препаратом "Де-Нол", в последнее время широко используется в лечебной практике препарат "Пилорид", фармакологически активной частью которого является ранитидин-цитрат- висмута, выпускаемый компаниями "Glaxo Wellcome Operations" (UK), Tritec (USA) Pylorisin. Данное соединение сочетает антисекреторные эффекты ранитидина, а также гастропротективные и бактерицидные свойства соединений висмута в отношении Helicobacter Pylory. Большая часть данных препаратов производилась по старым технологиям вплоть до начала 2000-х годов, но в связи с упадком отечественной фармацевтической промышленности и переориентацией ее на фасовку импортных препаратов, они были сняты с производства, а часть предприятий вообще прекратила существование. Разработка импортзаменяющих лекарственных средств позволит не только существенно удешевить импортную лекарственную продукцию, но и создать дополнительные рабочие места, пополнить бюджет налоговыми отчислениями.

На сегодняшний день российская фармацевтическая промышленность производит достаточно ограниченный спектр лекарств, многие из которых можно считать устаревшими. Значительная часть российского фармацевтического рынка приходится на зарубежные лекарственные средства. Так, в 2008 г. доля отечественных лекарственных препаратов на рынке составила в стоимостном выражении 25%. Мировой рынок фармацевтических препаратов и медикаментов освоен Россией крайне слабо, причем ее доля стабильно снижается. В связи с этим, усовершенствование старых технологий и разработка новых, простых, экологически безопасных способов получения соединений, используемых в медицине, является актуальной задачей для российской экономики.

Целью предлагаемого проекта является разработка отечественных импортзаменяющих висмутсодержащих лекарственных препаратов для медицины и ветеринарии. Представляется целесообразным в качестве основного направления выбрать разработку следующих субстанций:

- Висмута нитрат основной, производство внедрено на ЗАО «Завод редких металлов» (г. Новосибирск), но объемы выпуска не позволяют на должном уровне конкурировать с китайскими субстанциями. Существующие и потенциальные потребители – ОАО «Фармстандарт-Томскхимфарм», ЗАО «Ирбитский ХФЗ», ЗАО ПФК «Обновление», ОАО «Дальхимфарм», ОАО «Нижфарм», АО «Галычфарм» Украина. Емкость рынка оценивается в 60 тонн в год при запуске производства остальных висмутсодержащих субстанций.

- Висмута трибромфенолят («Ксероформ»). В данный момент имеется один производитель (ЗАО «Алтайхимпром»), неспособный удовлетворить потребности внутреннего рынка. Емкость рынка оценивается в 20 тонн/год. Потребители: целый ряд региональных фармфабрик, ЗАО «Алтайвитамины», ЗАО «Зеленая дубрава», ОАО «Биосинтез», ОАО «Нижфарм», ОАО «Дальхимфарм», Борисовский завод медпрепаратов Беларусь, Борщаговский ХФЗ Украина, СП «Фармако» Казахстан, НПП «Радикс» Узбекистан, более половины объема продается мелким оптом для аптек, больниц, НИИ и других учреждений здравоохранения.

- Висмута субгаллат. Линименты и мази на его основе выпускались почти на всех фармфабриках. В данный момент на ОАО «Нижфарм» выпускается суспензия «Анастезол». Емкость рынка оценивается в 5 тонн/год.

- Висмута трикалия дицитрат. Ведутся переговоры о создании отечественного импортозамещающего препарата типа «Де-Нол», входящего в список препаратов, отпускаемых по льготным условиям. Ориентировочная емкость рынка при полном импотрозамещении – 80 тонн/год, с увеличением при поставках субстанции в страны ближнего зарубежья. По имеющимся сведениям, средняя цена за упаковку 112 таблеток препарата «Де-Нол» составляет 800-900 руб. при отпуске без льгот. По нашим оценкам стоимость отечественного аналога, произведенного из отечественной субстанции, может быть ниже на 30-50%.

- Ранитидина - висмута цитрат, используемый в импортном препарате «Пилорид». Является новым словом в лечении язвенных болезней в Европе и США. В Россию не импортируется. Объем рынка оценивается в 5 тонн/год, притом, что готовая лекарственная форма успеет занять нишу на отечественном рынке.

В отличие от имеющихся отечественных и зарубежных аналогов, технология, разработанная Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН, позволяет полностью устранить выделение в атмосферу и водоёмы токсичных продуктов, обеспечивает максимальное использование отходов производства и сокращение потребления реагентов, что позволяет резко снизить затраты на производство. По терапевтической активности полученные лекарственные препараты будут соответствовать лучшим зарубежным аналогам, но при этом – на порядок более чистыми по содержанию в них примесей тяжёлых токсичных металлов и значительно более дешёвыми и доступными. Разработаны также технологии синтеза лекарственных субстанций в виде наноразмерных частиц, что позволит уменьшить их дозировку и повысить терапевтическую активность препаратов.

Ключевые решения по синтезу висмута и его соединений высокой чистоты для медицины защищены совместными патентами Института химии твёрдого тела и механохимии СО РАН и ЗАО «Завод редких металлов», г. Новосибирск.

В промышленном освоении импортзаменяющих висмутсодержащих лекарственных препаратов для медицины и ветеринарии заинтересованы следующие организации:

  • ЗАО «Завод редких металлов», г. Новосибирск;

  • Новосибирский завод медицинских препаратов (ныне фирма «Обновление»);

  • ОАО «Томскхимфарм»;

  • ОАО «Курский комбинат лекарственных средств»;

  • ЗАО «Алтайвитамины»

Базовым предприятием для организации промышленного освоения импортзаменяющих висмутсодержащих лекарственных препаратов может стать ЗАО «Завод редких металлов», г. Новосибирск. На базе имеющихся мощностей завода планируется создать крупный центр по производству фармацевтических субстанций для импортозамещения лекарственных препаратов нового и новейшего поколения, возобновления производства ранее выпускавшихся лекарственных средств. По запасам висмута Россия уступает лишь Казахстану, но в основном его импортирует. В России полупродукты висмута имеются на Новосибирском оловокомбинате, и в этом преимущество ЗАО «Завод редких металлов» в качестве базовой организации, где участниками проекта ранее внедрены технологии соединений висмута высокой чистоты.

Потребителями фармакопейных продуктов являются:

- НПО «Питательные среды» МЗ РФ г. Махачкала

- ФГУП ГНЦ Микробиологии г. Оболенск

- АО «Галичфарм» г. Львов, Украина

- ОАО «Фармстандарт-Томскхимфарм» г. Томск

- ОАО «Фармстандарт-Лексредства» г. Курск

- ЗАО ПФК «Обновление» г. Новосибирск

- ОАО «Дальхимфарм» г. Хабаровск

- ЗАО «Ирбитский химико-фармацевтический завод»

- ОАО «Нижфарм» г. Нижний Новгород

Для организации производства новых и восстановления уровня потребления старых фармацевтических субстанций на основе соединений висмута, внедрения импортозамещающих готовых лекарственных форм, проведения доклинических, клинических испытаний и лицензирования необходима целевая поддержка государства в объеме 100-150 миллионов рублей.

Проект II.4. «Разработка и производство фармакологических препаратов нового поколения на основе электронно-лучевых технологий иммобилизации комплексов активных субстанций на инертных носителях для лечения социально-значимых заболеваний»

В перечень социально-значимых заболеваний, как в российской Федерации, так и в мировой практике, относятся вирусные гепатиты, онкологические заболевания, диабеты первого и второго типов, а также сердечнососудистые заболеваний – инсульты, инфаркты.

Существующие фармакологические препараты для лечения этих заболеваний малоэффективны, в ряде случаев весьма токсичны, их применение имеет много ограничений, сопровождается различными побочными эффектами и осложнениями.

В связи с этим весьма важным представляется создание нового поколения фармакологических препаратов для терапии перечисленных выше заболеваний, препаратов, обладающих высокой эффективностью действия, адресностью доставки, выраженной специфичностью и пролонгированностью действия, минимальными побочными эффектами, способностью активации иммунной и эндокринной систем, восстановительным эффектом на функции печени и поджелудочной железы.

Очевидно, что такой уникальный комплекс положительных эффектов не может достигаться отдельным фармакологическим препаратом сколь угодно сложной природы, основанным на современных технологиях. Именно поэтому исключительно актуальной является разработка новых инновационных технологий, позволяющих создавать фармпрепараты нового поколения, обладающие указанными выше свойствами.

Такие подходы в настоящее время разрабатываются в рамках частно-государственного партнерства Институтом цитологии и генетики СО РАН, Институтом ядерной физики СО РАН и группой компаний СФМ. В рамках этого сотрудничества разработаны и доведены до практического применения не имеющие аналогов за рубежом технологии создания многофункциональных фармакологических препаратов, получаемых путем электронно-лучевой иммобилизации комплексов активных субстанций на инертных носителях (декстран, полиэтиленгликоль и др.), обладающих адресностью доставки, высокоц эффективностью и минимальными побочными эффектами.

Целью настоящего проекта является разработка высокоэффективных и не имеющих аналогов в мировой практике кассетных фармакологических препаратов нового поколения (Интерферон Б2в, Фукоидан, ВеноДег, Энвак) для терапии и профилактики вирусных гепатитов, онкологических заболеваний, диабетов первого и второго типов, а также сердечно-сосудистых заболеваний (инсультов и инфарктов).

Препараты создаются на основе инновационного подхода, объединяющего методы современной фармакологии, геномные и постгеномные технологии, а также уникальные электронно-лучевые технологии иммобилизации биологически активных веществ. При этом доклиническая оценка эффективности создаваемых препаратов будет проводиться на базе уникального SPF-вивария ИЦиГ СО РАН с использованием экспериментальных животных, представляющих генетические модели различных патологий человека.

На каждый из четырех фармпрепаратов, заявленных в проекте, объем рынка в России составляет 5 - 10 миллиардов рублей. Экспортный потенциал этих препаратов составляет миллиарды долларов.

Имеющиеся у исполнителей проекта заделы результатов и инфраструктура создают необходимые предпосылки для успешной реализации настоящего проекта.

На базе ускорителей электронов ИЛУ-10 ИЯФ СО РАН и группы компаний СФМ создан и функционирует центр для иммобилизации фармакологических субстанций на инертных носителях (полиэтиленгликоль и др.). Этот центр не имеет аналогов в мировой фармакологии. На базе ИЦиГ СО РАН в 2009 году заканчивается строительство и будет проведен пуск SPF(Specific Pathogens Free)-вивария для проведения доклинических испытаний фармпрепаратов. Этот уникальный, не имеющий аналогов в России виварий оборудован комплексом высокопроизводительных приборов и установок для оценки эффективности действия препаратов. На базе группы компаний СФМ создан Центр опытно-производственной доработки и промышленного выпуска фармпрепаратов, соответствующий требованиям GMP.

На этой основе уже разработаны кассетные фармакологические препараты нового поколения, как находящиеся на стадии доклинических и клинических испытаний, так и уже доведенные до стадии промышленного производства, например:

Иммозимаза – комплекс бактериальных протеаз, иммобилизованных на полиэтиленоксиде, для терапии тромбозов и инсультов (международный патент PCT/US 93/03542).

Изодекс – гидразид изоникотиновой кислоты, иммобилизованный на радиационно-активированном низкомолекулярном декстране; антитуберкулезное лекарство, Российский патент № 2143900.

Тромбовазим – тромболитик нового поколения, созданный на основе иммобилизованных протеолитических ферментов (субтилизинов); предназначен для энзиматического тромболизиса в кардиологической практике при лечении острых инфарктов миокарда (международный патент PCT/WO 03/059326).

Ряд новых препаратов для лечения и профилактики социально-значимых заболеваний будет готов к использованию в широкой клинической практике через 3-4 года после окончания полного комплекса доклинических и клинических испытаний по стандартам GLP и GMP и организации производства, в частности:

Интерферон б2в, предназначенный для терапии вирусных гепатитов и онкологических заболеваний;

Фукоидан, регулятор системы свёртывания крови; предназначен для терапии и профилактики тромбозов, инсульта и инфаркта миокарда;

ВеноДег – комплексный препарат для лечения тяжелых сосудистых патологий - тромбозов и инсультов и их профилактики;

Иммобилизованные пептидно/олигонуклеотидные препараты для терапии диабетов первого и второго типа.

Исходя из сказанного, можно иметь высокую степень уверенности в том, что поставленные в проекте задачи будут выполнены.

На базе ЗАО «СЦФБ» создан Центр опытно-производственной доработки и промышленного выпуска фармпрепаратов, соответствующий требованиям GMP, включающий: (1) технологические помещения классов чистоты «B», «C», «D» по ОСТ 42-510-98 (Правила GMP); (2) оборудование для производственного процесс в соответствии с международными стандартами ISO (контрольно-аналитическая химическая лаборатория; (3) участок культивирования микроорганизмов; (4) участок переработки и очистки продуктов бактериального биосинтеза; (5) участок готовых лекарственных форм; (6) ускорители ИЛУ-10 для имомбилизации фармкомпонент.

Программа действий:

1.Создание кассетных фармпрепаратов (интерферон б2в, Фукоидан, ВеноДег, пептидно/олигонуклеотидные препараты) и разработка технологий их производства, включая:

- отработка технологий синтеза фармакологически активных субстаницй (олигонуклеотидов и полипетидов) для их последующей электронно-лучевой иммобилизации;

- совершенствование технологии иммобилизации фармакологических субстанций на инертных носителях при производстве кассетных фармпрепаратов;

2. Патентование.

3. Доклинические исследования препаратов.

4. Клинический этап исследований.

5. Лицензирование и запуск производства

Оценка необходимых материальных ресурсов:

из бюджета – 400 млн. руб.;

средства инвестора – 200 млн. руб.

Исполнители: Институт цитологии и генетики СО РАН; Институт ядерной физики СО РАН, группа компаний СФМ.

Проект II.5. «Создание промышленного предприятия по производству генно-инженерных лекарственных средств в г. Пущино Московской области»

Лекарственные средства, производимые методами современной биотехнологии, составляют значительную и непрерывно возрастающую долю мирового и российского фармацевтического рынка. Сфера применения этих лекарств охватывает, прежде всего, социально значимые болезни (онкологические, сердечно-сосудистые, сахарный диабет, артриты и др.). Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова в сотрудничестве с Пущинским научным центром и другими научными учреждениями РАН и РАМН постоянно занимается разработками передовых генно-инженерных технологий и имеет успехи на уровне мировых требований.

В последнее десятилетие в Институте разработаны и усовершенствованы рекомбинантные технологии получения инсулина, аналогов инсулина, гормона роста, интерферона альфа, некоторых факторов крови. Проводятся работы над технологиями на основе культур клеток млекопитающих с выходом в ближайшие годы на регистрацию препаратов из группы моноклональных антител.

С 2003 года в Институте функционирует Опытное биотехнологическое производство полного цикла, которое поставляет на рынок качественные рекомбинантные препараты на основе собственных технологий. В частности, на рынок г. Москвы ежегодно поставляется 100 тысяч флаконов препаратов инсулина, что составляет около 15% от потребности здравоохранения столицы.

Развитие этого важного направления фармотрасли сдерживается недостатком в стране опытных установок и отсутствием крупных промышленных производств.

По инициативе РАН и Правительства Московской области с 2006 года проводится работа по реализации проекта создания крупного промышленного производства генно-инженерных лекарственных средств в наукограде Пущино. К настоящему времени завершены предварительные проектные работы создания завода, оформлена необходимая исходно-разрешительная документация, спроектированы и построены внеплощадочные инженерные сети, проведены все необходимые процедуры, относящиеся к землеотводу под промплощадку, выполнены работы, связанные с масштабированием технологий. Стоимость выполненных работ составляет 170 млн. рублей (средства ОАО «БИОРАН», частный капитал).

Проект завода включает крупные мощности для производства активных фармацевтических субстанций на основе культивирования рекомбинантных бактерий, цех для работы с клеточными культурами, необходимыми для выпуска соответствующих субстанций и готовых лекарственных форм, а также мощное экспериментальное производство для отработки новых технологий.

Реализация проекта позволит обеспечить потребности здравоохранения России в генно-инженерных лекарствах не менее чем на 50% и экономию бюджетных средств на закупку импортных препаратов более 3 млрд. рублей.

В реализации проекта участвуют:

- Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии им. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН;

-Пущинский научный центр РАН;

-Кардиологический центр РАМН;

-ГосНИИОЧБ ФМБА (г.Санкт-Петербург);

-Открытое Акционерное Общество «БИОРАН».

Срок реализации проекта-3 года.

Стоимость создания завода «под ключ»- 8 млрд. рублей.

Необходимо принятие решения о государственном участии в реализации проекта в объеме 20% от стоимости объекта.

Проект II.6. «Разработка технологий и организация производства отечественных пептидных и нуклеопептидных онкологических и неврологических препаратов новой генерации»

Проект направлен на разработку и производство лекарственных средств для обеспечения здравоохранения в области профилактики, диагностики и лечения социально-значимых и редких заболеваний; Предполагается выпуск:

- серии препаратов для неврологии пептидной природы в частности производные известного препарата Семакс и новое анксиолитическое средство «Селанк» и его производные;

- серии препаратов для онкологии нуклеопептидной природы, основанных на использовании генов убийц специфически и универсально разрушающих опухоли вне зависимости от их природы, в частности препарат «Канцеркил» основанный на использовании комбинированного действия тимидинкиназы вируса простого герпеса и разрешенного противогерпетического препарата «Ганцикловир» и противометастатический препарат «Онкотроп».

Препараты представляют собой отечественные разработки, защищены патентами РФ. На рынке аналогов не имеют.

Разработка представляет собой комплекс постгеномных технологий и основана:

- на создании серии синтетических пептидных препаратов на основе выработанных ранее концепций. Пептидные препараты обладают проверенным в ходе многочисленных доклинических исследованиях ноотропным и и анксиолетическим действием, обладают противоинсультными свойствами и рядом других неврологических показаний.

- на создании универсальных генно-терапевтических препаратов для лечения онкологических заболеваний. Препараты отличаются тем, что в качестве терапевтических генов содержат так называемые гены убийцы, способные разрушать опухоль вне зависимости от ее природы. Гены убийцы экспрессируются только в опухолевых клетках благодаря применяемой системе регуляции, что делает их безопасными для пациентов. Препараты доставляются в опухоли путем либо аденовирусных векторных конструкций либо путем синтетических средств доставки -полиплексов.

В области неврологических пептидов разработана концепция создания фармакологически важных пептидов с использованием эндогенных (природных) пептидов. На основе этой концепции создан целый ряд уникальных пептидов. В 2006г. Институтом создано сертифицированное по GMP производство ЗАО "Научно - Внедренческий Центр "Пептоген", на котором с 2008г. выпускаются три лекарственных препарата на основе пептида Семакс. Предполагается с 2010 года освоить производство и внедрить в медицинскую практику оригинальные, не имеющие мировых аналогов лекарственные препараты на основе пептида Селанк, который найдет широкое применение в неврологиии и психиатрии.

В области генно-терапевтических препаратов для онкологии также создана серия генно-терапевтических продуктов, обобщающая многолетние исследования и основанная на максимально универсальном принципе убийства опухолевых клеток и метастаз практически любой природы. Продукты продемонстрировали в предклинических испытаниях высокую эффективность при низкой токсичности. Выпущены опытные партии препарата с зарегистрированной торговой маркой «Канцеркил».

Для завершение проекта требуется расширение имеющихся и создание новых производственных мощностей и проведение клинических испытаний новых препаратов.

Предполагается разработка технологий и организация производства продуктов, в течение ряда лет разрабатывавшихся в ИМГ РАН в содружестве с другими Институтами и коммерческими фирмами при частичной поддержке грантами Министерства образования и науки. Данный проект направлен на создание серии продуктов, имеющих максимальную востребованность в медицине для лечения тяжелых неврологических заболеваний, таких как инсульт, болезнь Паркинсона, Хорея Гантингтона и др., а также для терапии опухолевых заболеваний современными средствами генной терапии, в том числе нового препарата антиметастатического действия «Онкотроп».

Разрабатываемые технологии и продукты защищены патентами РФ, ориентированы на применение в России и будут конкурентоспособными на мировом рынке. Максимальная потребность в неврологических препаратах планируемого профиля 2,5-3 млн. упаковок в год. Опыт работы с первым представителем этой серии препаратов –Семакс - показывает высокую динамику роста спроса. В течение нескольких лет увеличение реализации лекарственного препарата “Семакс - 0,1% раствор” составило ~30% в год. Содержание одного больного после инсульта средней и тяжелой формы составляет по данным ВОЗ ~50000$ в год. Клиническая неврологическая практика показала высокую эффективность использования “Семакса - 1% раствор” при лечении подобных больных. Даже если считать эффективность использования этого препарата 1%, то суммарный эффект составит ~200 млн $ или ~ 6 млрд. рублей.

Максимальная потребность в планируемых противоопухолевых препаратах, рассчитанная из числа диагностируемых случаев рака только наиболее тяжелых видов рака легких и пищевода, – 35 млн. доз в год. Расчетная реальная первичная потребность, исходя из 1% указанной цифры, – 350 тысяч доз в год. Единственный существующий на внутрикитайском рынке генно-терапевтический препарат Гендицин (КНР), отличающийся от планируемых к выпуску генно-терапевтических препаратов, продается по цене 420 долларов США за дозу. Стоимость курса лечения около $3000. Расчетная себестоимость препаратов по проекту примерно $230.0, что позволяет продавать их примерно по цене Гендицина. Отсюда стоимостная оценка первоначального годичного потребления составляет около $147.0 млн. (3,969 миллиардов рублей). Препараты будут иметь более широкий спектр применимости – рак желудка, поджелудочной железы и пр. Поэтому ожидается заметное увеличение этой цифры.

Головная организация- Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной генетики РАН.

Соисполнители: Онкологический научный центр РАМН; Институт биоорганической химии РАН; Институт биологии гена РАН; ЗАО «Пептоген»; Институт эпидемиологии и микробиологии им. Гамалеи РАМН.

Срок реализации. Для неврологических пептидов 2 – 3 года, для онконуклеопептидов - 3 года

Ориентировочная стоимость работ:

- объем средств, уже затраченных на проект, млн. руб.: 700 миллионов рублей;

- объем средств необходимых для завершения реализации проекта, в том числе бюджетных, млн. руб.: 900 миллионов рублей в основном на разработку технологий, клинические испытания реорганизацию и расширение производства

Будут разработаны технологии производства, реорганизованы и расширены производственные мощности, которые в дальнейшем могут использоваться не только в целях выпуска планируемых в проекте продуктов, но и широкого спектра постоянно совершенствующихся препаратов указанного профиля.

Проект II.7. «Создание отечественного производства лекарственных средств на основе модифицированных нуклеозидов»

В настоящее время в мировой клинической практике используется ряд современных препаратов, созданных на основе модифицированных нуклеозидов и обладающих широким спектром биологической активности – противоопухолевой, противовирусной, иммуносупрессорной (рассеянный склероз, трансплантация костного мозга). Терапевтический эффект использования препаратов на основе модифицированных нуклеозидов достигает 80% полных ремиссий после одного курса монохимиотерапии (Кладрибин, Флудара, Клофарабин). Одним из наиболее ярких событий текущего года стало заключение о том, что Кладрибин продемонстрировал уникальные результаты при лечении различных форм РС (/articles/136647.php). Возможность применения таблетированной формы Кладрибина (Serono) в терапии РС объясняется сочетанием высокой иммуносупрессорной активности со сравнительно низкой токсичностью.

Наиболее широко для терапии вирусных заболеваний в современной практике используются препараты на основе модифицированных нуклеозидов (Рибавирин, Видарабин, Азидотимидин, Ацикловир и др.). В настоящее время исключительно интенсивно ведутся работы по поиску и созданию новых препаратов на основе модифицированных нуклеозидов, а также расширению спектра их клинического использования. Например, международным стандартом терапии хронического гепатита С является комбинированный препарат Ребетрон на основе Рибавирина и Интерферона-альфа.

В России зарегистрированы для клинического использования ряд препаратов на основе аналогов модифицированных нуклеозидов, например Флудара, Рибавирин.

Один из ключевых препаратов для терапии злокачественных заболеваний системы кроветворения – Кладрибин, стоимость курса лечения импортными аналогами - 112-160 тыс. руб. Потребность: Россия и страны СНГ - 8.0-10.0 кг /год. Прогноз экспертов - объем продаж в мире к 2014 г. - составит 1 млрд. $

Флудара входит в перечень централизованно закупаемых за счет средств федерального бюджета лекарственных средств. Объем государственных закупок Флударабина для обеспечения больных в первом полугодии 2009 года составил 263,2 млн. рублей. Потребность РФ - 9.0 кг (720 млн. руб.) в год.

Оптимальной схемой лечения хронического гепатита С (ХГС) считается комбинация Интерферона-альфа с Рибавирином. Рекомендуемая продолжительность курса лечения - 6 мес. Потребность РФ в препарате Рибавирин для лечения ХГС составляет более 2 млн. упаковок в год. В рамках ПНП «Здоровье» на закупку лекарственных препаратов для лечения вирусных гепатитов (рибавирин, интерфероны) в 2007 году было потрачено 89,8 млн. долларов США.

В мировой практике все вышеперечисленные препараты получены методами многостадийного химического синтеза, имеющего ряд принципиальных недостатков - большие затраты сырья и реагентов, необходимость утилизации экологически небезопасных токсических отходов химического производства, что, не соответствует тенденциям современной биоиндустрии.

В Российской Федерации отсутствуют предприятия, реализующие полный цикл производства препаратов на основе модифицированных нуклеозидов. Зависимость от экспорта составляет 100 %.

Очевидна крайняя необходимость создания отечественной производственной базы получения лекарственных препаратов на основе модифицированных нуклеозидов для широкого применения в практической медицине.

В Российской Федерации разработана современная отечественная биотехнология получения ряда фармацевтических субстанций практически важных лекарственных препаратов на основе модифицированных нуклеозидов.

Принципиально новым в предлагаемом способе получения субстанций разрабатываемых фармпрепаратов является использование современных достижений молекулярной биологии, а именно – систем генно-инженерных ферментов в технологическом цикле получения субстанций биологически активных соединений с целью замены химических стадий процесса на биотехнологические. Технологический процесс в этом случае основан на единой технологической платформе и реализуется по принципу универсального биореактора.

Разработанный авторами подход позволяет эффективно реализовать технологию получения не только заявлены ранее трех лекарственных препаратов, но и ряда принципиально новых в условиях небольшого производства. Причем, разработанный биотехнологический способ позволяет нарабатывать субстанции фармацевтического уровня чистоты без использования многостадийного процесса очистки полученных препаратов и сложных процедур утилизации отходов.

Созданные авторами проекта генно-инженерные ферменты и биотехнологический способ получения субстанций фармпрепаратов защищены 10 патентами РФ.

Для завершения проекта необходимо реализовать следующие мероприятия:

  • Организовать промышленное биотехнологическоепроизводство генно-инженерных ферментов и активных фармацевтических субстанций (АФС) не менее трех препаратов на основе модифицированных нуклеозидов с использованием генно-инженерных ферментов нуклеозидфосфорилаз – Кладрибина, Флудары и Рибавирина.

  • Провести комплекс необходимых медико-биологических испытаний (биоэквивалентность) и осущестить регистрационные процедуры для АФС и готовых лекарственных форм (ГЛФ) разрабатываемых препаратов.

  • Государственная регистрация АФС и ГЛФ отечественных препаратов Кладрибина, Флудары и Рибавирина.

  • Создать технологическую линию по производству ГЛФ (для внутривенного введения, таблетированных, липосомальных и аэрозолей) трех заявленных препаратов, в объемах, необходимых для Российской Федерации.

Потребность отечественного рынка в препаратах представлена в разделе 2 настоящего проекта

  • Ежегодная экономия бюджетных средств от замещения дорогостоящего импортного препарата - не менее 300 млн. рублей

Кроме того, будет создано не менее 100 новых рабочих мест для специалистов высокотехнологичного профиля.

Доступность отечественных препаратов для пациентов сделает возможным более широкое их применение, и как следствие- повышение эффективности лечения и снижение ранней инвалидизации больных.

Впервые будет создана современная отечественная промышленная база по биотехнологическому производству модифицированных нуклеозидов и генно-инженерных ферментов.

В работах по теме могут принимать участие ведущие научно-исследовательские и клинические институты:

  • Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии им. академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН (ИБХ РАН)

  • ЗАО «Фармсинтез», г. Санкт-Петербург (п. Капитолово)

  • Центр рассеянного склероза Департамента здравоохранения г. Москвы

Предлагаемый проект, рассчитан на 3 года: 2010-2012 гг.

Для завершения комплекса медико-биологических испытаний, организации производства АФС и ГЛФ, генно-инженерных ферментов необходимо порядка 900 млн. рублей средств Федерального бюджета.

ЗАО «Фармсинтез» намерен за счет собственных средств и средств акционеров обеспечить внебюджетное финансирование проекта в 2010-2012 гг. в общей сумме 500 млн. руб.

Проект II.8. «Создание Уральского исследовательского центра фармацевтических технологий на базе Института органического синтеза УрО РАН, Уральского государственного технического университета УГТУ-УПИ и завода «Медсинтез» (г. Новоуральск Свердловской области)»

Институт органического синтеза имени академика И.Я. Постовского УрО РАН представляет собой старейший в России центр фармацевтической химии. В системном и тесном сотрудничестве с Уральским государственным техническим университетом УГТУ-УПИ создан первый отечественный сульфонамид «сульфидин», противотуберкулезный препарат «ларусан», антидот «сукцимер» и др. В последнее десятилетие разработан противоопухолевый «лизомустин», созданы отечественные технологии производства антибактериальных препаратов фторхинолонового ряда «пефлоксацина» и «левофлоксацина». Разработка последних лет – оригинальный противовирусный препарат широкого спектра действия «триазавирин», обладающий высокой эффективностью в подавлении репродукции вируса гриппа, включая штамм H6N1. Недавно успешно завершена I фаза клинических испытаний «триазавирина». Создана опытная установка и идут наработки этого препарата для II фазы клинических испытаний. В стадии доклинических исследований препараты, обладающие антибактериальным, противотуберкулезным, противовоспалительным, антиагрегантным и другим действием.

Эти инновационные продукты получены в результате совместной работы с Уральским государственным техническим университетом УГТУ-УПИ в рамках Научно-образовательного центра «Перспективные органические материалы», а также благодаря тесному взаимодействию с заводом «Медсинтез» при выполнении государственных контрактов № 02.522.11.2003 от 27 апреля 2007 г. и 02.512.12.2011 от 2.03.2009 г. К работе в научно-образовательном центре широко привлекаются студенты УГТУ-УПИ, аспиранты и сотрудники ИОС, УГТУ и завода «Медсинтез». Студенты и аспиранты технического университета выполняют по этой тематике на установках Института органического синтеза квалификационные работы, готовят дипломы и диссертации, связанные с разработкой новых препаратов. Таким образом, имеются все предпосылки для создания научно-производственного и учебного кластера в области фармацевтики, влючающего авторитетную химико-фармацевтическую школу мирового уровня, современное аналитическое и технологическое оборудование и производственную базу.

Имеются предпосылки для внедрения в фармацевтическую промышленность ряда отечественных препаратов нового поколения.

1. Организация промышленного выпуска противовирусного препарата «триазавирин».

Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН.

Оригинальный отечественный противовирусный препарат «триазави-рин» разработан в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-техно-логического комплекса России на 2007-2012 годы» (государственный контракт № 02.522.11.2003 от 27.04.2007 г.) усилиями Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН (головная организация), Научно-исследо-вательского института гриппа Российской академии медицинских наук (ГУ НИИ гриппа РАМН, г. Санкт-Петербург)), филиала ФГУ "48 Центрального научно-исследовательского института Министерства обороны Российской Федерации" - "Вирусологического центра" (48 ЦНИИ Минобороны России-ВЦ, г. Сергиев Посад) и ряда других организаций.

Установлена высокая эффективность «триазавирина» в отношении вирусов гриппа А (штаммы H2N1, H6N1, H4N2, H6N2, H7N3, H9N2) и В. Индекс эффективности «триазавирина» в опытах на животных в отношении исследованных вирусов гриппа типов А и В составляет 65-80%., причем препарат эффективен как при профилактической, так и при лечебной схемах введения. Особо следует отметить противовирусное действие «триазавирина» в отношении вирусов гриппа А (свиной грипп, штамм H2N1 и грипп птиц, штамм H6N1). Противовирусная активность «триазавирина» сопоставима с действием препарата «ремантадин» в отношении вирусов гриппа А и значительно превышает таковую в отношении ремантадинрезистентных штаммов вирусов гриппа А и В. Независимые исследования в Вирусологическом центре - филиале ФГУ «48 ЦНИИ МО РФ» – подтвердили эффективность препарата «триазавирин» в отношении вируса гриппа А (штамм H6N1), сопоставимую с препаратом «тамифлю» и превышающую эффективность препарата «арбидол». Препарат «триазавирин» эффективен на любой стадии развития инфекции, «тамифлю» эффективен лишь в первые сутки заболевания и является скорее средством профилактики.

«Триазавирин» является малотоксичным соединением с оптимальным фармакокинетическим профилем. Он относится к V классу «практически нетоксичных» лекарственных средств по классификации Hodge (1) в исследованиях острой токсичности и не обладает кумулятивной токсичностью при хроническом (до 90 дней) приеме в дозах, в несколько раз превышающих эффективные в пересчете на человека, не обладает потенциальной канцерогенностью и мутагенностью.

Доклиническое изучение «триазавирина» завершено, разработаны технологии получения субстанции и готовой лекарственной формы и соответствующая нормативно-техническая документация, организован выпуск опытных партий для проведения клинических испытаний.

Клинические испытания (разрешение № 367 от 04.08.2008) препарата «триазавирин» (I фаза) проведены в 1 квартале 2009 года в специализированной клинике апробации новых технологий и препаратов НИИ гриппа РАМН (г. Санкт-Петербург). В результате клинического исследования 30 добровольцев по протоколу «Оценка безопасности, переносимости и фармакокинетики препарата «триазавирин» при применении у добровольцев» установлены безопасность и хорошая переносимость препарата, не выявлены нежелательные явления, связанные с его приемом, и патологические влияния на состояние жизнеобеспечивающих органов и систем организма добровольцев.

II Фаза клинических исследований будет проведена в ноябре-декабре 2009 г, а III фаза клинических исследований – в феврале-апреле 2010 г. (на 2-ой волне подъема заболеваемости гриппом).

На базе Института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН создан современный многофункциональный синтетический комплекс, на котором отрабатываются параметры технологических процессов получения субстанции «триазавирина». На базе ООО «Завод Медсинтез» продолжаются подготовительные работы по организации производства «триазавирина» и разрабатывается пакет нормативно-технической документации для регистрации препарата.

Технология получения «триазавирина», основанная на патентно-чистом научно-техническом заделе, создает реальную основу для промышленного освоения, что должно стать серьезным вкладом в решение проблем замещения импортируемых лекарственных средств, а также улучшения здоровья и качества жизни населения России.

Рыночным аналогом «триазавирина» является «ремантадин». «Триазавирин» обладает более высокой терапевтической эффективностью и более широким спектром действия. В связи с этим, потребность в препарате составляет 200 х 106 капсул в год, то есть в пересчете на субстанцию – 20-50 тонн/год. Ориентировочная цена препарата 220 рублей за 1 блистер (10 капсул) из расчета потребления (продаж) в первые 2 года до 5 млн. блистеров в год. Организация производственного выпуска препарата «триазавирин» возложена на ООО «Завод Медсинтез» (г. Новоуральск, Свердловская обл.)

В условиях ограниченного набора специфических противовирусных средств для лечения гриппа, в том числе пандемического - A/H2N1, A/H6N1, и тяжелых форм гриппозной инфекции, отсутствия этиотропных средств лечения социально-значимых вирусных инфекций, таких как РС-инфекция, парагрипп, аденовирусная инфекция, разработка новых этиотропных противовирусных препаратов является значимым достижением медицинской науки и практического здравоохранения.

Препарат имеет конкурентные преимущества, обеспечит импортозамещение зарубежных противогриппозных препаратов, является перспективным объектом для коммерциализации на фармацевтическом рынке в качестве социально-значимого, эффективного и доступного лекарственного средства. Ориентировочный объем рынка 1-3 млрд. руб.

2. Разработка технологии получения антибактериального препарата фторхинолонового ряда левофлоксацина.

Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН.

Создание лекарственных средств нового поколения, эффективных в отношении инфекций бактериальной этиологии, является одной из наиболее актуальных и социально-значимых задач. По оценкам Всемирной организации здравоохранения смертность от инфекционных заболеваний (16,2%) находится на втором месте после смертности от заболеваний сердца и сосудов (29%) и превышает смертность от рака (12,6%). В номенклатуре средств антимикробной терапии особое место занимают фторхинолоны, механизм действия которых позволяет использовать их для лечения инфекционных заболеваний, вызванных резистентными штаммами.

Тенденции развития современного мирового фармацевтического рынка связаны с переходом к применению энантиомерно чистых (оптически активных) лекарственных препаратов. Именно таким препаратом является представитель семейства трициклических фторхинолонов энантиомерно чистый препарат левофлоксацин – один из самых эффективных антибактериальных препаратов, обладает лучшим фармакологическим профилем; меньшей частотой развития побочных реакций и лучшей переносимостью.

Область применения - лечение инфекционных заболеваний с этиологически чувствительным к левофлоксацину тест-контролем. Левофлоксацин относится к новому поколению хинолонов (III поколение), характеризующихся более высокой по сравнению с ципрофлоксацином, офлоксацином, пефлоксацином (II поколение хинолонов) активностью в отношении грамположительных кокков. Спектр активности препарата в отношении грамотрицательных микроорганизмов соответствует ципрофлоксацину и другим хинолонам II поколения, несколько превышая их по степени выраженности действия. Левофлоксацин высокоэффективен и показан при:

  • при внебольничной и внутрибольничной пневмонии, обострении хронического бронхита, остром синусите;

  • инфекциях кожи и мягких тканей, костно-суставной системы;

  • осложненных и неосложненных инфекциях мочеполовой системы;

  • гинекологической инфекции;

  • абдоминальной хирургической инфекции и др.

Особый интерес представляет активность левофлоксацина в отношении микобактерий, препарат применяют в комбинированной терапии лекарственно-устойчивого туберкулеза, главным образом туберкулеза легких.

Несмотря на то, что левофлоксацин является препаратом-дженериком (разработан в Японии конце 80-х годов и разрешен к клиническому применению в 1993 г.), интерес исследователей во всем мире к нему исключительно высок. Препарат апробирован в клиниках Европы, Америки, странах Азии. В настоящее время левофлоксацин выпускается под торговым названием Таваник® фирмой Aventis (Франция - Германия) в двух лекарственных формах: пероральной и инъекционной. В России левофлоксацин (Таваник®) зарегистрирован и разрешен для применения в 2000 г. Однако, выпускается препаратв России из субстанций левофлоксацина, завозимых их Китая и Индии.

В настоящее время работы по созданию оригинальной технологии получения левофлоксацина ведутся в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (государственный контракт № 02.522.12.2011 от 02.03.2009 г.) усилиями Учреждения Российской академии наук Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН (головная организация) и ряда организаций соисполнителей.

Цель данной работы - разработка конкурентоспособных технологий синтеза соединений фторхинолонового ряда и создание на их основе отечественной технологии получения препарата нового поколения - левофлоксацина, для лечения инфекционных заболеваний.

Для синтеза левофлоксацина за рубежом применяются технологии, основанные на использовании дорогостоящих оптически активных (хиральных) реагентов, таких как 2-(S)-аминопропанол, процессов восстановления с использованием хиральных катализаторов, или хроматографическое разделение рацематов с помощью специальных хиральных сорбентов. Все эти процессы, относительно доступные в лабораторном варианте, являются весьма дорогостоящими и технологически сложными для реализации в промышленном масштабе.

В Институте органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН разработаны оригинальные методы получения хиральных фторорганических соединений, которые являются ключевыми интермедиатами синтеза фторхинолонов, в частности левофлоксацина, основанные на использовании метода кинетического разделения оптических антиподов. Характер оптической активности S- иR-изомеров определяется особенностями положения (связи) метильной группы (-СН3) с углеродом в бензоксазиновом фрагменте молекулы. Оригинальный метод получения субстанции левофлоксацина будет основан на кинетическом разделении ключевого интермедиата – оптических антиподов частично гидрированного метилбензоксазина в реакциях с хиральным напроксен хлоридом.

К преимуществам предлагаемой новой технологии синтеза левофлоксацина следует отнести: оригинальный химический подход; единую технологическую платформу получения оптически активных фторхинолонов; возможность использования стандартного химического оборудования; легкость масштабирования; исключается необходимость приготовления и регенерации хроматографических колонок со специальными подготовленными хиральными сорбентами; отсутствие трудновоспроизводимых процессов хроматографического разделения энантиомеров.

Коммерциализация результатов проекта:

- разработка оригинального патентоспособного способа получения субстанции левофлоксацина, основанного на асимметрическом синтезе, и создание на ее основе лекарственной формы препарата.

- разработка пакета технологической документации для организации производства в Российской Федерации необходимых исходных веществ, ключевых интермедиатов, полупродуктов и субстанции левофлоксацина.

- создание технологической базы для организации промышленного выпуска левофлоксацина на ООО «Завод Медсинтез» (г. Новоуральск Свердловской области).

Левофлоксацин востребован медицинскими учреждениями России. России необходим стратегический запас антибиотиков и антибактериальных препаратов, поскольку в стране нет резерва этих лекарств на случай особого периода - эпидемий или военных действий.

3. Создание противоопухолевого препарата «лизомустин».

Успешно завершены многолетние исследования, которые велись Институтом органического синтеза УрО РАН совместно с Российским онкологическим научным центром им. Н.Н. Блохина РАМН, по созданию оригинального отечественного противоопухолевого препарата «лизомустин», относящегося к классу нитрозоалкилмочевин.

Оригинальная химическая структура лизомустина обеспечивает его активный транспорт через цитоплазматические мембраны опухолевых клеток. Изучение фармакокинетики и биохимических механизмов действия выявило существенные отличия препарата «лизомустин» по сравнению с известными нитрозоалкилмочевинами, применяемыми в клинической практике.

В полном объеме проведены клинические исследования препарата. Препарат разрешен к медицинскому применению. Показано, что «лизомустин» проявляет высокую эффективность в отношении злокачественной меланомы и рака легкого, хорошо переносится и обладает антиметастатическим действием. Важной особенностью препарата является низкая токсичность, что позволяет применять «лизомустин» для лечения тяжелых больных, людей пожилого возраста, а также в амбулаторных условиях.

В настоящее время экспериментальные партии субстанции препарата выпускаются Институтом органического синтеза, лекарственной формы - на базе Российского онкологического научного центра и ООО «ГЛЕС» (Фармакопейная статья предприятия 42-0105-0867-05). Получено Регистрационное свидетельство на лекарственную форму препарата. Ведутся работы по изучению эффективности использования препарата для лечения больных с другими формами онкологических заболеваний. Институтом органического синтеза совместно с Онкологическим центром РАМН выполнены опытно-технологические и опытно-констукторские работы по освоению технологии получения «лизомуcтина»; заключено соглашение с заводом «Медсинтез» (г. Новоуральск Свердловской области), касающееся организации промышленного выпуска препарата.

Проект II.9. «Создание пилотной установки (опытно-экспериментальной базы) для отработки технологий и получения субстанций антибиотиков и других биотехнологических продуктов»

Цель проекта. создание комплекса стендовых установок (ферментационных, для выделения и очистки препаратов и др.) используемых для оптимизации, адаптации технологий к конкретным промышленным производствам (заводам), для получения исходных данных для проектирования биотехнологических заводов, для подготовки технологий и внедрению в производство, а также наработки опытно-промышленных партий дорогостоящих антибиотиков.

Производимая продукция: опытные партии базовых антибиотиков, в первую очередь макролидных, их полусинтетических производных, технологии и услуги для биофармацевтики.

Антибиотики являются ключевым элементом лекарственной биобезопасности России. В 1990г. Россия производила 18 наименований субстанций антибиотиков и занимала второе место в мире по объемам производства (3200 тонн). Значительная часть произведенных субстанций экспортировалась. В 2008 году мировой объем производства антибиотиков в денежном выражении составлял 32 миллиардов долларов США.

Создание конкурентоспособного биотехнологического производства невозможно без адаптации технологий к требованиям крупнотоннажного производства и наработки промышленных партий продуктов для исследования рынка и регистрации. Этим задачам отвечают универсальные пилотные установки, позволяющие масштабировать широкий спектр биотехнологических технологий.

В России таких пилотных установок нет. Создание пилотной установки абсолютно необходимо для вывода российской медицинской биотехнологии из фазы стагнации, и послужит базой строительства современных заводов по производству субстанций антибиотиков.

В рамках предлагаемого проекта предполагается строительство опытно-промышленной (пилотной) установки (ОПУ) со следующей структурой: пилотная установка по адаптации технологий к промышленным условиям, включающая отдел инжиниринга и трансфера технологий, отдел маркетинга и консалтинга.

На первом этапе ОПУ будет использована в масштабировании технологий производства двух базовых для получения полусинтетиков антибиотиков - эритромицина и абамектина. На втором этапе будут отрабатываться технологии производства и трансфера в промышленность других групп антибиотиков: цефалоспоринов, аминогликозидов и др.

Характер строительства: строительство помещений по требованиям GMP и ввод в действие трёх ферментационных аппаратов объемом по 3 м3. Помимо этого планируется ввод в действие 5 ферментеров по 100 литров и аппаратов, соответствующих объемов в качестве посевных.

Требуемая площадь: ориентировочно 2000 м2. Площадь основного помещения: ориентировочно 1000 м2. Площадь лабораторий, офисов и т.д.: ориентировочно 600 м2. Площадь вспомогательного помещений: ориентировочно 400 м2.

Текущее состояние разработки (что уже создано и что требуется для завершения)

Краткое описание штаммов и технологий для производства эритромицина и абамектина.

За последние годы в России были созданы два продуцента наиболее востребованных на мировом рынке антибиотиков с показателями, соответствующими мировому уровню: авермектин и эритромицин.

Эритромицин (используется в медицине, ветеринарии, при производстве полусинтетических антибиотиков). Мировой объем производства – 5500 т/год, темпы роста рынка – 10%. Цены на мировом рынке – 50-85 евро/кг (в зависимости от качества продукта). Платежеспособный спрос в России – 30 т/год, в странах Содружества - 50 т/год.

Абамектин (используется в ветеринарии, а также как средство защиты растений, при производстве полусинтетических антибиотиков). Мировой объем производства – 3000 т/год, темпы роста рынка - 15% в год. Цены на мировом рынке – свыше 200 евро/кг. Платежеспособный спрос в России – 5 т/год, по СНГ – 10 т/год.

Указанные штаммы и технологии производства эритромицина и абамектина, после отработки промышленных технологий масштабирования на пилотной установке, будут использованы для организации крупнотоннажного производства этих антибиотиков. Строительство завода предполагается осуществить в рамках ЗАО «Технологическая компания», г.Москва.

Ожидаемый эффект (научный, экономический, социальный и др.).

  • Отбор, оптимизация и трансферт технологий для организации биотехнологических производств на территории России

  • Доведение отобранных технологий до уровня, позволяющего организовать эффективное конкурентоспособное производство в России и мире;

  • Содействие достижению промышленными предприятиями высоких темпов экономического роста на базе высоких технологий путем концентрации научного потенциала России;

  • Создание научно-исследовательской, проектной и информационной базы для продвижения инновационных биотехнологических проектов;

  • Организация маркетинговых исследований рынка биотехнологической продукции;

  • Капитализация созданных технологий с целью их трансфера заинтересованным российским и зарубежным компаниям для строительства заводов на территории России;

  • Постоянное улучшение и совершенствование штаммов и технологий для поддержания конкурентоспособности биотехнологического производства.

Опытно-промышленная установка станет связующим звеном между инновационными организациями и инвесторами, инструментом для внедрения разрабатываемых инновационных процессов на предприятиях медицинской и биотехнологической промышленности. Создание ОПУ позволит активизировать инновационную деятельность в медицинской и биотехнологической промышленности, стимулировать и обеспечивать создание современных, конкурентоспособных на мировом рынке биотехнологических производств. Создание установки обеспечит базу для строительства в России заводов по производству линейки социально-значимых антибиотиков и обеспечит в итоге лекарственную безопасность России в области борьбы с инфекционными заболеваниями.

Состав организаций-исполнителей: Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Научно-исследовательский центр биотехнологии антибиотиков и других биологически активных веществ «БИОАН», ЗАО «Технологическая компания», г.Москва

Сроки реализации: 2010 г. – 2012 г.

Ориентировочная стоимость работ: 850 млн. руб., бюджет РФ.

Проект II.10. «Разработка и создание технологической линии для серийного выпуска сорбентов медицинского назначения (гемосорбент и энтеросорбент) для обеспечения потребностей медицинских учреждений Российской Федерации»

Одним их эффективных методов лечения и сохранения здоровья человека является сорбционная медицина, основанная на применении пористых материалов, способных при контакте с биологической жидкостью адсорбировать на своей поверхности токсины различной природы и тем самым выводить их из организма. Широкое развитие сорбционной медицины в последние годы (гемосорбция, энтеросорбция, лимфо- и аппликационная сорбция) обусловило резкое увеличение потребности в сорбентах медицинского назначения. Гемосорбция обладает большим детоксицирующим эффектом и необходимость её использования неоспорима при острых отравлениях, при эндотоксикозах, инфекционных кожных заболеваниях и заболеваниях печени. В настоящее время показан положительный синергический эффект совместного использования гемосорбции и плазмафереза с определённым промежутком во времени. Имеющийся опыт по освоению рынка гемосорбции на примере предлагаемого для серийного выпуска гемосорбента ВНИИТУ-1 показывает следующие объёмы.

2012-2015 г.г. - 60т/год, 2015-2025 г.г.- 150т/год, а с учётом возможности освоения зарубежного рынка (страны СНГ, Китай, Монголия) до 800т/год.

К сорбентам медицинского назначения, непосредственно контактирующих с биологической жидкостью организма, предъявляются особые требования к качеству:

высокая степень химической чистоты, минимальное содержание примесей,

нетоксичность, большая механическая прочность и гладкий рельеф поверхности гранул; - высокая сорбционная емкость по отношению к удаляемым веществам;

совместимость с кровью и инертность по отношению к форменным элементам крови;

отсутствие пылеобразования (выделения ультрадисперсных частиц).

В нашей стране были разработаны и внедрены в медицинскую практику углеродные синтетические сорбенты на основе полимерных смол (СКН, СУГС, ФАС, СКС, Симплекс), углерод-минеральный сорбент (СУМС-1) на минеральной основе – г-оксиде алюминия. Разработанные сорбенты обладают различной активностью по отношению к веществам патологической природы, что сужает спектр их применения. Кроме того, по этим и другим причинам в последние годы их производство прекращено или снижено. Среди зарубежных на рынке известны синтетические сорбенты Японии (BAC-MU и BAC-LG) полученные из нефтяного пека, в США (Ambersorb XE-336, XE-344) полученные из полимерных материалов с прочными гранулами сферической формы. В последнее десятилетие во всё возрастающих объемах находит спрос гемосорбент ВНИИТУ-1 разработанный ИППУ СО РАН и выпускаемый пока только на его опытном производстве. Отличительной особенностью этого сорбента является то, что он создан на основе мезопористого углерод-углеродного композиционного наноматериала, размер и пространственное распределение пор которого очень однородно и может целенаправленно задаваться технологией синтеза. Технологией синтеза обеспечивается также и сферическая форма гранул, их высокая прочность и химическая чистота (99,9% углерода).

В 2004-2009 г.г. объём рынка ВНИИТУ-1 достиг 4 т/год и ограничивается возможностью опытного завода ИППУ СО РАН.

В 2006-2009 г.г. открылась перспектива дальнейшего расширения рынка этого гемосорбента, связанная с новыми показаниями его применения, в частности, при лечении вновь возникших заболеваний в современной среде обитания (заболевания аутоиммунной системы, онкологические, окислительный стресс, синдром хронической усталости и др.), а так же с комплексным использованием с другими методиками эфферентной медицины. В эти годы начали появляться рынки в Казахстане и Белоруссии. Заинтересовались гемосорбентом ВНИИТУ-1 в Монголии и Китае.

Другим сорбентом медицинского назначения, созданным на основе наноструктурированной углеродной матрицы является энтеросорбент ВНИИТУ-2. Учитывая темпы развития сорбционной медицины для решения проблемы обеспечения медицинских учреждений и населения России отечественными углеродными гемосорбентом и энтеросорбентам нового поколения (ВНИИТУ-1 и ВНИИТУ-2) целесообразно создание специальной технологической линии по выпуску наноструктурированных пористых углеродных композитов (исходной матрицы для получения гемосорбента ВНИИТУ-1 и энтеросорбента ВНИИТУ-2) мощностью до 70т/год. Эта мощность закроет потребности РФ на период до 2015 г. На период 2015-2025 г.г. с учётом возможности освоения зарубежного рынка (экспорт в страны СНГ, Китай, Монголию) рынок оценивается до 800 т/год.

Компании для массового производства упомянутых сорбентов: ОАО «ОМСКТЕХУГЛЕРОД» (г.Омск) – производство мезопористого углерод-углеродного композита, а выпуск конечной продукции- гемосорбент в одноразовых колонках могут осуществить НПП «Биотех» (г.Москва) и ЗАО «Медиком –М» (г. Москва).

Ключевыми научно-техническими и технологическими задачами, связанными с созданием комплексной технологической линии по выпуску углеродных сорбентов медицинского назначения являются:

1. Разработка и создание модернизированного нестандартного оборудования для комплексной технологической линии по выпуску углеродных сорбентов медицинского назначения.

2. Реконструкция существующей технологической линии для получения высокочистого глобулярного наноразмерного углерода - основы для синтеза углеродных сорбентов медицинского назначения.

3. Реконструкция существующей конечной линии обработки углеродного сорбента (пневмогидромеханическая обработка и ионная балансировка материала).

4. Разработка и создание автоматизированной системы управления технологическим процессом.

5. Реконструкция существующих объектов инфраструктуры для устойчивого обеспечения работы технологической линии энергоносителями и реагентами.

Разработанная базовая технология основана на двухстадийном переходе углерода в нанодисперсные углеродные частицы и пироуглерод. Исходным сырьем процесса служат сжиженные газы переработки нефти, а также высокоароматизованные продукты переработки нефти и каменноугольной смолы.

Технология производства сорбентов основана на отечественном газо- и нефтехимическом сырье, всё оборудование может быть изготовлено отечественными предприятиями. Кадровое сопровождение может быть обеспечено существующими предприятиями.

Программа действий:

2010-2012 г.г. - создание модернизированной с расширением мощности (до 70 т/год) линии по производству сорбентов на опытном производстве ИППУ СО РАН. Необходимые объёмы финансирования 2010 г.-40 млн.руб., 2011 г.- 90 млн.руб., 2012 г.-120млн.руб.

2012-2015 г.г.- создание промышленной линии по выпуску сорбентов на ОАО «ОМСКТЕХУГЛЕРОД» до 1000 т/год (за счёт инвестиционных проектов или кредитных линий

Технологии в медицине: расширение производства медицинской техники на основе новейших достижений фундаментальной науки

Несмотря на научно-технический потенциал, Россия в настоящее время существенно отстает от мирового уровня по степени практического использования современных методов лечения и диагностики. Оснащенность современным оборудованием клиник России чрезвычайна мала. Потребности российских медицинских учреждений покрываются в настоящее время в основном за счет импорта. Позиции Российских компаний-производителей медицинской техники на мировом лазерном рынке чрезвычайно слабы.

В институтах РАН имеется ряд уникальных разработок в области медицинской техники и медицинских технологий, большинство из них являются оригинальными и могут быть использованы в качестве импортозамещения. Предлагаемые разработки сопоставимы с мировым уровнем и с большей долей уверенности могут лечь в основу той продукции, которая в обозримом будущем будет востребована.

Ожидаемый эффект (научный, экономический, социальный): Важнейшим свойством предлагаемых разработок является социальная отдача от реализации, их привлекательность, и значимость для населения нашей страны. Следует отметить, что все разработки относятся к секторам экономики, развитие которых даст значимый мультипликативный эффект и послужит катализатором движения и модернизации в смежных отраслях.

Расширение их серийного производства приведет к радикальному уменьшению смертности, повышению среднего возраста, сокращению времени госпитализации, повышению жизненного комфорта пациентов, перенесших сердечно-сосудистые, онкологические и другие операции.

Проект II.11. «Протонный терапевтический комплекс»

Лучевая терапия онкологических заболеваний осуществляется сегодня с использованием гамма-излучения электронных ускорителей, которых эксплуатируется в мире более 7 тысяч штук, причем сегодняшнее их производство и сбыт составляет около 500 шт. в год.

Протонная лучевая терапия, несмотря на большую эффективность лечения, существует всего в двух десятках центров во всем мире.

Причина состоит в большой (100 – 300 млн. $ США) стоимости установок и также дорогой эксплуатации, не покрываемой страховыми выплатами.

Проект «ПТК» существенно превосходит мировой уровень по основным показателям имеющиеся и проектируемые системы и рассчитан на замену всего парка электронных ускорителей. Новая технология облучения, будучи освоенной медициной, позволит сократить время лечения с сегодняшних 1.5 месяцев до одной недели. На порядок меньшая цена, компактность и экономичность, а также малые эксплуатационные расходы дают России возможность захватить мировой рынок высокотехнологичного медицинского оборудования.

Первый образец установки уже поставлен в США для проведения процедуры медицинской аттестации, второй готовится для отправки в Европу для той же цели, два экземпляра поставляются в российские больницы.

Необходимо срочно готовить серийное производство с объемом не менее 50 – 100 шт. в год, куда должны быть вовлечены предприятия бывшего оборонного комплекса, создание сети сервисного обслуживания по всему миру, обучения медицинского и технического персонала и т.д.

Развитое серийное производство позволит также обеспечить Росздрав России самым современным, высокоэффективным оборудованием

Исполнитель: ФИАН

Проект II.12. «Космическая медицина»

Многопрофильность институтов РАН, их высокий научный и кадровый потенциал, уникальная материально-техническая база позволяют решать широкий круг медицинских задач. Институты РАН занимают лидирующие позиции в мире в области космической биологии и космической медицины. Прежде всего, это создание современных средств жизнеобеспечения экипажа пилотируемого КА и многопланового парирования негативного воздействия факторов длительного космического полета на здоровье человека. Институтом медико-биологических проблем разработана и реализована научная программа 105-суточного эксперимента, моделирующего пилотируемый полет к Марсу, включающая более 70 проектов, подготовленных исследователями России, США и Европы.

Результаты исследований в космической биологии и космической медицине позволяют создавать уникальные технологии для широкого применения в практическом здравоохранении. Например, разработан аппаратно-програмный лечебно-диагностического комплекс «Вертикаль» для восстановления утраченных двигательных функций у пациентов в остром периоде инсульта. Его применение более эффективно, чем существующее стандартное физиотерапевтическое и медикаментозное лечение.

Проект II.13. «Народный томограф»

Проект «Народный томограф» предполагает создание магнитно-резонансного (МР) томографа широкого применения в клиниках районного масштаба. Такой томограф должен быть недорогим, с минимальным энергопотреблением, предельно простым в эксплуатации, не требующим обслуживания персоналом высокой квалификации, имеющим возможность дистанционного по сети Интернет управления из удаленного медицинского центра.

Существующие в настоящее время МР томографы зарубежного производства фирм «Брукер», «Филипс», «Сименс», «Хитачи», «Дженерал электрик» и др. основаны на применении сверхпроводящих магнитов и чрезвычайно сложны в управлении и обслуживании. Стоимость таких томографов составляет от 100 до 200 миллионов руб., что доступно лишь крупным организациям.

Настоящий проект предлагает создание МР томографа, свободного от указанных недостатков.

Предлагаемый «народный томограф» имеет магнитное поле 0.15 Тл, но разрешение не хуже, чем у высокопольных сверхпроводящих томографов, и значительно выше, чем у других аналогичных образцов на постоянных магнитах. В то же время потребление энергии у него составляет только 500 Вт, что примерно на 2 порядка меньше, чем у аналогов, а стоимость составляет не более 6 млн. руб., что более чем в 10 раз меньше стоимости такого же типа зарубежных приборов.

Прототипом предлагаемого для серийного производства томографа служит реализованный на указанных принципах МР томограф «Юнитом», разработанный ЗАО «МТТ-Контрол». Опытный образец томографа «Юнитом», установленный на территории Морозовской городской детской клинической больницы, успешно прошел технические и клинические испытания и был разрешен к применению Минздравом РФ и рекомендован к серийному производству (соответствующие сертификаты имеются).

Проект предполагает доработку успешно испытанного томографа типа «Юнитом», создание усовершенствованного опытного образца, подготовку технической конструкторской документации для изготовления малой серии приборов в количестве до 20 экземпляров с переходом к массовому серийному производству томографов и их коммерческой реализации.

Объем рынка сбыта потенциального продукта, в том числе, государственные закупки, млн. руб.: Согласно медицинским нормам, принятым в развитых странах России потребуется от 3 до 20 тыс. томографов районного предназначения. При стоимости 6 млн.руб. это соответствует объему рынка от 18000 до 120000 млн.руб., в том числе, государственные закупки от 9000 до 60000 млн.руб. Кроме того, имеется широкий зарубежный рынок объемом не менее 1 триллиона руб. – в настоящее время разработчиками данного проекта уже получены заявки на этот томограф от десятков зарубежных стран.

Срок исполнения проекта с изготовлением опытного образца и малой серии из 20 приборов – 3 года.

Исполнитель: НИИ «Международный томографический центр» СО РАН. Соисполнители: Центр магнитной томографии и спектроскопии МГУ им. М.В. Ломоносова, ЗАО «МТТ-Контрол».

Объем средств, необходимых для завершения реализации проекта, в том числе, бюджетных, млн.руб.: 3500 млн.руб. всего, в том числе, бюджетных – 3000 млн.руб.

Проект II.14. «Лазерный хирургический комплекс»

Разработан и внедрен в клиническую практику лазерный хирургический комплекс «Лазурит», с параметрами излучения позволяющими использовать его как для разрушения камней любой локализации в организме человека, так и для выполнения оперативных вмешательств на мягких тканях. Проведение малоинвазивных эндоскопических и лапароскопических вмешательств с применением комплекса «Лазурит» демонстрируют высокую эффективность и безопасность методов лечения. Разработаны принципиально новые медицинские технологии по лечению мочекаменной болезни и стриктуры уретры.

Предложены и успешно апробированы медицинские технологии лечения злокачественных образований почки и мочевого пузыря. Возможности комплекса позволили выполнять лапароскопические резекции опухолей почки размерами до 4.0 см, без пережатия почечных сосудов и без создания искусственной ишемии с минимальными кровопотерями. У больных с выраженной сопутствующей патологией, при начальных стадиях рака в единственной почке, когда риск операции крайне высок, успешно апробирована методика интерстициальной лазерной коагуляция, как перспективная технология лечения.

Комплекс зарегистрирован в РФ и включен в Государственный реестр изделий медицинского назначения, имеет полный комплект разрешительных документов на применение в клинической практике.

Сроки реализации: 4 года.

Исполнители: Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, в кооперации с Центром физического приборостроения ИОФ РАН, ООО «Оптосистемы», ООО «Лазерные технологии в медицине», ООО «Новые энергетические технологии», ООО «Кластер», ООО «ЛАС», Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН и др.

Проект II.15. «Эксимерлазерная офтальмологическая установка нового поколения для проведения операций по коррекции всех видов аномалий рефракции: миопии, гиперметропии, астигматизма»

Установка МикроСкан разработана Центром физического приборостроения ИОФ РАН совместно с ФГУ МНТК "Микрохирургия глаза" имени академика С.Н.Федорова. Многолетний опыт работы и собственные производственные мощности позволили создать установку с высоким уровнем безопасности, точности, надежности и эффективности.

Хирургическая рефракционная установка МикроСкан использует сканирование лазерного луча по поверхности роговицы (или как часто называют, метода «летающего пятна/flying spot»).

В качестве источника излучения в установке используется эксимерный лазер (также разработанный в ЦФП ИОФ РАН) генерирующий световые импульсы ультрафиолетового диапазона с длиной волны 193 нм и частотой импульсов до 300 Гц. Оптическая система установки формирует на поверхности роговицы пятно диаметром 0,7 мм. Это пятно перемещается сканером по строго рассчитанной траектории, испаряя ткань роговицы до получения заданного профиля ее поверхности.

Сканирующая технология, применяемая в установке, обеспечивает формирование гладкой поверхности роговицы; формирование плавной переходной зоны с минимальной глубиной абляции; точное соответствие функциональной оптической зоны заданной зоне абляции; незначительный нагрев роговицы; возможность создания асферической поверхности роговицы; отсутствие центральных островков.

Исполнители:Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, в кооперации с Центром физического приборостроения ИОФ РАН, ООО «Оптосистемы», ООО «Лазерные технологии в медицине», ООО «Новые энергетические технологии», ООО «Кластер», ООО «ЛАС».

Проект II.16. «Эксимерный лазер для терапии кожных заболеваний»

Эксимерный лазер на хлориде ксенона обеспечивает узконаправленное, но безболезненное, высокоинтенсивное излучение для фототерапии псориатических бляшек, а также депигментированных участков кожи, не затрагивая здоровую ткань. В отличие от традиционных УФ систем, имеющих широкий спектр от 290 до 320 нм, эксимерный лазер генерирует монохроматическое излучение с длиной волны 308 нм, которая считается самой эффективной для лечения псориаза и витилиго. Гибкий световод, оснащенный наконечником, имеющим насадки разного диаметра, обеспечивает прицельное воздействие на пораженный участок. Благодаря направленности воздействия, эксимерный лазер обрабатывает поврежденные участки кожи большими дозами УФ излучения по сравнению с традиционными УФ системами.

Показания для лечения: псориаз, витилиго, экзема, герпес, нейродермит.

Преимуществами его использования являются наилучший клинический результат при лечении псориаза; суммарная доза, необходимая для полного очищения от псориатических высыпаний, в несколько раз меньше, чем при лечении узкополосными УФ лампами; лазер на хлориде ксенона является самым эффективным средством, вызывающим гибель псориатических клеток; прицельная фототерапия без опасности для окружающей здоровой кожи; продолжительная ремиссия – от нескольких месяцев до нескольких лет; кратковременные безболезненные процедуры лечения, длящиеся несколько минут.

Исполнители:Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, в кооперации с Центром физического приборостроения ИОФ РАН, ООО «Оптосистемы», ООО «Лазерные технологии в медицине», ООО «Новые энергетические технологии», ООО «Кластер», ООО «ЛАС».

Проект II.17. «Электрохирургия с использованием плазменных высокочастотных электрохирургических аппаратов»

Выполненные в последние годы исследования в области взаимодействия низкотемпературной плазмы высокочастотного тлеющего разряда (с температурой, регулируемой в диапазоне от 100оС до 800оС) с биологическими тканями, позволили разработать принципиально новые электрохирургические технологии, показавшие высокую эффективность в таких областях медицины, как онкология, общая хирургия, гинекология, гнойная хирургия, дерматовенерология и др.

Разработанная технология регулирования температуры плазмы позволяет:

  1. получать сверхтонкие (шириной не более 100 мкм) разрезы с повреждением тканей на стенках разреза на глубину не более десяти клеточных слоев;

  2. избежать некроза краев раны и повреждения тканей краев раны на толщину более десяти клеточных слоев;

  3. достичь высокой скорости рассечения тканей (до двух сантиметров в секунду при глубине рассечения до 5мм);

  4. обеспечить возможность комбинированного воздействия в режимах рассечения и коагуляции.

Создание современных плазменных высокочастотных электрохирургических аппаратов позволяет заменить устаревшие модели традиционных высокочастотных электрохирургических аппаратов отечественных и западных производителей. Возможно решение задачи оснащения этими аппаратами всех районных поликлиник и больниц, где надобность в подобной аппаратуре крайне велика. Сравнительно невысокая стоимость предлагаемых к разработке плазменных высокочастотных электрохирургических аппаратов делает задачу оснащения ими лечебных учреждений вполне выполнимой.

В настоящее время высокочастотные электрохирургические аппараты с регулируемой температурой плазмы в Российской Федерации серийно не производятся.

Данные аппараты конкурентоспособны на мировом рынке.

Высокочастотные плазменные электрохирургические аппараты серии «ПлазмаТом»:

  • аппарат «ПлазмоТом - ГХ» для применения в гинекологии;

  • аппарат «ПлазмоТом - ОХ» для применения в общей хирургии;

  • аппарат «ПлазмоТом - ЧХ» для применения в челюстно-лицевой хирургии и дерматокосметологии.

Особенности аппаратов серии «ПлазмаТом»:

    • стабильность поддержания рабочих режимов воздействия;

    • контроль правильности используемых режимов воздействия по медицинским показаниям (детектор возможных ошибок и аларм-контроль);

    • формирование базы данных по параметрам использованных режимов (функция черного ящика);

    • интеллектуальная система управления;

    • возможность работы с большинством вспомогательных устройств, используемых в технологии лапароскопических операций.

Исполнители:Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, в кооперации с Центром физического приборостроения ИОФ РАН, ООО «Оптосистемы», ООО «Лазерные технологии в медицине», ООО «Новые энергетические технологии», ООО «Кластер», ООО «ЛАС».

Проект II.18. «Фотокаталитические устройства для очистки и обеззараживания воздуха»

Фотокаталитические очистители воздуха предназначены для очистки воздуха в жилых, офисных, производственных помещениях от органических загрязнений бытового, промышленного и биологического происхождения, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека. Благодаря высокой бактерицидной активности могут использоваться как профилактическое средство для борьбы с инфекционными и аллергическими заболеваниями.

Первые приборы, использующие фотокаталитический принцип очистки воздуха, уже появились в широкой продаже. Однако представленные на рынке модели имеют недостаточно высокую мощность и долговечность фотокаталитической ступени.

Разработка РАН имеет оригинальную конструкцию фотокаталитического элемента и на его основе создали модельный ряд высокоэффективных очистителей воздуха отличающихся практически неограниченным ресурсом и широким спектром действия. Работа приборов основана на фотокаталитическом окислении органических примесей на поверхности нанокристаллического диоксида титана под воздействием ультрафиолетового облучения. Приборы способны уничтожать практически любые органические загрязнители, в том числе те, которые не могут быть уничтожены другими методами очистки. Наряду с высокими показателями очистки воздуха от молекулярных органических загрязнений приборы обладают повышенной способностью к обеззараживанию воздуха благодаря сочетанию прямого воздействия ультрафиолетового излучения и дополнительного фотокаталитического эффекта. Конструкция и способ изготовления фотокаталитического элемента, также как способ получения фотокатализатора являются оригинальными разработками авторского коллектива.

Конструкция и способ изготовления фотокаталитического элемента, конструкции приборов защищены патентами РФ.

В настоящее время налажено опытное производство фотокаталитических очистителей воздуха. Проводится работа по созданию укрупненного производства с участием немецких компаний, проведших независимую экспертизу устройств в Германии и проявляющих к разработке большой интерес.

Исполнитель: ИПХФ РАН

Проект II.19. «Создание Национальной cети биологического скрининга (НСБС)»

Ключевой проблемой в области разработки лекарственных препаратов является необходимость эффективной экспериментальной оценки потенциальной фармакологической активности (скрининга) больших библиотек соединений. Проблема особенно характерна для России: в настоящее время ни в РАН, ни в других ведомствах не существует комплексной системы скрининга, что существенно снижает число жизнеспособных лекарственных кандидатов на доклинических этапах исследований. Фактически, огромное число синтезируемых в институтах РАН веществ находится вне поля фармакологического отбора, представляя огромную потенциальную базу для целенаправленного поиска. Практическая реализация поставленной задачи требует разработки технологической платформы, способной обеспечить создание лекарств нового поколения, и ее аппаратурного оформления.

Развитие фармацевтической науки на рубеже второго и третьего тысячелетий ознаменовалось бурным становлением крупных национальных исследовательских организаций, решающих задачи биологического скрининга. Наиболее масштабный опыт в этой области – это американская национальная сеть центров скрининга библиотек соединений. Основанная в 2004 году по инициативе Правительства США, получившей название «Road Map» («Дорожная карта»), эта сеть включает в себя 10 скрининговых центров. В этом проекте реализуется не просто механическое объединение научных коллективов, работающих в близких областях исследований, но гармоничное и хорошо координируемое взаимодействие. В рамках этих исследований различные коллективы исследователей занимаются химическим комбинаторным синтезом, высокопроизводительным скринингом на индивидуальных биомишенях, биологическими испытаниями химических соединений на животных, разработкой компьютерных систем «виртуального» скрининга или тест-систем для реального биоскрининга. К настоящему времени инициатива RoadMap является самым крупным национальным проектом в области биоскрининга, но начало третьего тысячелетия ознаменовалось также повсеместным интенсивным становлением аналогов американской RoadMap. В Германии, Китае, Корее, Франции, Израиле, Финляндии и ряде других стран в 2000-2005 были созданы национальные структуры, финансируемые и координируемые правительствами этих стран. Несмотря на различные названия, размеры финансирования и организационные особенности, все эти структуры строят свои исследовательские программы на фундаменте современных высокопроизводительных технологий биологического скрининга.

В России подобные системы отсутствуют.

Целью проекта является создание НСБС и запуск в действие интегрированной инфраструктуры биологического скрининга в России с ведущей ролью институтов РАН, а также получение серий высокоактивных соединений-лидеров, потенциальных клинических кандидатов как основы создания перспективных лекарств к 2020 г.

Для этого предполагается выстроить следующую структуру НСБС на базе уже имеющихся исследовательских центров:

Центры разработки тест-систем биоскрининга;

Компьютерно-вычислительный центр (молекулярное моделирование, хемо- и биоинформатика);

Центры синтеза библиотек соединений;

Распределенный репозиторий (банк) библиотек соединений;

Центры скрининга библиотек соединений;

Центры доклинических испытаний на животных моделях;

Управляющий и экспертно-аналитический центр.

Успешная реализация целей проекта обеспечивается наличием в России большого количества разработок по синтезу химических библиотек потенциальных лекарств, уникальных источников природных физиологически активных веществ, уникальных систем для скрининга новых соединений, а также оригинальных технологий и специалистов с опытом работы по дизайну новых лекарств на суперкомпьютерах. Для завершения работы требуется организация и оснащение недостающих элементов системы, а также запуск ее эффективной слаженной работы.

Будет создана научно-исследовательская основа формирования в России современных фармацевтических предприятий, на которых будет организовано производство дешевых, эффективных и не дающих побочные эффекты лекарств нового поколения для лечения социально значимых заболеваний: туберкулеза, СПИД, опухолей, сердечно-сосудистых болезней и расстройств нервной системы.

Головная организация: Некоммерческое партнерство институтов РАН «Орхимед».

Соисполнители: Учреждение Российской академии наук Институт физиологически активных веществ РАН, Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, Московский Государственный Университет им. Ломоносова; Учреждение Российской академии наук Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН; Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Институт органической химии УрО РАН, Институт общей и физической химии РАН (г. Казань), Институт проблем химической физики РАН, Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Институт химии Уро РАН, Институт цитологии и генетики СО РАН, Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, Институт химии растворов РАН, Новосибирский институт органической химии СО РАН, Бизнес-инкубатор НЦЧ РАН, Медицинский радиологический научный центр РАМН.

Срок выполнения проекта: 2010 – 2012 гг.

Ориентировочная стоимость: 1.5 – 2 млрд. руб.

Проект II.20. «Импульсная техника нового поколения для рентгеновской диагностики»

Проект включает разработку и выпуск импульсного наносекундного рентгенодиагностического передвижного аппарата ЯСЕНЬ-01.

Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт электрофизики Уральского отделения РАН.

Соисполнитель:ЗАО «Дата-Центр Икс-Рэй».

В Институте электрофизики УрО РАН проводится разработка новых методов рентгеновской диагностики, позволяющих создать принципиально новое рентгенодиагностическое оборудование с меньшими габаритами, при использовании которого повышается мощность рентгенодиагностической техники и значительно снижается дозовая нагрузка на пациентов. Создан импульсный наносекундный рентгенодиагностический передвижной аппарат ЯСЕНЬ-01.

За рубежом данная технология не освоена. Технико-инновационное ноу-хау аппарата ЯСЕНЬ-01 состоит в использовании в качестве источника рентгеновского излучения запатентованной разработки Института электрофизики УрО РАН - наносекундного импульсного генератора высокого напряжения с полностью твердотельной системой коммутации.

Использование принципиально нового источника излучения позволяет в 20 раз снизить дозовую нагрузку на пациента, минимизировать вес и размеры палатного аппарата, что делает его безопасным для пациента и дает возможность максимальной мобильности аппарата для оперативной диагностики в полевых условиях и на дому.

Аппарат прошел государственные медицинские испытания и в настоящее время эксплуатируется в ряде медицинских учреждений: Свердловский психоневрологический госпиталь ветеранов войн, г. Екатеринбург; Саратовская областная клиническая больница, г. Саратов; отдел рентгенологии МОНИКИ, г. Москва.

Конкурентные преимущества новой техники:

  • Сверхмалое воздействие излучения на врачей и пациентов

  • Малый вес и мобильность оборудования

  • Низкая себестоимость изделий

  • Высокое качество получаемого изображения

  • Возможность трансформации оборудования для более эффективной деятельности врачей

Главными потребителями рентгенодиагностического оборудования являются лечебно-профилактические учреждения России. В настоящее время парк оборудования у потребителей имеет износ 60-80%, а также технологическое отставание от современных методов рентгенодиагностики (более 70% оборудования).

С учетом полной замены оборудования для рентгенодиагностики в ЛПУ всех уровней потенциал рынка составляет более 100 млрд.руб.

Объем продаж на рынке рентгенодиагностического оборудования составляет 10-20 млрд.руб/год. Тенденция к быстрому росту объемов продаж подкрепляется и государственными субсидиями в рамках нацпроекта «Здоровье».

Главные участники рынка – российские производители рентгеновской техники такие, как ЗАО «Амико», ЗАО «Гелпик», ЗАО «Электрон», ОАО «Мосрентген», «Медицинские технологии», СпектрАП» и др. Зарубежные производители представлены, в основном, крупными корпорациями Siemens и Philips.

Проект II.21. «Разработка системы раннего выявления и идентификации возбудителей социально-значимых и природно-очаговых инфекций (на примере туберкулеза и описторхоза, гепатита, клещевого энцефалита, дифиллоботриоза»

Область применения.

Медицина: тест-системы для раннего выявления возбудителей социально-значимых и природно-очаговых инфекций (туберкулез, гепатиты, клещевой энцефалит, описторхоз, дифиллоботриоз), тест-системы для точной идентификации (генотипирования) возбудителей социально-значимых и природно-очаговых инфекций.

Санитарно-эпидемиологический надзор и экология: система формализации молекулярно-эпидемиологических, биомедицинских и социально статистических данных с применением геоинформационных систем, тест-системы для точной идентификации (генотипирования) возбудителей социально-значимых и природно-очаговых инфекций.

Биотехнология: технологическая платформа для разработки тест-систем раннего выявления и идентификации возбудителей социально-значимых и природно-очаговых инфекций.

Для применений в области медицины – десятки миллионов тест-систем в год, в других областях – десятки и сотни тысяч тест-систем в год.

Организация производства тест систем раннего выявления и идентификации возбудителей социально-значимых и природно-очаговых инфекций может быть осуществлена в течение 2-х лет.

Успех борьбы со многими социально-значимыми и природно-очаговыми инфекциями в многом определяется возможностью раннего обнаружения и идентификации возбудителей, а также эффективной системой эпидемиологического расследования. Цель проекта – создание комплекса технологий для разработки и производства тест-систем для раннего выявления и идентификации возбудителей инфекционных заболеваний на примере туберкулеза и описторхоза.

Концепция проекта заключается в использовании комплексного молекулярно-биологического и биоинформатического подхода при исследовании возбудителей инфекционных заболеваний, применении результатов НИР при разработке диагностических тест-систем, внедрении созданных продуктов в медицинскую практику и их продвижении на внутренний и внешний рынки биомедицинских диагностических систем.

Проект состоит из отдельных блоков, ориентированных на создание продуктов для систем ранней диагностики с использование рекомбинантных антигенов и продуктов для точной генодиагностики с использованием линейно-матричных систем ДНК-анализа (ЛИМА).

Актуальность проекта обусловлена отсутствием в научно-исследовательской и медицинской практике систем раннего выявления и точной идентификации возбудителей туберкулеза и описторхоза, а также ряда других социально-значимых и природно-очаговых инфекций. Кроме того, принципиально не решена проблема создания простых диагностических наборов и устройств, эффективно работающих не только в специализированных лабораториях, но и в стандартных клинических лабораториях медицинских учреждений.

Ожидаемые результаты:

  1. Решение ряда фундаментальных проблем, касающихся геномики и протеомики возбудителей туберкулеза и описторхоза.

  2. Система формализации молекулярно-эпидемиологических, биомедицинских и социально статистических данных с применением геоинформационных систем.

  3. Тест-системы для раннего выявления и идентификации возбудителей туберкулеза и описторхоза.

  4. Технологическая платформа для разработки тест-систем раннего выявления и идентификации возбудителей других социально-значимых и природно-очаговых инфекций.

Блок А: Разработка систем ранней диагностики с использованием рекомбинантных антигенов.

Диагностика туберкулеза.

Получены рекомбинантные антигены M. tuberculosis (ESAT-6, CFP10, MPT64), на основе которых созданы тесты для исследования гуморального и клеточного иммунного ответа в популяции, обладающие высокой специфичностью и чувствительностью. Для расчетов белковых молекул используются биоинформатические методы. Основные результаты запатентованы и опубликованы.

Предлагается разработать и производить тест-системы для ранней диагностики туберкулеза на основе рекомбинантных искусственных антигенов, предназначенные как для определения уровня специфичных антител в сыворотке пациентов, так и для определения уровня индуцибельного биосинтеза гамма-интерферона.

Тест-системы предназначены для использования в научно-исследовательских учреждениях и в сети учреждений здравоохранения РФ, в частности, во фтизиатрических специализированных больницах и клинических лабораториях.

В год может быть проведено несколько десятков миллионов анализов, общей стоимостью не менее 200 млн рублей в год.

Диагностика описторхоза.

Разработаны системы культивирования возбудителей описторхоза, получена библиотека кДНК из половозрелых червей Opisthorchisfelineus, ведутся работы по характеристике белков в экскреторно-секреторном продукте паразитов.

Предлагается разработать и производить тест-системы для ранней диагностики описторхоза на основе рекомбинантных искусственных антигенов, предназначенные как для определения уровня специфичных антител в сыворотке пациентов.

Тест-системы предназначены для использования в научно-исследовательских учреждениях и в сети учреждений здравоохранения РФ, в частности, в специализированных больницах и клинических лабораториях.

В год может быть проведено несколько сотен тысяч анализов, общей стоимостью не менее 20 млн рублей в год.

Блок Б: Разработка систем идентификации возбудителей инфекционных заболеваний.

Генотипирование возбудителей туберкулеза.

Обнаружена высокая степень нуклеотидного полиморфизма в гене rpoB, кодирующем в-субъединицу РНК-полимеразы. Обнаруженные SNP приводят либо к синонимичным мутациям, не вызывающим аминокислотные замены, либо несинонимичным, которые вызывают мутации и в РНК-полимеразе. Некоторые из несинонимичных замен могут также вызывать появление устойчивости к рифампицину. По проблеме получения и анализа молекулярно-эпидемиологических данных разработан комплекс программ для обработки медицинских, социально-экономических, экологических и других данных с применением геоинформационной системы и их предоставления для анализа и моделирования эпидемиологических процессов. По проблеме адаптации молекулярно-биологических методов для массового применения и разработки молекулярно-диагностических систем в матричном формате создан комплекс программ для обработки данных биочиповых экспериментов. Основные результаты запатентованы и опубликованы.

Тест-системы для одновременного генотипирования и определения спектра мутаций, ответственных за лекарственную устойчивость, а также иных мутаций, регистрация которых необходима для решения эпидемиологических задач. Тест-системы будут основаны на технологии ЛИМА.

Тест-системы предназначены для использования в научно-исследовательских учреждениях в сети учреждений здравоохранения РФ, в частности, во фтизиатрических специализированных больницах и клинических лабораториях.

В год может быть востребовано около 40 тысяч тест-систем в РФ, общей стоимостью не менее 20 млн рублей в год.

Генотипирование возбудителей описторхоза.

Разработаны системы генотипирования возбудителей описторхоза по нескольким маркерам. По проблеме получения и анализа молекулярно-эпидемиологических данных создан комплекс программ для обработки медицинских, социально-экономических, экологических и других данных с применением геоинформационной системы и их предоставления для анализа и моделирования эпидемиологических процессов. По проблеме адаптации молекулярно-биологических методов для массового применения и разработки молекулярно-диагностических систем в матричном формате разработан комплекс программ для обработки данных биочиповых экспериментов. Основные результаты запатентованы и опубликованы.

Тест-системы для одновременного генотипирования возбудителей описторхоза Opisthorchis felineus, O.viverrini,Clonorchis sinensis,Metorchis bilis и Pseudamphistomum truncatum. Тест-системы будут основаны на технологии ЛИМА.

Институт цитологии и генетики СО РАН, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, готовые тест-системы – ЗАО "Вектор-Бэст".

Тест-системы предназначены для использования в научно-исследовательских учреждениях в сети учреждений здравоохранения РФ, в частности, в специализированных больницах и клинических лабораториях.

В год может быть востребовано не менее 50 тысяч тест-систем в РФ, общей стоимостью не менее 10 млн. рублей в год.

Общая стоимость работ по реализации проекта – 250 млн. руб.

Проект II.22. «Автоматизированный комплекс для медицинской диагностики социально-значимых заболеваний на основе биосенсорных систем»

Проект направлен на создание автоматизированного комплекса, обеспечивающего проведение ДНК диагностических процедур. Комплекс позволит в автономном режиме осуществлять выявление и идентификацию ДНК-маркерных последовательностей, определяющих по требованию обслуживающего персонала, наличие наследственных, онкологических или инфекционных агентов. Коллектив авторов имеет соответствующие разработки в области создания ДНК диагностических систем и аппаратных комплексов для манипуляций с биомолекулами. В рамках проекта предлагается разработка аппаратного комплекса, позволяющего в значительно ускорить процесс генетического тестирования, уменьшив при этом риски, связанные с человеческим фактором при проведении анализов. Принцип действия прибора основан на использовании микрофлюидных и биочиповых технологий. Комплекс позволит осуществлять выявление групп риска и их мониторинг современными молекулярно-биологическими методами в автоматическом режиме.

Рынок ДНК-диагностики колоссален и постоянно растет. В настоящий момент, по оценкам международных экспертов, рынок молекулярной диагностики в области персонализированной медицины составляет около 3 миллиардов долларов и постоянно увеличивается. В России оборудование, позволяющее автоматизировать процесс генетического анализа, не производится. Импортируемая техника крайне дорога и требует высококвалифицированного персонала, что делает невозможным повсеместное использование современных методов генетического анализа. В то же время крупные иностранные медицинские центры комплектуют свои лаборатории генодиагностики именно автоматизированными станциями.

Сфера применения ДНК-диагностики широка. Целый ряд заболеваний связан с изменениями структуры и/или копийности генетического материала. Перспективным методом для анализа генетических дефектов/вариаций является полимеразная цепная реакция (ПЦР) с последующей обработкой в биочиповом формате с помощью автоматизированных жидкостных (микрофлюидных) систем. Развитие приборной базы и разработка диагностических тест систем и протоколов их использования может быть использовано для:

- пренатальной диагностики хромосомных синдромов;

- диагностики репродуктивных нарушений;

- диагностики ряда наследственных форм опухолей;

- характеризации ряда опухолей для выбора способа их лечения;

- диагностика инфекционных агентов.

Помимо клинической диагностики, быстрый, автоматизированный анализ нуклеотидных маркеров крайне необходим и в сфере санитарно-эпидемиологического контроля, на станциях переливания крови и т.д..

Социальное-экономические эффекты, полученные от своевременной диагностики заключаются в уменьшении смертности, инвалидизации населения, а также в сокращении государственных затрат на лечение больных и расходов на выплаты, связанные с нетрудоспособностью.

ИХБФМ СО РАН специализируется на создании систем молекулярной диагностики. Имеется задел и интеллектуальная собственность по каждому из указанных выше диагностических направлений.

Все фундаментальные исследования по молекулярной диагностике (НИР), предшествующие разработке автоматизированных систем выполнены. Требуется проведение НИОКР, которое может быть выполнено совместно с ООО «Биоссет», имеющим необходимый опыт и производственную базу для разработки и изготовления сложных жидкостных схем и лабораторного оборудования на их основе.

Необходимо создать интегрированную микрофлюидную платформу, составные компоненты которой уже определены.

Потенциальным производителем биоаналитического комплекса является ООО «БИОССЕТ» - инновационная научно-производственная компания. Компания является единственным в России производителем уникальных автоматизированных систем для синтеза и очистки фрагментов ДНК, РНК и их аналогов. ООО «БИОССЕТ» обеспечивает потребности Российского рынка в приборах для синтеза ДНК и РНК на 75-80%. Продукция ООО «БИОССЕТ» используется в 22 странах (в Европе, Азии, Северной и латинской Америке). С 2008г. ООО «БИОССЕТ» совместно с ИХБФМ СО РАН являются исполнителями НИОКР ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по теме: «Разработка технологий и выпуск опытных образцов приборных комплексов для синтеза, анализа и очистки фрагментов ДНК, РНК и их синтетических аналогов».

Программа действий:

2010-2011 г.г. - завершение ОКР, испытание экспериментальных образцов комплекса; организация пилотных специализированных проектов (включая заявки в министерства, агентства, федеральные целевые программы и т.д.);

2011-2012 г.г. - испытание опытных образцов биосенсоров для определенных ДНК-диагностикумов и разработка конструкторской и технологической документации, изготовление и испытание опытных образцов.

Оценка необходимых материальных ресурсов: 350 млн. руб.

Проект II.23. «Организация производства медицинской техники для комплексной экспресс диагностики заболеваний сетчатки глаза человека»

В современном мире заболевания сетчатки занимают первое место среди причин необратимой потери зрения. По данным Всемирной организации здравоохранения, возрастная макулярная дегенерация (ВМД) является главной причиной слепоты в США и Европе, составляя 44,4% от общего числа причин потери центрального зрения и 70% среди причин билатеральной слепоты. За последнее время это заболевание значительно помолодело и стало встречаться не только в пожилом, но и в среднем возрасте, что влечет за собой инвалидизацию трудоспособного населения.

Более 5% населения мира страдают сахарным диабетом. Одним из наиболее частых сосудистых осложнений диабета является ретинопатия, которая выявляется у 30-90% больных.

Зачастую причиной необратимой потери зрения является поздняя диагностика заболевания и, как следствие, начало лечения на далеко зашедших стадиях.

Это диктует необходимость создания, производства и широкого применения медицинского оборудования для ранней диагностики заболеваний сетчатки.

Опыт США показывает, что обеспечение наиболее массового звена офтальмологической помощи населению – окулистов и оптометристов подобным оборудованием позволяет оперативно выявлять заболевания сетчатки на ранних стадиях и существенно экономить на лечении, которое в этом случае может проводиться при помощи медикаментозных препаратов. Исследования сетчатки на данном оборудовании, в частности с использованием фундус-камеры, покрывается за счет обязательной медицинской страховки. В США эксплуатируется более 50 тыс. единиц такого оборудования.

В настоящее время в РФ подобное оборудование не производится, потребности учреждений здравоохранения удовлетворяются за счет дорогостоящего импорта приборов, использующих устаревшие оптические технологии (стоимость единицы оборудования от 2 миллионов руб.). Высокая стоимость данных приборов не позволяет в полной мере обеспечить потребность в них российских ЛПУ. В РФ насчитывается более 20 тыс. поликлиник общего профиля, офтальмологические кабинеты которых могут быть оснащены таким оборудованием.

Вследствие этого задача разработки отечественных приборов для комплексной экспресс диагностики заболеваний сетчатки глаза человека и создания опытно-промышленного производства, способного полностью обеспечить потребность Российской Федерации, имеет огромное значение.

Производство современных офтальмологических диагностический приборов - Адаптивных мультиспектральных фундус-камер (АМФК) для нужд ЛПК РФ.

Создан опытный образец прибора, который в настоящее время успешно прошел испытания в НИИ Глазных болезней РАМН.

Для завершения разработки требуется выполнить следующие виды работ: Проведение ОКР по разработке линейки АМФК (недорогая модель начального уровня и полнофункциональный прибор для лечебных учреждений); Разработка нормативно-технической документации на различные модели АМФК, необходимой и достаточной для государственной регистрации данных приборов в качестве изделий медицинской техники и организации опытно-промышленного производства на территории Российской Федерации; Разработка эффективной технологической цепочки для производства приборов на базе АМФК при объеме до 1 тыс.-3 тыс. в год; Приобретение и освоение нового роботизированного оборудования, в том числе для изготовления асферических оптических элементов; Организация опытно-промышленного производства моделей АМФК; Организация входного и промежуточного контроля качества комплектующих и готовой продукции; Сертификация производства по ИСО и получение лицензии на производство медицинской техники; Организация службы сервиса; Разработка методических материалов по применению моделей АМФК в ЛПУ РФ.

Реализация данного проекта позволит повысить конкурентоспособность отечественной оптико-механической промышленности, увеличить долю продукции отечественного производства в общем объеме потребления на внутреннем рынке, выйти на экспортные рынки в Европе и Азии. Практически полностью прекратить закупки аналогичной офтальмологической техники за рубежом. С учетом оснащения даже 30% ЛПУ РФ (в течении 3-5 лет) приборами на основе АМФК прямая экономия средств государственного бюджета в результате 100% замещения импортируемых приборов составит около 6 миллиардов рублей в ценах 2009 г. Помимо экономии на закупках, бюджетная эффективность проекта за счет налоговых поступлений составит более 400 млн. рублей в течение первых трех лет после начала продаж продуктов.

Исполнители: Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН (ИПЛИТ РАН), Центральная клиническая больница РАН (ЦКБ РАН), Государственное учреждение НИИ Глазных болезней РАМН (ГУ НИИ ГБ РАМН), ОАО Загорский Оптико-Механический завод (ОАО ЗОМЗ)

Сроки реализации: 2013 г

Ориентировочная стоимость работ: 650 млн. руб, в т.ч. 550 млн. руб. бюджетных средств.

Проект II.24. «Универсальная рентгенографическая система для диагностических и профилактических обследований»

Проект относится к области медицинской рентгенографии. Существует два способа построения медицинских цифровых рентгенографических систем: традиционный, с плоским (двухкоординатным) детектором, и сканер, с однокоординатным (линейным) детектором. Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки. С помощью сканера, где «отсекается» рассеянное в теле пациента излучение, можно получать снимки любого размера при предельно низких дозах облучения и при минимальных геометрических искажениях. Однако сканер имеет ограниченное пространственное разрешение, большое время экспозиции, не может использоваться в режиме скопии. Двумерные системы могут иметь высокое разрешение, у них короткое время экспозиции, возможен режим скопии. Однако снимки имеют ограниченные размеры, дозы в десятки раз выше, геометрические искажения существенно больше. Установки могут быть с вертикальным положением пациента, горизонтальным положением, или имеют универсальный поворотный стол. В России поворотные столы, обеспечивающие возможность реализации широкого спектра диагностических обследований, не производятся и закупаются за рубежом. По функциональному назначению установки предназначаются для диагностических обследований, когда на первое место выходит качество снимка (в основном, определяемое пространственным разрешением), а дозы не имеют существенного значения, и для профилактического скрининга, где доза выступает на первый план и должна быть минимальной, а разрешение должно быть достаточным для данного скрининга.

Предлагается создать установку, которая будет универсальна и соединит в себе достоинства двумерных систем и сканеров. На таком Микродозовом Аппарате Рентгенографическом Комбинированном (МАРК) можно будет проводить как любые диагностические, так и все типы профилактических обследований. Система включает универсальный поворотный стол с любым наклоном луча к его плоскости, один рентгеновский излучатель и два детектора – детектор сканера и flat panel. Возможное поле съемки настолько велико (место и размеры снимков выбирает врач), что операция позиционирования пациента просто не нужна.

Кроме этого, установка способна делать обзорный снимок всего тела или большой его части. Это может быть использовано в приемных покоях клиник для обследования поступающих пациентов (с возможностью более детального немедленного дообследования на этой же установке с помощью flat panel). На установке МАРК могут быть выполнены уникальные обследования всего позвоночника, а также антропометрия (например, точное измерение длины нижних конечностей).

В соответствии со своими функциональными возможностями установка МАРК должна быть востребована как на отечественном рынке, так и как предмет экспорта. В РФ установка МАРК с успехом заменит импортные системы с универсальным столом, а также отечественные рентгенографические комплексы. В небольших районных больницах МАРК будет вне конкуренции из-за своей универсальности. Причем, в отличие от импортных систем, МАРК будет обслуживаться отечественной системой сервиса. Ввиду того, что парк отечественных аппаратов в значительной степени устарел, а большая часть импортных аппаратов простаивает из-за непомерной стоимости комплектующих, потребность внутреннего рынка может составить 500-800 установок в год на ближайшие 5 лет. Весьма перспективным будет МАРК и как предмет экспорта, поскольку по своим параметрам он превосходит все зарубежные аналоги и базируется на современных комплектующих.

Осуществлен полный расчет установки, определен состав покупных комплектующих, разработан и испытан пилотый детектор сканера.

ИЯФ СО РАН имеет все возможности для разработки системы МАРК

Установка МАРК может изготавливаться на отечественных предприятиях, специализирующихся на изделиях медицинской техники: «Научприбор» (г. Орел), «АМИКО» (г. Москва), «Электрон» (г. Санкт-Петербург). Их потенциал достаточен для производства 500-800 установок в год.

Для завершения разработки, производства пилотного образца, проведения клинических испытаний, получения сертификатов необходимо ~ 20 млн. руб.

Проект II.25. «Ускорительный комплекс для терапии рака протонными и ионными пучками»

По оценкам экспертов для России необходимо 6-7 протонных комплексов для терапии рака и 2-3 с пучками ионов углерода. Наличие системы электронного охлаждения (изобретенной в ИЯФ и являющейся «ноу-хау» проекта) позволяет существенно увеличить эффективность терапевтического использования пучков, уменьшить стоимость изготовления установки и, в конечном итоге, стоимость лечения. В таком аспекте проект имеет несомненные преимущества перед аналогами, разрабатываемыми за рубежом, и, следовательно, значительный экспортный потенциал.

За последние десятилетия радиационная терапия рака (облучение опухоли пучками различных типов частиц) и ее комбинация с другими видами терапии прочно вошла в арсенал мировой медицины. Лечебный эффект достигается вследствие надежного (исключающего возможность репараций) разрушения ДНК клеток опухоли ионизирующим излучением. В настоящее время в Европе работает 7 протонных и 1 ионный радиологический комплекс, создается дополнительно 10 протонных и 3 ионных. Аналогичная ситуация в США. В Японии принята программа по созданию 11 ионных установок.

Пионерские разработки Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) в области ускорителей заряженных частиц позволяют создать проект, не имеющий зарубежных аналогов.

Достижения ИЯФ СО РАН в области физики и техники ускорителей признаны во всем мире. ИЯФ СО РАН имеет богатый опыт разработки и изготовления электронных и протонных (ионных) ускорителей. В 2008 г. на ионном синхротроне Института современной физики (г. Ланчжоу, Китай) была успешно запущена система электронного охлаждения с параметрами, аналогичными тем, которые предложены в проекте. Система позволила существенно увеличить интенсивность ионных пучков и использовать их для клинических исследований лечения раковых заболеваний.

В проекте предполагается использовать опыт ИТЭФ (г. Москва) по проведению радиологического лечения, изготовления систем позиционирования и верификации пациента, разработки системы планирования лечения.

1. Первая очередь - протонная терапевтическая система

Протонная система, включая ионный источник, прединжектор, каналы транспортировки пучка низкой энергии

200 млн.руб.

Протонная гантри и канал транспортировки

75 млн.руб.

Канал транспортировки пучка к фиксированному порту облучения (в зависимости от конфигурации)

15-45 млн.руб.

Фиксированный порт облучения

20 млн.руб.

2. Вторая очередь - ионная терапевтическая система

Ионная терапевтическая система, включая канал транспортировки низкой энергии, основной синхротрон, электронный кулер

720 млн.руб.

Канал транспортировки пучка к фиксированному порту облучения (в зависимости от конфигурации)

50-75 млн.руб.

Фиксированный порт облучения

30 млн.руб.

Сверхпроводящая гантри и канал транспортировки

210 млн.руб.

Проект II.26. «Организация экспортно-ориентированного серийного производства протонных терапевтических комплексов, строительство учебно-демонстрационных центров, создание международной сети дистрибуции и сервисного обслуживания»

Онкологические заболевания являются, по статистике, второй причиной смерти населения во всех странах мира. В 70% случаев для лечения используется лучевая терапия, в основном, с помощью электронных ускорителей. На сегодняшний день, в мире, находится в эксплуатации более 7 тысяч электронных ускорителей и более 300 штук вводятся в строй ежегодно. Существенным недостатком облучения электронными ускорителями является то, что наряду с опухолью значительное облучение получают здоровые ткани, окружающие опухоль. Из-за этого организм пациента страдает не только от онкологического заболевания, но и от радиационного облучения.

Всего в мире построено и строится около 2-х десятков центров протонной терапии, стоимостью более 100 млн. долларов каждый. В России также есть проекты строительства больниц с протонными терапевтическими установками, но они принципиально не отличаются от зарубежных аналогов по размерам и стоимости.

Разработанное новое поколение оборудования и технологии для лучевой терапии протонным пучком, существенно превосходит все зарубежные аналоги по основным параметрам, и на порядок дешевле.

Разработанная установка компактнее, экономичнее, более производительна, обслуживается малым числом персонала и требует небольшой площади для размещения, и поэтому может быть установлена при любой городской больнице, имеющей онкологическое отделение. Так, например, энергопотребление нашей установки составляет в среднем 50 кВт и она размещается в радиационно-защищенном бункере площадью менее 100 кв.м и общей площадью 400 кв.м, включая помещения для персонала, медицинских работников, зала ожидания для пациентов и т.д.

Развитие протонной терапии должно происходить не созданием отдельных больниц с протонными терапевтическими установками, а сооружением небольших пристроек на территории существующих больниц.

Встроенный в систему рентгеновский томограф позволяет предельно автоматизировать процесс терапии, а разработанный математический алгоритм оптимизации облучения, позволяет значительно сократить облучение здоровых тканей, даже по сравнению с имеющимися протонными установками. Это позволит в дальнейшем перейти к режиму гипофракционированого облучения, что позволит сократить полное время лечения с 1-1.5 месяцев, до одной недели.

Экспериментальный образец установки работает. Два образца установки готовятся к медицинским испытаниям, в гг. Протвино и Пущино. Осуществлена коммерческая поставка двух экземпляров (в США и Европу) для прохождения медицинской аттестации. Подписано соглашение о поставке в США 24 установок.

Проведенные зарубежные маркетинговые исследования показывают, что при стоимости установки 15 млн. долларов США, ее сбыт составит 40 единиц в год. Таким образом, после реализации предлагаемого проекта и дальнейшего его развития,  ожидаемый экономический эффект от экспорта высокотехнологичного оборудования составит около 0,5 млрд. долларов США в год.

Однако, завоевание мирового рынка требует уже сегодня организации серийного производства, с тем, чтобы в кратчайшие сроки осуществить поставку первых десятков установок. Выход на международный рынок немыслим без  создания сети сервисного обслуживания, дистрибуции и учебно-демонстрационных центров. Так, по современным международным стандартам, необходимо устранение любой возникшей неисправности в течении 24 часов.

Развитое серийное производство позволит по предельной низкой цене обеспечить Россию самыми передовыми технологиями лечения онкологических заболеваний.

Головной организацией является ЗАО «Протом», при научном руководстве Физико-техническим центром ФИАН.

Первую очередь проекта предполагается осуществить в течение трёх лет. При этом предполагается достичь производительности 10-ти комплексов в год, а также создать базовые центры сервисного обслуживания и обучения персонала в США и Европе. В дальнейшем, необходимо наращивать производительность в два раза каждые два-три года, с тем, чтобы в обозримое время, около 20 лет, можно было заменить большинство электронных ускорителей на протонные. Полный объем рынка составляет не менее тысячи единиц.

Ориентировочная стоимость: 1200 млн. рублей, из них 250 млн. рублей - вложение ЗАО «Протом».

Проект II.27. «Производство медицинской техники на базе лазерных и плазменных технологий»

Потребности российского здравоохранения в современных лазерных, плазменных хирургических системах и в высокотехнологичных системах ранней диагностики покрываются в основном за счет импорта. Российские компании за последние годы увеличили номенклатуру предлагаемых лазерных и высокочастотных плазменных аппаратов для внедрения в отечественную медицинскую практику современных медицинских технологий. Тем не менее, доминирующей компонентой в высокотехнологичной медицинской аппаратуре остается импорт, несмотря на то, что научно–технический потенциал России в данном сегменте по-прежнему огромен. В стране имеются современные разработки, на базе которых возможно производить конкурентно способное на мировом рынке лазерное, высокочастотное хирургическое и диагностическое оборудование.

Основная цель настоящего проекта состоит:

  • в расширении и модернизации имеющегося производства разработанных под научным руководством Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН (ИОФРАН) образцов медицинской аппаратуры на базе новейших лазерных и плазменных технологий;

  • в создании новых модификаций наукоемкой медицинской техники и инструментария;

  • в разработке и внедрении в медицинскую практику инновационных медицинских технологий.

Разработанный ИОФРАН фемтосекундный лазерный кератом «Фемто Визум» может быть использован как «лазерный нож» для формирования роговичного клапана в операциях LASIK и заменить механический микрокератом. Сфокусированный пучок фемтосекундного лазера действует на роговицу как скальпель, производя микроразрезы внутри роговицы и не затрагивая при этом ее поверхностных слоев. Предлагаемая система позволяет реализовать большое число доступных офтальмологических технологий.

Предложенное ИОФРАН применение новых режимов двухволнового воздействия лазерного излучения микросекундной длительности в эндоурологиии позволяет освобождать пациентов от камней при малоинвазивном эндоскопическом вмешательстве с эффективностью 93-97% за одну процедуру. Лечение поверхностных опухолей мочевого пузыря на практике приводит снижению риска возникновения рецидивов опухоли благодаря абластичности лазерного излучения. Использование лазерного излучения при раке почки позволяет выполнять при лапароскопическом доступе резекцию опухолей, без пережатия почечных сосудов и создания искусственной ишемии, с минимальной кровопотерей.

Под научным руководством ИОФРАН и при поддержке Роснауки разрабатывается установка «Шершень» для трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации с подачей лазерного излучения по световоду и одновременным введением лекарственных препаратов. Данная операция позволяет сохранить жизнь около 25% пациентов с клиникой стенокардии, ежегодно получающим отказ в хирургическом лечении в связи с невозможностью выполнения им традиционного аортокоронарного шунтирования.

Выполненные в ИОФРАН исследования взаимодействия биологических тканей и низкотемпературной плазмы высокочастотного тлеющего разряда с регулируемой температурой позволили разработать принципиально новые электрохирургические технологии, обеспечивающие возможность регулировки соотношения режущего и коагулирующего эффектов. При поддержке Роснауки создано семейство современных плазменных высокочастотных электрохирургических аппаратов для применения в общей хирургии, гинекологии и челюстно-лицевой хирургии, которые должны заменить широко распространенные в российских клиниках морально устаревшие ЭХВЧ зарубежного производства.

На основе созданного в ИОФРАН нового материала (наноструктурированного диоксида циркония, проект поддержан Роснаукой) разработан биполярный электрохирургический инструментарий, позволящий производить бескровное рассечение тканей при открытых и эндохирургических вмешательствах, а также биполярную коагуляцию отдельных участков ткани.

Под научным руководством ИОФРАН завершается создание прибора для лазер-индуцированной аутофлуоресцентной диагностики предрака и раннего рака шейки матки, предназначенного для неинвазивной диагностики онкопатологии.

В ИОФРАН разработаны прототипы спектрально-флуоресцентных диагностических установок для измерения спектров флуоресценции биологических тканей in vivo при лазерном возбуждении в различных спектральных областях, которые позволяют выполнять флуоресцентную диагностику раннего рака гортани, бронхов и мочевого пузыря.

Завершается разработка масс-спектрометра САЛДИ для детектирования веществ с сверхмалыми концентрациями в биологических жидкостях и в воздухе, превосходящего по чуствительности лучшие зарубежные образцы (проект выполняется при поддержке Роснауки). Этот прибор позволит проводить исследования фармакокинетики, обмена медиаторов, поиск маркеров заболеваний, в целях обеспечения ранней диагностики их в рамках массового скрининга, исследования метаболома и протеома. В настоящее время совместно с МОНИКИ ведутся исследования в целях выявления маркеров легочной гипертензии первой степени в выдыхаемом воздухе.

Разработан лазерный анализатор изотопического состава выдыхаемого воздуха предназначенный для высокоточного определения относительного содержания изотопомеров 13СО2 и 12СО2 в выдыхаемом воздухе. Дыхательные тесты, основанные на применении препаратов, меченных стабильным изотопом углерода 13С, позволяют осуществлять неинвазивную (без вторжения в организм) диагностику заболеваний органов пищеварения (желудок, двенадцатиперстная кишка, тонкий и толстый кишечник, поджелудочная железа, печень).

В ИРЭ РАН проведена разработка уникального компьютерного многоспектрального термотомографа ИРТИА-2000, не имеющего аналогов в мире. Назначение термотомографа ИРТИА-2000 - ранняя и экспресс диагностика заболеваний различной этиологии: воспалительные и вирусные заболевания, сосудистые и сердечно-сосудистые заболевания, онкологические заболевания, нарушения эндокринной системы и других систем организма.

С целью раней диагностики онкологичских заболеваний в ИРЭ РАН осуществлена разработка прибора для неинвазивного измерения трехмерного распределения внутренней температуры тела человека на глубине в пределах толщины скин – слоя биологической ткани (на частотах 1ч10 ГГц – до 10 см) с ---пространственным разрешением 1ч2 см и точностью измерения температуры ~ 0,1о С.

С целью контроля температуры при различных вариантах гипертермии и термоабляции, а также с целью ранней диагностика онкологичских заболеваний, совместно ИПФ РАН и ИРЭ РАН осуществили разработку многоканального акустотермометра для неинвазивного измерения глубинной температуры тела человека методом акустотермографом. Разработанный акустомермометр не имеет аналогов в мире.

В ИПФ РАН осуществлена разработка и налажено производтсво уникального фемтосекундного компьютерного томографа с использованием фемтосекундных световых импульсов. Глубина сканирования ~2мм, пространственное разрешение ~10мкм. Фемтосекундный компьютерный томограф выполнен в виде приставки к гастроскопу с использованием добавочного волоконно-оптического канала и позволяет осуществлять компьютерную томографию слизистых оболочек желудка, пищевода, 12-перстной кишки, матки и др. Данный прибор не имеет аналогов в мире.

В ИРЭ РАН разработан, создан и внедрен в производство электроимпедансный компьютерный томограф «МЭИК». Электроимпеданская компьютерная томография позволяет проводить исследования молочных желёз у подростков, у женщин любого возраста, у беременных и кормящих женщин, позволяет диагностировать предраковые заболевания, рак молочной железы, мастопатию, маститы, оценить функцию лактации проводить контроль за состоянием молочных желёз при лечении мастопатии и других патологий. Чувствительность при обнаружении опухоли молочной железы составляет ~76% и не уступает показателям рентгеновского маммографа при полной безвредности обследования. Маммограф «МИЭК» используется в медицинской практике во многих государственных и частных клиниках.

Результатами реализации проекта будут организация или расширение производства высокотехнологичных медицинских приборов:

-эксимерной лазерной системы «Микроскан-ЦФП»;

-комплекса для оптико-реконструктивной хирургии глаза на базе фемтосекундной офтальмологической системы «Фемтовизум»;

-лазерного хирургического комплекса «Лазурит»;

-лазерной кардиохирургической установки «Шершень»;

- плазменных высокочастотных электрохирургических аппаратов серии «Плазмотом»;

-спектрально-флуоресцентный кольпоскоп «ФЛОКС-003»;

-биполярных электрохирургических ножниц для открытой и эндоскопической хирургии на основе частично стабилизированного диоксида циркония;

-лазерного масс-спектрометра САЛДИ;

-лазерного анализатора изотопического состава выдыхаемого воздуха для неинвазивной диагностики заболеваний органов пищеварения.

Реализация проекта планируется в течение 4 лет.

Начало реализации проекта: 1 квартал 2010 г

Исполнители: ИОФ РАН, в кооперации с ООО «Оптосистемы», ООО «Лазерные технологии в медицине», ООО «Новые энергетические технологии», ООО «Кластер» и др.

Объем мирового рынка составляет около 15,0 млрд. руб. в год. Авторы проекта планируют достигнуть в течение 4 лет объема продаж 3,5ч4,0 млрд. руб. в год, в том числе госзакупки на сумму около 800,0 млн. руб.

Объем средств затраченных на проект: более 450 млн. руб.

Объем средств необходимых для завершения реализации проекта: 2745,0 млн. руб., в том числе бюджетных 2385,0 млн. рублей.

Проект II.28. «Разработка и создание нового поколения интеллектуальных лазерных медицинских систем для кардиохирургии и онкологии»

Сердечно-сосудистые и онкологические заболевания входят в десятку основных причин смертей в России и в мире и по оценкам мировых нозологических трендов эта ситуация сохранится до 2025 года. С середины 90-х годов в клинической практике получает распространение принципиально новый метод лечения ишемической болезни сердца, так называемая лазерная реваскуляризация миокарда (Transmyocardial Laser Revascularization - TMLR).

Онкологические заболевания являются второй по значимости причиной смертности в Российской Федерации. На протяжении последних 10 лет ежегодно в РФ злокачественными опухолями заболевают 420-450 тысяч человек, что соответствует населению крупного областного центра РФ. Одним из эффективных методов лечения онкозаболеваний являются технологии лазерного испарения злокачественных новообразований.

В настоящее время контроль качества выполняемой лазерной операции проводится визуально в соответствии с опытом хирурга. Однако это не обеспечивает полного удаления пораженных тканей, минимального повреждения здоровых тканей и не позволяет объективно оценить качество выполненной операции.

Исследования последних лет показали, что оптимальной лазерной системой для реваскуляризации миокарда является СО2 -лазер. Процедура ТМЛР предусматривает формирование в миокарде (типичная толщина около 20 мм) до нескольких десятков каналов диаметром порядка от 0,3 до 0,5 мм. В мире выполнено уже более 16000 операций. В России метод ТМЛР развивается с 1997 г. на основе кардиохирургической лазерной системы «Перфокор» разработки ИПЛИТ РАН. На сегодняшний день в НЦ ССХ им. А.Н.Бакулева проведено 700 успешных операций, что выводит эту клинику на второе место в мире. В МОНИКИ им. С.В.Владимирского проведено 30 успешных операций.

Вместе с тем полученный опыт клинических испытаний выявил дальнейшие пути исследований и развития технологии ТМЛР – совершенствование лазерной кардиохирургической системы в части улучшения характеристик лазерного излучения, системы управления и протоколирования операций, исследования механизмов формирования глубоких каналов заданной формы и оптимизации параметров лазерного воздействия на окружающие канал ткани.

Для наиболее полной реализации лазерных технологий прецизионного, малотравматичного и органосохранного удаления новообразований различных видов и снижения рецидивов необходимо обеспечить контроль качества выполненной лазерной операции. Для этих целей в ИПЛИТ РАН разработан новый метод доплеровской диагностики лазерного испарения биотканей. Медико-технические испытания установки проведены в Московском научно-исследовательском онкологическом институте им. П.А.Герцена, Государственном научном центре лазерной медицины Минздравсоцразвития РФ и в Тульской областной больнице. В целом на двух установках было выполнено около 90 операций.

Цель проекта - создание лазерных медицинских установок для кардиохирургии и онкологии на новых принципах организации обратной связи и управления процессом воздействия на ткани и органы человека в реальном масштабе времени. Важной интегрирующей частью проекта является информационный портал поддерживающий уже существующую в ИПЛИТ РАН систему дистанционого изготовления индивидуальных имплантатов и биомоделей по томографическим данным пациентов передаваемых по сети ИТЕРНЕТ в центр быстрого прототипирования.

ИПЛИТ РАН разработал и выпустил пилотную партию установок лазерных кардиохирургических установок «Перфокор”. Применительно к задачам лазерного удаления добро - и злокачественных новообразований созданы две интеллектуальных установки, прошедших медико-технические испытания.

Реализация данного проекта позволит повысить конкурентоспособность отечественной медицинской техники, увеличить долю продукции отечественного производства в общем объеме потребления на внутреннем рынке, выйти на экспортные рынки в Европе и Азии.

Состав организаций – исполнителей: Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, НЦССХ им.А.Н.Бакулева, МНИОИ им. П.А.Герцена, КБ приборостроения, ФГУП «НПО «Орион».

Сроки реализации: 2010 – 2013 г.г.

Ориентировочная стоимость работ: 90,0 млн. руб.

Проект II.29. «Прибор для быстрой расшифровки геномов в интересах медицины и биологической безопасности»

Предлагается создание прибора для быстрой расшифровки длинных последовательностей нуклеотидов, в частности полных геномов человека и других живых организмов и вирусов. Прибор должен позволить расшифровывать геномы за короткое время (не более нескольких часов) с использованием микроколичеств реагентов (на уровне 10-14 моля в одном опыте) по цене, делающей анализ доступным при массовом обследовании пациентов (порядка 30-50 тысяч рублей за один анализ).

Поставленная задача может быть решена только при том условии, что данная последовательность нуклеотидов будут получаться при надлежащей обработке индивидуальных молекул геномных ДНК без предварительного умножения геномов или их фрагментов. Только при этом условии может быть достигнута требуемая надежность и экономичность.

В мире разрабатываются три подхода к решению проблемы, которая получила кодовое название «геном за 1000 долларов», основанные на прямом анализе индивидуальных молекул ДНК.

В связи с успехами геномики, в частности в связи с расшифровкой полных геномов человека, выполненных в 2005 году, на повестку дня в развитых странах мира встала генетическая паспортизация населения. Если станет возможность знать полный геном каждого человека, можно будет предсказать ожидающие его патологии самого разного типа и вовремя провести коррекцию, что позволит существенно увеличить продолжительность активной жизни. Кроме того, появится возможность быстро отслеживать изменения патогенности бактерий и вирусов, идентифицировать вновь возникающие инфекции.

В перспективе ближайших 10 лет генетические паспорта могут потребоваться в России приблизительно для 100 млн. человек. Если предположить, что на анализ одного генома потребуется 1 час работы одного прибора, то, при круглосуточной работе в течение года будет выполняться около 5000 анализов. Другими словами, для генетической паспортизации населения России в течение 10 лет понадобится 2000 приборов. Общая стоимость анализов составит 300 млн. рублей в год, а при стоимости прибора 30 млн. рублей их общая стоимость составит 60 миллиардов рублей. Приведенные оценки являются весьма грубыми, однако очевидно, что через 5-10 лет приборы для секвенирования геномов необходимо будет выпускать серийно.

Небольшим, но важным сектором применения новых приборов будет специальный сектор (нераспространение биологического оружия, борьба с биотерроризмом, криминалистика). Возможна поставка приборов на экспорт в развивающиеся страны при условии решения патентных проблем.

Работы над созданием нанотехнологичной платформы для секвенирования ДНК были начаты коллективом ряда институтов СО РАН в 2009 году на средства заказного проекта Президиума СО РАН и ряда других источников финансирования. Начаты исследования ряда новых нанолитографических технологий, необходимых для успешной реализации проекта. Разработана принципиальная схема ДНК секвенатора. Создан и приобретен ряд ключевых компонентов прототипа ДНК-секвенатора. Созданы модельные трифосфаты и олигонуклеотиды, несущие остатки флуорофоров. Проведен анализ аналогичных разработок, проводимых за рубежом.

При оценке потенциала промышленности в организации серийного производства секвенаторов нового типа следует иметь ввиду два аспекта, с одной стороны, если производство планируется на базе как отечественного, так и приобретаемых на мировом рынке компонентов, производство приборов по окончании разработки технологии их производства и методик применения в СО РАН и сотрудничающих с ним фирмах можно будет поставить в Новосибирске, что, скорее всего, потребует создания небольшого инновационного предприятия.

С другой стороны, если потребуется полностью отказаться от импорта компонентов, придется разрабатывать технологии и заново поставить производство ряда сложных изделий и материалов. Это, в частности:

- негативный резист для производства матриц нанореакторов;

- плоскопараллельные полированные кварцевые стекла толщиной 0.15 мм;

- объективы для конфокальных микроскопов;

- высокочувствительная фотоприемная матрица;

- высокоточные механические устройства.

- специализированные многоядерные компьютеры для сбора, предварительного хранения и окончательной обработки результатов.

Для этого к проекту придется подключить несколько крупных специализированных предприятий.

Круг научных проблем, которые необходимо решить при создании секвенатора и методики его использования, четко очерчены. Это проблемы создания комплекса реагентов, создания матрицы нанореакторов, создания специализированного конфокального микроскопа и создание специализированного программного обеспечения. На каждом из этих направлений фундаментальные задачи решены, необходимо на этой основе провести опытно-конструкторские работы и создать взаимно увязанный комплекс.

По опыту первого года разработки можно заключить, что весьма серьезным сдерживающим фактором является таможенное оформление комплектующих, закупаемых за рубежом. На него уходят месяцы драгоценного времени. Было бы крайне желательно на правительственном уровне решить эту проблему.

Для выполнения разработок на 2010-2011 гг. необходимо привлечь дополнительные кадры – порядка 10-15 высококвалифицированных специалистов (часть их них может быть приглашена для работы в Сибири из других регионов России и из-за рубежа) и до 30 молодых специалистов и студентов. Для этого Сибирскому отделению необходимый годовой фонд зарплаты в размере 20 млн. рублей. Необходимы средства для приобретения материалов и мелкого оборудования на сумму около 30 млн. руб/год и средства для выполнения работ сторонними организациями – 10 млн.руб/год. Необходимы средства для оборудования «чистых» комнат в размере 15 млн.руб, а также средства на командировочные расходы.

В 2009 г. на комплектующие для создания первого макета прибора было израсходовано около 10 млн. рублей.

Для успешного развития проекта и изготовления в 2011 году опытного образца прибора потребуется закупить комплект изделий на сумму 15 млн.рублей.

Для выполнения работ в 2010-2011 гг. необходимо 45-55 млн.руб.

Объем средств необходимых для окончания ОКР и выпуска опытной партии из 10 приборов в 10 раз больше.

Объем средств, необходимых для постановки мелкосерийного производства приборов, организации выпуска реагентов, комплектов, разработки программ, выпуска инструкций, подготовка пользователей и т.д. пока не поддается точной оценке. Фирма Pacific Biosciences, которая , как указывалось выше, начала разработку 4 года назад и располагает в настоящее время 10 опытными приборами, по не полным данным получила гранты и субсидии на разработку в количестве 100-200 млн. долларов. По-видимому, в России постановка производства обойдется в такую же сумму - 3-6 миллиарда рублей, но избавит от чрезмерных затрат на импорт высокотехнологического оборудования и увеличит потенциал отечественной технологической и кадровой базы.

Программа действий:

- создание и испытание макетного образца 2010 г.

- создание конструкторской документации

для выпуска 10 опытных образцов приборов 2011 г.

- выпуск и испытание 10 опытных образцов приборов 2012 г.

- создание конструкторской документации для

постановки серийного производства 2013 г.

- организация серийного выпуска 2014 г.

- выход на серийное производство 2015 г.

Серийное производство может быть поставлено на специализированном инновационном предприятии в Новосибирском технопарке, расположенном вблизи ННЦ Сибирского отделения РАН. Производство может частично базироваться на имеющихся в Новосибирске инновационных научно-производственных компаниях, например, ООО «Биоссет». Такое предприятие, располагающее всеми необходимыми для выпуска прибора условиями и технологиями необходимо создать заново.

Проект II.30. «Стерилизационный медицинский центр на базе ускорителя электронов»

Предлагаются к созданию радиационно-технологические комплексы для медицинских применений на основе импульсных линейных ускорителей электронов ИЛУ-6, ИЛУ-10, ИЛУ-14.

Комплексы могут быть использованы для решения следующих задач:

- стерилизация одноразовых медицинских изделий в потребительской таре (шприцев, медицинской одежды, систем очистки и переливания крови, катетеров, перевязочных материалов и сорбентов, пробирок, инструментов и т.д);

- производство новых фармакологических препаратов;

- стерилизация медпрепаратов и их компонентов;

- стерилизация медицинских отходов.

Преимуществами электронно-стерилизационного метода являются:

- высокая производительность;

- возможность стерилизации в потребительской таре;

- широкий спектр обрабатываемой продукции;

- отсутствие химических отходов;

- не требуется дегазация или аэрация стерилизационных помещений;

- меньшие затраты на оборудование в сравнении с другими методами стерилизации (в некоторых случаях);

- экологическая чистота метода стерилизации.

Производительность отдельно взятого комплекса может составлять 1,0 – 10,0 тонн/час (в зависимости от модификации ускорителя, необходимой стерилизующей дозы, вида стерилизуемой продукции).

В Западной Европе ежегодно продается одноразовых медицинских изделий на 1 млрд. евро. 50% этих изделий радиационно-стерилизовано.

В России ежегодно стерилизуется 1.5 млрд. медицинских изделий 80 различных наименований, причем рынок радиационно-стерилизованной одноразовой медицинской продукции активно развивается.

Потребности Западно-Сибирского региона оцениваются в 200 тонн радиационно-стерилизованных медицинских изделий в месяц. Прогнозируемый рост - до 500 тонн/месяц. Потребности могут быть удовлетворены созданием 1-2 радиационно-технологических комплексов (радиационных центров) на регион.

Ускорители ИЛУ-6 (2.5 МэВ, 20 кВт) и ИЛУ-10 (5 МэВ, 50 кВт) находятся в серийном производстве. Ускоритель ИЛУ-14 (10 МэВ, 100 кВт) готовится к серийному выпуску.

В ИЯФ имеется вся необходимая научная, инженерная и технологическая база для производства ускорителей.

Возможности ИЯФ по серийному производству - 5-10 ускорителей в год.

Необходимы инвестиции для запуска в серию ускорителя ИЛУ-14.

ИЯФ не имеет возможности самостоятельно создать радиационно-стерилизационный центр на основе собственных ресурсов.

Программа действий:

- необходимо завершить создание ИЛУ-14, как наиболее мощного, высокопроизводительного и универсального ускорителя для целей стерилизации;

- в качестве пилотного проекта предлагается создание и запуск в эксплуатацию стерилизационного комплекса в одном из регионов Российской Федерации;

- перспективным представляется создание сети стерилизационных комплексов на территории России.

Оценка необходимых материальных ресурсов.

 Наименование этапа

Сроки выполнения

Необходимые средства, млн. руб.

1

Производство ускорителя.

18-24 мес.

25,0 - 100,0 (в зависимости от модификации ускорителя)

2

Разработка проекта радиационно-технологического комплекса.

 5-6 мес.

4,0 – 5,0

3

Разработка и производство конвейерных систем комплекса, вспомогательных систем.

  10 мес.

10,0

4

Строительство комплекса, монтажные и пусконаладочные работы на участке, сдача в эксплуатацию, оформление разрешительной документации и сертификатов соответствия.

 12 мес.

15,0 - 50,0

Проект II.31. «Разработка и серийное производство масс-спектрометрической техники для решения приоритетных задач медицины»

Macс-спектрометрия является основным, а во многих случаях – единственным методом прецизионного контроля состава сложных смесей: воздуха и смесей газов, металлов, сплавов и конструкционных материалов (проводников, диэлектриков, пластмасс), природных материалов, ядерного топлива, смесей веществ органического и биоорганического происхождения, в том числе – лекарств. Типы и виды масс-спектрометров насчитывают более сотни наименований, а мировой рынок этих приборов составляет около $5 миллиардов долларов в год. При этом относительно недорогие (от 50 до 100 тысяч долларов за прибор) масс-спектрометры используются как контрольные на промышленных предприятиях, таможенных постах, полицейских участках, в экологическом контроле, при добыче полезных ископаемых. Более сложные и дорогие приборы стоимостью до 500 тысяч долларов применяются в медицине и биотехнологии.

Отсутствие масс-спектрометров отечественного производства сдерживает развитие критических технологий, снижает качество материалов и комплектующих изделий, в том числе и в оборонной промышленности, не позволяет оперативно контролировать и проводить сертификацию различных видов продукции.

Из анализа принятых в развитых странах технологий следует, что масс-спектрометрические приборы обеспечивают высокий уровень развития большинства приоритетных направлений развития науки, технологий и техники.

Потребность в масс-спектрометрических приборах практически всех отраслей народного хозяйства означает, что проект по организации системных разработок хотя бы нескольких базовых типов масс-спектрометров, и освоение их серийного производства является крайне актуальной задачей для российской науки и промышленности. Реализация проекта позволит решить и кадровую задачу на дальнейшую перспективу, т.к. создаст условия для привлечения молодых специалистов к разработке и производству этой наукоемкой продукции.

Цель настоящего проекта – создание и серийное производство нескольких базовых типов конкурентоспособных масс-спектрометров для отечественного и внешнего рынков.

Для реализации проекта в настоящее время имеются все основания и предпосылки, связанные с тем, что еще в 1999 году Минатом РФ для поддержания высокого качества продукции своих разделительных производств совместно с институтами Российской академии наук и Экспериментальным заводом научного приборостроения РАН (ФГУП ЭЗАН) создал межотраслевую группу разработчиков и производителей масс-спектрометров.

В состав межотраслевой группы входят более 40 ученых, конструкторов и специалистов из ВНИИТФА, Института аналитического приборостроения РАН, ФТИ РАН им. А.Ф.Иоффе, Уральского электрохимического комбината, Экспериментального завода научного приборостроения и других организаций.

Настоящий проект отражает результаты маркетинговых исследований потребностей и возможностей отечественного рынка масс-спектрометров для приборов трех типов:

• Масс-спектрометров для изотопного анализа веществ;

• Масс-спектрометров для элементного анализа веществ;

• Масс-спектрометров для молекулярного анализа веществ.

Конечные результаты реализации проекта.

В результате выполнения проекта будут разработаны и освоены в серийном производстве на Экспериментальном заводе научного приборостроения РАН (ФГУП ЭЗАН) масс-спектрометры шести типов, обеспечивающие потребности народного хозяйства и науки в наиболее актуальных направлениях.

Объем производства масс-спектрометрической аппаратуры на ФГУП ЭЗАН составит к 2015 году не менее 30 млн. долларов США. Кроме того, с целью увеличения доли отечественных приборов на внутреннем рынке и продвижения масс-спектрометров на внешний рынок, освоенные разработки и специализированные модификации приборов будут передаваться в другие компании и предприятия на коммерческой основе. Будут выполняться совместные разработки новых необходимых потребителям приборов с использованием в новой аппаратуре унифицированных узлов и блоков, уже освоенных в производстве ФГУП ЭЗАН. Производство этих видов приборов на основе унифицированных блоков будет целесообразно осваивать в новых компаниях, что позволит последовательно увеличивать объемы производства и продаж.

Проект II.32. «Фотокаталитические устройства для очистки и обеззараживания воздуха»

Фотокаталитические очистители воздуха предназначены для очистки воздуха в жилых, офисных, производственных помещениях от органических загрязнений бытового, промышленного и биологического происхождения, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека. Благодаря высокой бактерицидной активности могут использоваться как профилактическое средство для борьбы с инфекционными и аллергическими заболеваниями.

В ряду экологических проблем, присущих больших городам, загрязнение воздуха стоит на особом месте. Выбросы в атмосферу отходов промышленных предприятий, автомобильного транспорта, широкое использование в строительстве синтетических материалов, выделяющих токсичные газообразные компоненты, наносят непоправимый вред здоровью населения. Борьба с загрязнением атмосферы городов в целом является чрезвычайно затруднительной и дорогостоящей задачей, однако существуют доступные способы очистки воздуха внутри жилых и общественных помещений, где люди проводят значительную часть своего времени. Для этого используются различного рода воздухоочистители, которые сегодня можно приобрести в широкой продаже. Однако большая часть таких устройств, способна эффективно очистить воздух только от пыли и не справляется с молекулярными загрязнениями, представляющими наибольшую опасность. Частично молекулярные примеси могут поглощаться очистителями, в конструкцию которых входят угольные фильтры. Угольные фильтры, хорошо поглощая тяжёлые токсичные примеси, не задерживают основные загрязнители воздуха с малой молекулярной массой. Кроме того, при несвоевременной смене фильтров эти приборы сами превращаются в источники токсичного загрязнения воздуха адсорбируемыми в них вредными соединениями и болезнетворными бактериями, способными размножаться в таких фильтрах. Так же при использовании адсорбционных фильтров, периодически возникает проблема утилизации «отравленного» поглотителя.

В последние годы во всем мире интенсивно ведутся работы по исследованию фотокаталитического метода очистки воздуха, в основе которого лежит полное разрушение молекулярных примесей кислородом воздуха на поверхности полупроводникового катализатора под действием ультрафиолетового облучения. Конечными продуктами фотокаталитического окисления являются углекислый газ и вода. Помимо уничтожения токсичных органических примесей, фотокаталитический метод обеспечивает также эффективное обеззараживание воздуха от патогенных микроорганизмов.

Первые приборы, использующие фотокаталитический принцип очистки воздуха, уже появились в широкой продаже. Однако представленные на рынке модели (в основном японских, немецких и китайских производителей) имеют недостаточно высокую мощность и долговечность фотокаталитической ступени.

ИПХФ РАН совместно с ЗАО «Наноматериалы» и ООО «Информационно-технологический институт» разработали оригинальную конструкцию фотокаталитического элемента и на его основе создали модельный ряд высокоэффективных очистителей воздуха отличающихся практически неограниченным ресурсом и широким спектром действия.

Работа приборов основана на фотокаталитическом окислении органических примесей на поверхности нанокристаллического диоксида титана под воздействием ультрафиолетового облучения. Приборы способны уничтожать практически любые органические загрязнители, в том числе те, которые не могут быть уничтожены другими методами очистки.

Наряду с высокими показателями очистки воздуха от молекулярных органических загрязнений приборы обладают повышенной способностью к обеззараживанию воздуха благодаря сочетанию прямого воздействия ультрафиолетового излучения и дополнительного фотокаталитического эффекта. Конструкция и способ изготовления фотокаталитического элемента, также как способ получения фотокатализатора являются оригинальными разработками авторского коллектива.

Разработан модельный ряд устройств различной производительности и назначения от маломощных бытовых приборов до многомодульных канальных систем, встраиваемых в вентиляционные шахты зданий

При создании фотокаталитических очистителей был разработан технологический процесс получения нанокристаллического диоксида титана, обладающего высокой фотокаталитической активностью. Создан эффективный носитель такого катализатора, в виде пористой стеклянной трубы, разработаны способ нанесения фотокатализатора на носитель и конструкция очистителя, максимально реализующая возможности фотокаталитической очистки.

Конструкция и способ изготовления фотокаталитического элемента, конструкции приборов защищены патентами РФ. Разработка «Фотокаталитический очиститель воздуха» награждена серебряной медалью на «Втором московском международном салоне инноваций и инвестиций 2002 г.», золотой медалью на международной выставке «Эврика 2002» в Брюсселе, медалью на Международной специализированной выставке «Лаборатория 2003», золотой медалью на «VI Международном салоне промышленной собственности» «Архимед 2003», золотой медалью на 60-й юбилейной Международной выставки изобретений и инноваций IENA-2008 в Нюрнберге.

Эффективность действия разработанных устройств подтверждена многочисленными химическими и микробиологическими испытаниями в специализированных российских и зарубежных организациях.

Эффективность действия разработанных устройств подтверждена многочисленными химическими и микробиологическими испытаниями в специализированных российских и зарубежных организациях.

В настоящее время налажено опытное производство фотокаталитических очистителей воздуха. Проводится работа по созданию укрупненного производства с участием немецких компаний, проведших независимую экспертизу устройств в Германии и проявляющих к разработке большой интерес.

Исполнитель: Институт проблем химической физики РАН.

Проект II.33. «Внедрение инновационной модели управления физическим здоровьем человека в интересах системы здравоохранения Российской Федерации»

Предполагается, что к 2030 г. медицина станет, в основном, превентивной и персонифицированной. Ее основы в последние годы успешно разрабатываются, во многом, в рамках нового направления в медицинской науке - медицине здорового человека. Большой задел в этом направлении в нашей стране создан космической медициной в рамках государственных и академических программ. ИМБП РАН предлагает комплекс технологий по управлению здоровьем человека, основанный на индивидуальной многоуровневой системе оценки состояния физического статуса человека, реализации индивидуальных программ коррекции выявленных изменений, включая средства ранней профилактики заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Доступность внедряемых технологий в первичном звене здравоохранения территорий Российской Федерации предлагается обеспечить за счет широкого применения телемедицинских технологий и создания сети региональных Центров физического здоровья.

В Российской Федерации накоплен опыт массовых медицинских осмотров отдельных категорий населения, развивается индивидуальный подход к каждому пациенту с учетом его возрастно-половых особенностей. Серьезное внимание уделяется анализу факторов, способствующих развитию заболеваний и влияющих на уровень здоровья. Таким образом, крайне перспективным является развитие направлений ранней донозологической диагностики заболеваний, использование новых аппаратурно-программных средств и методов ускоренной реабилитации после перенесенных заболеваний и травм, формирование приверженности к принципам здорового образа жизни. Однако надо признать отставание нашей страны по данному вопросу от ведущих систем здравоохранения мира.

Реализация предложенного проекта позволит в кратчайшие сроки выйти на создание системы массового обслуживания населения, основанной на отечественных (импортозамещающих) технологиях и изделиях, превосходящих по многим показателям известные зарубежные аналоги. Ряд предлагаемых к внедрению технологий и разработок не имеют аналогов в мире.

Обследование целевых групп населения осуществляется непосредственно по месту проживания и/или профессиональной деятельности медицинским персоналом работающим на данной территории. Первичное («экспресс-скрининг») и расширенное обследование обеспечивается оригинальными аппаратно-программными средствами на базе мобильного телемедицинского комплекса постоянного территориального базирования, что обеспечивает консультативную поддержку проводимых мероприятий со стороны лечебно-научных учреждений областного и федерального уровня.

Углубленное обследование и проведение необходимых мероприятий по коррекции функционального состояния организма пациентов проводится на базе сети Центров физического здоровья с использованием оригинальных методик и оборудования. Единое информационное обеспечение сети Центров позволит гарантировать соблюдение общих регламентов диагностических и реабилитационных мероприятий на всей территории страны при организационно-методическом и научном сопровождении организаций-разработчиков.

Дальнейший контроль эффективности проведенных мероприятий и состояния здоровья наблюдаемых лиц будет осуществляться по месту жительства с использованием средств телемедицины в составе кабинетов врачей общей практики и непосредственно на дому («домашняя телемедицина»).

Разработаны и внедрены в практику:

    • методы и аппаратно-программные средства донозологической диагностики («Адаптолог», «Кардиосон», «Экосан», «Резерв» и др.), технологии массового скрининг-обследования физического состояния организма человека;

    • средства сбора, обработки и обмена медицинской информацией в информационных сетях (аппаратура КАП-ОФС, КДМ и др.), бюджетные мобильные телемедицинские комплексы территориального базирования, базы данных, Интернет-ресурсы поддержки работы сети Центров физического здоровья;

    • высокотехнологичные тренажерные устройства нового поколения (ТИК-1, ТИК-2, УВТ-01, МСТ-02);

    • устройства формирования измененной газовой среды, дыхания газовыми смесями на основе инертных газов и технологии их применения для профилактики заболеваний системы дыхания и других нозологий;

    • система подготовки кадров.

Многоуровневая система оценки и коррекции функционального состояния организма адаптирована для массового использования в Центрах физического здоровья (ЦФЗ), разработаны методические рекомендации по организации типового ЦФЗ, элементы модели ЦФЗ апробированы на базе Института и в г. Нижний Новгород.

Для завершения работы необходимо:

  • создать пилотный участок системы (Москва, Нижегородская, Московская, Тамбовская области), включая постоянно действующие ЦФЗ, оснащенный необходимым оборудованием для отработки типовых решений;

  • организовать подготовку кадров для региональных отделений;

  • по результатам реализации пилотного проекта развернуть и сдать в постоянную эксплуатацию первую очередь системы;

  • проведение клинических, сертификационных испытаний перспективных технологий и аппаратно-программных комплексов, получение разрешительных документов, организация серийного производства;

  • работы по коммерциализации технологий: маркетинг, бизнес-планирование, привлечение инвестиций.

По мере реализации проекта будут:

  • внедрены элементы инновационной модели здравоохранения, основанной на проведении массовых мероприятий по предупреждению развития заболеваний (в первую очередь сердечно-сосудистой и дыхательной систем) с использованием индивидуального подхода к профилактическим и лечебным мероприятиям;

  • создана система оценки и коррекции физического состояния индивидуума в условиях массового применения с целью повышения общего уровня здоровья нации;

  • реализована система поддержки физического состояния молодежи призывного возраста, профессиональных групп с повышенными требованиями к физическим нагрузкам, возрастных и профессиональных групп риска;

  • создана сеть оздоровительных учреждений «шаговой доступности» для активно-оздоровительной реабилитации людей, нуждающихся в выраженной первичной профилактике, завершивших лечение в клинике или на поликлиническом уровне;

  • создана база для поддержки массового и профессионального спорта;

  • созданы условия для привлечения в сектор здравоохранения внебюджетных инвестиций и формирования инфраструктуры государственно-частного партнерства;

  • внедрены импортзамещающие технологии и средства, отвечающие современным требованиям развития мировой науки, превосходящие по ряду показателей действующие образцы, а в ряде случаев – не имеющие аналогов.

Народно-хозяйственный результат от внедрения космических медицинских технологий в масштабах Российской Федерации может исчисляться миллиардами рублей в год. Проект внесет значительный вклад в решение важнейших социальных проблем, связанных с ростом заболеваемости и инвалидизации населения России, снизит объем средств и сокращение сроков, требуемых на проведение лечебных и реабилитационных мероприятий; приведет к сохранению социальной активности значительных контингентов населения; повысит качество и расширит спектр услуг здравоохранения, предоставляемых гражданам РФ. Выполнение проекта позволит осуществить значительный прорыв в технологическом обеспечении системы здравоохранения РФ.

ГНЦ РФ ИМБП РАН – головной исполнитель.

Соисполнители:

Учреждения РАН (Институт нефтехимического синтеза РАН, Институт физической химии и электрохимии РАН, Институт радиотехники и электроники РАН и др.).

Учреждения Минздавсоцразвития РФ и территориальных органов здравоохранения.

Научно-производственные организации (ОАО «Корпорация «Росхимзащита», ООО «Медицинские компьютерные системы», ОАО «ПЭМЗ Спецмаш» и другие).

Научно-учебные учреждения (МГУ им. М.В.Ломоносова, ТГУ им. Г.Р.Державина, Нижегородская государственная медакадемия и др.).

Малые предприятия и инновационные фирмы (ООО «Центр авиакосмической медицины», Ассоциация «Народный СпортПарк», ООО «МэтрСпорта», МЖК ГАЗ и др.).

Сроки реализации: 4 квартал 2009 – 4 квартал 2013 гг.

Ориентировочная стоимость работ: 500 – 600 млн. руб.

Проект II.34. «Разработка инновационных медицинских систем и технологий для раннего скрининга и ускоренного восстановления функций кардиореспираторной системы человека»

Во всем мире, особенно в наиболее экономически развитых странах, неуклонно растет бремя затрат на здравоохранение, которые и сегодня уже чрезвычайно высоки. В результате во всем мире отмечается системный кризис здравоохранения, и даже самые мощные мировые экономики стоят перед альтернативой - или отказаться от принципа равного доступа к медицинской помощи, или снизить расходы за счет широкого использования превентивных мер, работая с предпатологией. Так, по мнению многих экспертов (например PricewaterhouseCoopers (2005 г.) государственные системы здравоохранения в их нынешнем виде станут несостоятельными уже через 15 лет, если не претерпят серьезных системных изменений. Поэтому технологии управления здоровьем человека (контроль состояния здоровья, выявление факторов риска, донозологическая диагностика и коррекция, обеспечение активного долголетия) в настоящий момент во всем мире вызывают все нарастающий интерес. В России в этой области существуют наработки, на основе достижений авиакосмической медицины и ряда, отличающихся опережающим развитием наук, в определенных областях превосходящие мировой уровень.

В настоящее время профилактическая медицина ориентирована на выявление ранних форм уже развившихся заболеваний, которые могут быть распознаны существующими клиническими методами. Однако остаются нерешенными две ключевые проблемы, связанные с заболеваемостью и смертностью от сердечно-сосудистой и легочной патологии. Во-первых, это выявление скрытых изменений, предшествующих развитию клинически значимых признаков болезни. Эти изменения постепенно накапливаются и затем проявляются острыми случаями инфарктов миокарда, инсультами и внезапной смертью. Во-вторых, отсутствует методология оценки степени риска развития заболеваний, как при скрытых изменениях, так и в начальных стадиях сердечно-сосудистой патологии. В нашей стране, в области авиакосмической медицины получил развитие новый подход к оценке функциональных состояний организма, так называемая донозологическая диагностика - распознавание состояний на грани нормы и патологии. Этот подход уже показал свою эффективность при медицинском обеспечении полетов военной авиации, спорта высоких достижений, в восстановительной медицине. В мировой практике нет аналогов подобным исследованиям и поэтому эти работы являются инновационными.

Комплекс приборов для ранней диагностики и коррекции заболеваний кардиореспираторной системы. Сочетанный анализ данных получаемых с помощью новых методов ЭКГ диагностики: электрокардиографии высокого разрешения с анализом поздних потенциалов желудочков и предсердий; спектрально-временного картирования; электрокардиографического картирования и их интеграции (фильтрование изопотенциальных карт); метода дипольной кардиотопографии (на основе математического моделирования) и мультипольной кардиотопографии. Разработка и создание отечественного портативного газоанализатора с возможностью телеметрической передачи данных для анализа параметров газообмена и внешнего дыхания в условиях клинического применения и спортивного тестирования. Создание российского прибора для электронной аускультации сердечных и дыхательных звуков. Разработка и создание аппаратуры для скриннинговой дифференциальной диагностики заболеваний бронхолегочной системы и рака легкого, состоящей из комплекса устройств для сбора конденсата влаги выдыхаемого воздуха и анализатора электролитов. Мобильная аппаратура для нефармакологического лечения и ускоренного восстановления функций кардиореспиратороной системы на базе устройств для формирования измененной газовой среды на основе инертных газов.

Разработан мобильный комплекс «РЕЗЕРВ» для регистрации и анализа показателей сердечно-сосудистой и дыхательной систем объединяющий методы, используемые в клинике и космической медицине. Создан макетный образец электронного стетофонендоскопа. Получен патент РФ № 2280868 на способ прогнозирования течения бронхолегочных заболеваний и рака легкого (патентообладатель ГНЦ РФ – ИМБП РАН). Создана аппаратура «Ингалит» для дыхания газовыми смесями на основе инертных газов. Для завершения работы необходимо: провести сертификацию разработанных приборов и устройств; провести клинико-физиологические испытания; разработать методические рекомендации и методики их использования; подготовить техническую документацию, необходимую для серийного производства, выпустить серию оборудования и устройств.

Тема имеет фундаментальное значение, актуальность разработки определяется значительным ростом инвалидности и смертности трудоспособного населения, в значительной мере обусловленной сердечно-сосудистой патологии и её результаты позволят создать ряд новых малогабаритных электрокардиографических аппаратно-программных комплексов и методик для широкого круга потребителей. Актуальность проблемы ранней диагностики бронхолегочной патологии определяется тем, что в настоящее время количество больных раком легкого и число бронхолегочных заболеваний, особенно сопровождаемых обструкцией дыхательных путей, прогрессивно увеличиваются, а затраты на диагностику и лечение неуклонно растут. Существенным недостатком глубокого пульмонологического обследования пациентов, имеющих жалобы и неявные симптомы бронхолегочных заболеваний, является необходимость применения дорогостоящей техники, расходных материалов и квалифицированного персонала, а также затраты времени. Перспективным направлением развития медицины является поиск и применение новых методов и технологий немедикаментозного лечения и профилактики различных патологических состояний. К технологиям данного направления относятся методы лечения с использованием лечебных газовых смесей, содержащих кислород (в условиях гипероксии, нормоксии и гипоксии) и инертные газы. Инертные газы при обычных условиях не вступают в химические реакции в организме а, следовательно, не обладают отрицательными побочными эффектами, характерными для большинства используемых фармпрепаратов.

ГНЦ РФ ИМБП РАН – головной исполнитель.

Соисполнители:

Учреждения РАН (Институт нефтехимического синтеза РАН, Институт физической химии и электрохимии РАН, Институт радиотехники и электроники РАН и др.).

Учреждения Минздавсоцразвития РФ и территориальных органов здравоохранения.

Научно-производственные организации (ОАО «Корпорация «Росхимзащита», ООО «Медицинские компьютерные системы», ООО «НейроСофт» ЗАО «Специальное конструкторское бюро экспериментального оборудования при ГНЦ РФ ИМБП РАН» и другие).

Научно-учебные учреждения (ММА им. И.М.Сеченова, МГУ им. М.В.Ломоносова и др.).

Малые предприятия и инновационные фирмы (ООО «Центр авиакосмической медицины» и др.).

Институт физической химии и электрохимии РАН

Сроки реализации: 4 квартал 2009 – 4 квартал 2013 гг.

Ориентировочная стоимость работ: 150 млн. руб.

Проект II.35. «Психологические, клеточные и фармакологические технологии коррекции стресс индуцированных и зависимых состояний»

Длительные повышенные физические, эмоциональные нагрузки часто приводят к стрессу и снижению уровня работоспособности человека. Авария на Саяно-Шушенской ГЭС показала, насколько актуальна сегодня проблема снижения производственного травматизма и количества техногенных катастроф, обусловленных человеческим фактором, проблема обеспечения технологической безопасности на сложных и высокотехнологических производствах, требующая широкого внедрения эффективных методов профессионального отбора, оперативной оценки и необходимой коррекции физического и психофизиологического состояния персонала, психофизиологических и физиологических стандартов профессионального соответствия работника. Отрицательное влияние факторов профессиональной и социальной среды на личностные ориентиры и систему ценностей не только работоспособного населения, но и детей, подростков, студенческой молодежи определяют негативную направленность в динамике соматического и психического здоровья людей, у которых формируется развитие психопатологических процессов и зависимостей. На фоне стресса при отсутствии психодиагностики и психокоррекционных методик часто развиваются депрессивные состояния, алкоголизм, наркозависимость. Стресс индуцирует нарушения иммунной системы организма, нарушаются или замедляются регенераторные процессы, развиваются такие патологии, как язвенная болезнь, нарушения сердечно-сосудистой системы, инсульт и др. Необходимо создание комплекса мер для оперативного контроля психофизиологического статуса человека с использованием технологий удаленного доступа. Кроме того, в повестке дня разработка клеточных технологий, биологически активных веществ, фармакологических препаратов обладающих выраженным противострессорным и антидепрессантным действием.

Основные тенденции развития современной медицины сосредоточены на индивидуализации способов и средств лечения. Развитие новых методов диагностики на основе достижений клеточной и молекулярной физиологии дает возможность осуществлять подбор препарата и мониторировать ход лечения. Принципы персонализированной медицины основываются на подборе лечения в соответствии с индивидуальными генетическими особенностями человека. Однако реализация этих планов, причем только на 25%, прогнозируется лишь к 2030 г. В настоящее время на мировом и российском рынках представлен широкий диапазон телемедицинской техники, предназначенной для индивидуального использования. Существенный недостаток этих систем – оценка состояния здоровья и диагностика заболеваний базируются на автоматизированном анализе и сравнении получаемых данных со среднепопуляционными нормами, без учета индивидуальных особенностей конкретного пациента. Исследования в области авиакосмической и военной медицины на протяжении нескольких десятилетий были направлены на разработку критериев индивидуального «жесткого» отбора кандидатов для выполнения ответственных заданий на основе психодиагностики, создании методик и препаратов для повышения работоспособности и стрессустойчивости.

Создание комплекса психологических, клеточных и фармакологических технологий коррекции стресс индуцированных и зависимых состояний. Разработка высокотехнологичных компьютеризированных средств, обеспечивающих потребности психодиагностики и психологической реабилитации. Разработка лечебно-диагностического комплекса широкого назначения с возможностью индивидуальной настройки под нужды пользователя (пациента) и учетом особенностей его психофизиологического состояния. Разработка компьютерных средств контент-анализа речевого общения с выделением критического для психоэмоционального состояния человека уровня негативных тенденций речевого поведения. Разработка биофармацевтического клеточного препарата для повышения стрессоустойчивости и работоспособности. Создание нового российского лекарственного средства с противострессорным и антидепрессантным действием. Разработка способа коррекции зависимых состояний с использованием новых эффектов дыхания инертными газами (ксенон и криптон). Проведение биологических испытаний нового биологически-активного вещества – рекомбинантного MGF (механо-зависимого фактора роста) с целью получить средство для профилактики атрофических изменений в скелетных мышцах, а также для коррекции дегенеративных изменений в скелетной мышце и спинном мозге при длительном употреблении алкоголя.

Созданы высокотехнологичные компьютерные системы, обеспечивающие потребности психодиагностики и психологической реабилитации. Разработки осуществляли специалисты РАН и Государственного научно- исследовательского испытательного Института военной медицины МО РФ. Получены патенты РФ № 33320 «Устройство для дистанционного медицинского контроля за состоянием здоровья человека и лечебным воздействием» и № 2252038 «Способ интерактивного лечения зависимого поведения», патентообладатель ГНЦ РФ - ИМБП РАН. При поддержке РФФИ осуществляется проект: «Изучение психофизиологического состояния и надежности людей, работающих в изолированных малых группах в условиях моделирования длительного полета к Марсу». Проведены успешные испытания биофармацевтического клеточного препарата на биологическом материале с использованием стресс индуцированных моделей заболеваний: системной красной волчанки, инфаркта, инсульта. Препарат способствовал восстановлению регуляторных Т-клеток и иммунного гомеостаза; восстановлению функциональных характеристик сердечной мышцы за счет меньшего уровня фиброза, увеличенной плотности капилляров и нормализации толщины стенок желудочка; снижению количества апоптотических клеток и стимулировании эндогенной пролиферация клеток после инсульта. Новый отечественный лекарственный препарат, обладающий противострессорным и антидепрессантным действием был выявлен при реализации Государственного контракта № 43.071.1.1.2523 от 31 января 2002 г. Создана аппаратура «Ингалит». Совместно с Институтом биохимии им. А.Н. Баха РАН разработан метод биотехнологического получения рекомбинантного MGF, который защищен патентом РФ. Для выхода на рынок аппаратурно-программных средств для психофизиологической диагностики и коррекции необходимо проведение технических, клинических испытаний; получение разрешительных документов, организация серийного производства, коммерциализация изделия: маркетинг, формирование рынка сбыта, логистика. Реализация настоящего проекта предусматривает завершение доклинического изучения биофармацевтических, биологически активных и фармакологических субстанций (углубленное изучение стресспротекторного действия в остром и хроническом эксперименте; определение параметров специфической токсичности – мутагенности, канцерогенности, иммунотоксичности, эмбриотоксичности, аллергизирующих свойств; исследование фармакокинетики; отработку методов лечения экспериментального отравления), разработку и доклиническое изучение лекарственных форм (определение сроков ее годности и хронической токсичности), разработку необходимой нормативной документации и подготовку к I фазе клинических испытаний.

  1. Практическим результатам разработки будет создание на основе контент-анализа профессионального общения методологии оценки психофизиологического статуса у людей выполняющих служебные обязанности, связанные с высокой степенью ответственности и риском для жизни (диспетчеры энергетических объектов, авиационной и наземной транспортных систем, военные и специализированные подразделения). Будут разработаны телемедицинские системы для оценки риска и оказания своевременной психофизиологической коррекции для людей склонных или страдающих зависимыми состояниями. Внедрение в практику отечественных клеточных биофармацевтических, фармакологических, биологически активных препаратов и нелекарственных методов, повышающих стрессустойчивость и работоспособность, обладающих противострессорным и антидепрессантным действием, позволит значительно повысить качество жизни российских граждан, а также эффективность лечения ряда широко распространенных и социально значимых заболеваний центральной нервной системы.

ГНЦ РФ ИМБП РАН – головной исполнитель

Соисполнители:

Учреждения РАН и РАМН (Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, Волгоградский научный центр РАМН, Институт физической химии и электрохимии РАН, Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН и др.).

Учреждения Минздавсоцразвития РФ и территориальных органов здравоохранения.

Научно-производственные организации (ОАО «Корпорация «Росхимзащита», ООО «Медицинские компьютерные системы» и другие).

Научно-учебные учреждения (МГУ им. М.В.Ломоносова, ГОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет Росздрава» и др.).

Малые предприятия и инновационные фирмы (ООО «Центр авиакосмической медицины» и др.).

Сроки реализации: 4 квартал 2009 – 4 квартал 2013 гг.

Ориентировочная стоимость работ: 202 млн. руб.

Проект II.36. «Внедрение инновационных технологий восстановительного лечения, основывающихся на космических медицинских разработках»

  • Суть проблемы

Реабилитация больных – одна из важнейших проблем здравоохранения и социальной медицины. Это объясняется, прежде всего, большим числом приводящих к инвалидизации заболеваний. Возвращение таких пациентов к активной жизни определяется всецело уровнем реабилитационной помощи. Стремительное развитие науки и медицины, в том числе – скоропомощных служб, родовспоможения, служб реанимации, совершенствование технологий в хирургии, кардиохирургии, нейрохирургии существенно расширили возможности спасения человеческой жизни, однако возвращение пациентов к активной жизни требует высокотехнологичных методов, специальных условий и длительного времени.

Развитие именно реабилитационных технологий имеет важнейшее медико-социальное значение, и любой существенный вклад в решение этой проблемы будет способствовать в целом укреплению здоровья нации. Проект предлагает внедрение инновационных технологий для развития высокоэффективной системы лечебно-реабилитационной помощи при патологиях ЦНС и нейромышечного аппарата, при скрытых медленнотекущих неврологических, глубоких деструктивных мышечных нарушениях, развивающихся вследствие ограничения двигательной активности, при старении, вынужденной иммобилизации, при патологических состояниях (сердечная недостаточность, травмы) и др. Технологии могут быть использованы в специализированных клиниках, стационарах, реабилитационных центрах, в амбулаторных условиях и физическими лицами в условиях стационара на дому.

  • Состояние проблемы в мире и в России

Количество пациентов с расстройствами двигательных функций в следствие многих патологических состояний, в нашей стране с каждым годом увеличивается на десятки тысяч человек и проблема оказания им помощи относится к категории социально значимых. Только инсульт, патологию, приводящая к тяжелейшей инвалидизации, ежегодно в России переносят более 450 000 человек, а в Москве ежегодно регистрируется 25 тыс. случаев острого инсульта. Среди лиц, перенесших инсульт или черепно-мозговую травму, 75-80% утрачивают трудоспособность и профессиональные навыки. Более 50% больных, впервые признанных инвалидами вследствие патологии нервной системы, составляют люди наиболее трудоспособного возраста (моложе 45 лет). Такие пациенты относятся к числу больных с наименьшими перспективами в плане восстановления здоровья. Они нуждаются в проведении длительных реабилитационных мероприятий, эффективность которых в конечном итоге складывается из комплексного, высокотехнологичного подхода, включающего в себя как элементы традиционной медикаментозной и немедикаментозной терапии, так и новые высокоэффективные и высокотехнологичные методы диагностики и реабилитации, разработанные на основе фундаментальных исследований.

Реализация предложенного проекта позволит в кратчайшие сроки выйти на создание высокоэффективной системы реабилитационной помощи, основанной на отечественных технологиях, не имеющих аналогов в мире.

  • Краткое описание предлагаемой технологии (разработки)

Лечебный костюм аксиального нагружения с автоматизированной системой управления - разработан для лечения и реабилитации неврологических расстройств и нарушений двигательных функций при детском церебральном параличе (ДЦП), ишемическом инсульте, черепно-мозговой травме, спинальной травме, являющихся одной из ведущих причин инвалидизации населения.

Подошвенный имитатор опорных нагрузок – высокоэффективное средство предназначенное для реабилитации больных в острых стадиях с временным обездвиживанием, при расстройствах в деятельности ЦНС, костных травмах, кардиологической патологии и др. Активируя системы позных синергий предотвращает формирования патологических позных установок, нарушения работы, мышечного аппарата, способствует формированию новых нейропутей регуляции позы и локомоции.

Электростимулятор для хронической низкочастотной стимуляции мышц разработанный в целях реабилитационных и превентивных мероприятий при борьбе с глубокими деструктивными мышечными нарушениями, развивающимися вследствие ограничения двигательной активности при старении, вынужденной иммобилизации (длительные перелеты, подводные суда), в связи с патологическими состояниями (сердечная недостаточность, травмы) и др.

Сухая иммерсия – технология, разработанная для ранней диагностики скрытых медленнотекущих неврологических нарушений, как средство противоотечной терапии и профилактики гипертонуса.

Средства для реабилитации спинальных больных, обеспечивающих возможности вертикализации пациентов с выраженной ортостатической недостаточностью, которым относится, компьютеризированный пневмовакуумный костюм, создающий отрицательное давление на нижнюю половину тела, компьютеризированный вертикализатор, позволяющий осуществлять ортостатическую тренировку спинальных больных, компьютеризированная вертикальная беговая дорога, обеспечивающая возможность обучения и тренировки локомоций в горизонтальном положении.

Аппаратно-программный комплекс для профилактики и коррекции сенсомоторных нарушений у пациентов с поражение вестибулярной системы.

  • Текущее состояние разработки (что уже создано и что требуется для завершения)

Разработаны и внедрены:

метод и средство дозированного нагружения для лечения и реабилитации неврологических расстройств и нарушений двигательных функций при детском церебральном параличе (ДЦП), ишемическом инсульте, черепно-мозговой травме, спинальной травме – лечебный костюм аксиального нагружения;

высокоэффективное средство предназначенное для реабилитации больных в острых стадиях с временным обездвиживанием, при расстройствах в деятельности ЦНС, костных травмах, кардиологической патологии и др. – подошвенный имитатор опорных нагрузок

аппаратно-программный комплекс для профилактики и коррекции сенсомоторных нарушений у пациентов с поражение вестибулярной системы

Разработаны методические рекомендации по использованию данных технологий, элементы внедрения в клинику апробированы на базах ГНЦ Института неврологии, Центра патологии речи и нейрореабилитации, областных клинических центров (Тверская Мурманская, Ярославская и др.)

Созданы действующие опытные образцы для проведения широких клинических испытаний электростимулятора, иммерсионной ванны, средств для для реабилитации спинальных пациентов.

Для завершения работ по широкому внедрению указанных технологий необходимо:

разработать комплексную систему реабилитационных мероприятий с использованием новых технологий восстановительного лечения;

организовать подготовку кадров для региональных ЛПУ;

проведение дальнейших клинических испытаний с целью расширения областей и уточнения методик применения разрабатываемых изделий;

получение разрешительных документов – регистрационное удостоверение, сертификат соответствия;

организация серийного производства;

коммерциализация технологий – маркетинг, формирование рынка сбыта, привлечение инвестиций PR – компания, логистика.

  1. Ожидаемый эффект (научный, экономический, социальный и др.)

Реализация проекта обеспечит:

- разработку механизма отладки и внедрения космических технологий и методик в практическое здравоохранение;

- внедрение в практику реабилитации новых, не имеющих аналогов медицинских технологий;

- создание системного подхода при оказании реабилитационной помощи и, как следствие, повышение возможностей социально-бытовой адаптации и улучшение качества жизни у категории ранее бесперспективных больных, длительно и безуспешно лечившихся

-создание условия для привлечения в здравоохранение внебюджетных инвестиций и обеспечения эффективного государственно-частного партнерства в сфере здравоохранения

- создание новых, не имеющих аналогов реабилитационных технологий, которые в противовес западным будут простыми в эксплуатации и доступными по цене физическим лицам.

Народно-хозяйственный результат от внедрения космических медицинских технологий в масштабах Российской Федерации может исчисляться миллионами рублей в год. В России ежегодно регистрируется более 450-500 тыс. случаев инсульта. Потери одного больного, получившего инвалидность по инсульту или черепно-мозговой травме, требуют вместе с пособием по утрате трудоспособности и отрыву родственников по уходу порядка 1,247 млн. рублей в год.

  1. Состав организаций-исполнителей

Головной исполнитель: Учреждение Российской академии наук Государственный научный центр Российской Федерации – Институт медико-биологических проблем РАН (ИМБП)

Проект осуществляется консорциумом, в который войдут:

- лечебные учреждения, обеспечивающие полный цикл разработки и проведения доклинических и клинических испытаний (кафедр неврологии РГМУ под руководством академика РАМН Е.И.Гусева, Центр по лечению инсультов, под руководством член-корр. РАМН Скворцовой, Центр патологии речи и нейрореабилитации под руководством профессора В.Шкловского, клиническая больницы № 83 ФМБА РФ под руководством профессора С.Б. Шваркова, Научный центр Институт неврологии РАМН под руководством академика РАМН З.А. Суслиной; Клиника сердечно-сосудистых заболеваний, под руководством профессора Сыркина А.Л.)

- коллективы ведущих научных школ (РГМУ, факультет фундаментальной медицины МГУ, МФТУ им. Баумана);

- учреждения, разрабатывающие и создающие новые технологии (ОАО “НПО ЗВЕЗДА”, СКТБ «Биофизприбор», РККА «Энергия», ООО «Кентавр-наука», ООО «Статокин»);

- коммерческие организации, специализирующиеся в области внедрения новых медицинских технологий: ООО «Центр авиакосмической медицины».

  1. Сроки реализации

4 квартал 2009 - 4 квартал 2013 гг.

8. Ориентировочная стоимость работ - 200 млн. руб.

Проекты

Российской академии наук
для участия

в реализации направлений технологического прорыва

Направление III
«Стратегические информационные технологии, включая создание суперкомпьютеров и разработку программного обеспечения»

Моделирование на высокопроизводительных системах является важнейшим фактором научно-технического прогресса и тем самым основой национальной безопасности страны. Без такого моделирования невозможно развитие высокотехнологических отраслей.

В настоящее время возможности использования высокопроизводительных вычислительных систем не реализуются в полной мере из-за практического отсутствии алгоритмов и специального программного обеспечения, в том числе, отсутствия коммерческих пакетов, рассчитанных на моделирование задач, требующих для своего решения производительности более 10 TFLOPS. Без разработки таких алгоритмов средствами фундаментальной науки создание коммерческих пакетов для массового использования высокопроизводительной техники невозможно.

Развитие высокопроизводительных вычислений необходимо для обеспечения технологического прорыва в следующих направлениях:

  • Аэрокосмическая технология

  • Ядерная и термоядерная энергетика

  • Добыча углеводородных топлив

  • Климатология

  • Создание элементной базы для перспективных вычислительных систем новых поколений

  • Оборонная тематика

Развитие данного направления позволит поднять на новый качественный уровень решение задач, сформулированных в Стратегии развития информационного общества в России. При этом реализация прорывных информационных технологий невозможна без развития нового поколения элементной базы информационных систем.

Работы РАН по созданию программного обеспечения для суперкомпьютеров находятся на мировом уровне, а в ряде случаев и превышают его. Вместе с тем работы по развитию суперкомпьютерных сетей не скоординированы, имеющееся оборудование (в НИИ и вузах различной ведомственной принадлежности) используется не эффективно.

Элементная база информационных систем будущего

Проект III.1. «Создание монолитных оптоэлектронных микросхем на основе интеграции кремниевой технологии и технологии прямозонных решеточно-согласованных с кремнием полупроводниковых твердых растворов GaP(1-x)N(x)»

(Уровень проекта: «Технологии, требующие дополнительных исследований»)

1. Суть проблемы. Цель проекта – создание кардинально новой электронной компонентной базы суперкомпьютеров - монолитных оптоэлектронных микросхем (МОЭИС) на основе интеграции кремниевой технологии и технологии прямозонных решеточно-согласованных с кремнием полупроводниковых твердых растворов GaP(1-x)N(x).

В настоящее время кремний является доминирующим материалом полупроводниковым электроники, микроэлектронной интегральной схемотехники и основой компьютерной техники. В связи с этим, реализация монолитных оптоэлектронных микросхем (МОЭИС) на основе кремния кардинально увеличит функциональность кремниевой микроэлектроники и откроет совершенно новые области ее применения, прежде всего в компьютерах нового поколения. В настоящее время задача по созданию МОЭИС не решена. Одина из ключевых нерешенных проблем создания элементов монолитных оптоэлектронных микросхем - отсутствие прямозонного полупроводникового лазерного материала, на основе которого могут быть реализованы монолитные источники оптического излучения на подложках кремния.

2. Состояние проблемы в мире и в России. Исследования по созданию светоизлучающих приборов на подложках кремния велись в трех основных направлениях. а) Кремниевые светоизлучающие структуры. По причине того, что кремний имеет непрямую структуру электронных зон, реализация эффективных светоизлучающих источников непосредственно на основе кремния является сложной задачей, которая не решена по настоящий день. б) Светоизлучающие структуры на основе традиционных полупроводниковых соединений А3В5. В 80-х годах прошлого столетия для реализации МОЭИС, было предложено попытаться использовать традиционные полупроводниковые соединения А3В5, имеющие прямую структуру электронных зон. Однако ограниченные эффективность и срок службы светоизлучающих приборов на основе GaAs или InP сформированных на поверхности Si до сих пор не представляет интереса для практической реализации МОЭИС. в)Поиск новых светоизлучающих материалов для создания МОЭИС. Примером может служить GaP, который практически согласован по постоянной кристаллической решетки с Si, но также как и кремний имеет непрямую структуру электронных зон. Точного согласования постоянных кристаллических решеток можно добиться при выращивании на кремнии азотсодержащего твердого раствора GaPN, помимо этого, что и представляет особый интерес, добавление азота приводит к формированию прямой структуре электронных зон таких твердых растворов.

Полупроводниковые твердые растворы со смешанными анионами, такие как GaAs(1-x)N(x) и GaP(1-x)N(x) были введены в ряд классических полупроводников исследованиями начатыми в 60х годах двадцатого столетия. Широкомасштабные исследования, проведенные в конце 90х годов прошлого столетия и начале нынешнего столетия, в основном коснулись твердых растворов GaInNAs, по причине их практической значимости для реализации эффективных телекоммуникационных лазеров. Научный коллектив СПб ФТНОЦ РАН внес большой вклад в успешное развитие этого направления. Вместе с тем полномасштабных исследований свойств твердых растворов содержащих одновременно соединения азота и фосфора в то время не проводилось. Однако, твердые растворы GaNPAs наиболее перспективный материал для интеграции с кремниевой технологией. В настоящее время достаточно совершенные слои прямозонного GaPAsN на поверхности Si продемонстрированы и первые светоизлучающие приборы созданы. Таким образом интеграция кремниевой технологии и технологии прямозонных решеточно-согласованных с кремнием полупроводниковых твердых растворов GaP(1-x)N(x) представляет собой одно из наиболее перспективных направлений для создания монолитных оптоэлектронных микросхем и одно из перспективных направлений технологического прорыва.

3. Краткое описание предлагаемой технологии (разработки). В качестве базовой технологии синтеза полупроводниковых гетероструктур для создания МОЭИС на основе кремния предлагается использовать технологию синтеза полупроводниковых соединений методом молекулярно-пучковой эпитаксии. В качестве базовой установки для реализации проекта планируется использовать систему молекулярно-пучковой эпитаксии MBE49-GaN, специально разработанную компанией RIBER для синтеза азот-содержащих полупроводниковых твердых растворов.

4. Текущее состояние разработки. Научный коллектив СПб ФТНОЦ РАН обладает многолетним опытом в области создания квантоворазмерных полупроводниковых гетероструктур в системе материалов AIIIBV, исследования их фундаментальных физических свойств и применению в разнообразных приборах микро- и оптоэлектроники. В течение последних восьми лет коллектив проводил систематические исследования фундаментальных свойств твердых растворов азотсодержащих соединений А3В5 нитрид-арсенидов и нитрид-фосфидов, таких как GaAsN, InGaAsN, GaPN, GaPAsN.

5. Ожидаемый эффект.

- кардинальное увеличение функциональности кремневой микроэлектроники;

- совершенно новые области применения кремневой микроэлектроники;

- реализация сверхбыстродействующих оптических каналов передачи информации как внешнего между различными процессорами компьютера, так и внутреннего между различными частями интегральных схем.

6. Состав организаций-исполнителей: СПб ФТНОЦ РАН

7. Сроки реализации: 5 лет

8. Ориентировочная стоимость работ: 300 млн. руб.

Проект III.2. «Создание полупроводниковых лазеров на квантовых точках для систем оптической передачи и обработки информации»

(Уровень проекта:«Технологии, требующие дополнительных исследований»)

1. Суть проблемы: Предполагается объединение усилий нескольких отечественных научных центров и производственных компаний с целью создания в России технологии лазерных диодов на квантовых точках (КТ), предназначенных для использования в системах оптической связи и обработки информации, в том числе в суперкомпьютерах. Широкое внедрение оптических систем для передачи информации на малые расстояния (между компьютерами, между отдельными блоками внутри компьютера, внутри электронных блоков) позволит существенно увеличить скорость передачи по сравнению с использованием электрических сигналов, что обусловлено возможностью быстрой модуляции лазерного излучения (до 40Гб/сек) и одновременным использованием нескольких десятков длин волн. Лазеры на КТ сочетают улучшенные приборные характеристики с возможностью удешевления технологии при длине волны генерации около 1.3мкм, наиболее пригодной для использования в системах оптической связи на малых расстояниях. Кроме того, использование КТ позволяет создавать принципиально новые источники оптической связи (лазеры со сверхширокими спектрами, генераторы стабильных оптических импульсов с помощью синхронизации мод).

2. Состояние проблемы в мире и России: Одночастотные лазеры с длиной волны ~1.55мкм, используемые в системах дальней связи, весьма сложны и дороги в изготовлении, что препятствует их внедрению в системы обработки и передачи информации на малых расстояниях, требующему существенного увеличения количества лазерных излучателей. Перспективным является использование лазеров с л~1.31мкм, для которой дисперсия волокна в 17 раз меньше по сравнению с л~1.55мкм. Это позволяет, при одинаковой скорости модуляции, предъявлять менее жесткие требования к стабильности линии излучения и ее ширине, что дает возможность заметно упростить технологию изготовления приборов и создает предпосылки для ее массового внедрения. Излучение с л~1.31мкм может быть использовано и для передачи информации внутри Si микросхемы с помощью планарных SiGe-волноводов или сквозь Si подложку.

Применение КТ позволяет достичь требуемую длину волны ~1.31мкм. При этом пороговый ток, температурная стабильность и эффективность превосходят характеристики традиционных лазеров этого диапазона. Использование подложек GaAs в подобных лазерах является еще одной предпосылкой для удешевления технологии и ее массового внедрения, а также открывает перспективу создания монолитных вертикально-излучающих лазеров, которые позволяют еще более снизить пороговый ток, достичь большей эффективности ввода излучения в волокно и снизить стоимость вследствие групповой технологии изготовления лазерных массивов. Коллективом исполнителей достигнуты значительные успехи в области научных исследований и технологических разработок КТ-лазеров, благодаря которым Россия занимает одно из лидирующих мест в мире в этой области. Поскольку освоение массового производства КТ-лазеров в мире находится на начальной стадии, у России имеется уникальный шанс оказаться в числе наиболее передовых стран, первыми внедривших технологию лазеров на квантовых точках в системы оптической связи.

3. Краткое описание предлагаемой технологии: В ходе реализации проекта будет развита технология различных типов лазерных диодов на основе КТ, оптимизированы их конструкция и структура активной области с учетом особенностей применений в системах оптической связи и обработки информации: 1) Одномодовые торцевые лазеры (разработка лазеров оптоволоконной связи со скоростью 10Гб/с на один канал, увеличение эффективности ввода излучения в волокно, создание систем со спектральным уплотнением каналов с использованием Фабри-Перо лазеров); 2) Лазеры с синхронизацией мод (разработка стабильных источники тактовой частоты 10-50ГГц, устройств беспроводного мобильного доступа на основе преобразования последовательности оптических импульсов в СВЧ-сигнал ~60ГГц, разработка эффективных методов модуляции последовательности импульсов); 3) Лазеры со сверхширокими спектрами генерации (разработка лазеров, одновременно излучающих нескольких десятков каналов, каждый из которых может быть модулирован со скоростью 10Гб/c, разработка компактных устройств спектрального разделения многочастотной генерации на раздельные каналы и их последующей модуляции); 4) Вертикально-излучающие лазеры (разработка групповой технологии изготовления массивов, монолитно-интегрированного модулятора для достижения скорости передачи 40 Гб/c, гибридной интеграции с кремниевыми микросхемами).

4. Текущее состояние разработки: Коллектив исполнителей обладает многолетним опытом исследования полупроводниковых квантовых точек и лазеров на их основе и имеет необходимый научный задел по всем направлениям предполагаемых исследований. Основные результаты, достигнутые с 1994г. по настоящее время: первый в мире лазер с КТ; режим непрерывной лазерной генерации в КТ-лазере; КТ-лазеры спектрального диапазона 1.3мкм; вертикально-излучающие лазеры 1.3мкм; рекордная эффективность (88%) КТ-лазеров; частота следования импульсов (35 ГГц) в 1.3-мкм лазере, превышающая частоту прямой модуляции; оцененный срок службы КТ-лазеров >100 лет; сверхвысокая температурная стабильность (T0=1200K); монолитные лазеры с синхронизацией мод с рекордным значением (1.7Вт) пиковой мощности; передача данных со скоростью 10Гб/c с помощью Фабри-Перо лазеров; сверхширокие (75 нм) спектры лазерной генерации; безошибочная передача с помощью спектрально-выделенной продольной моды со скоростью 10 Гб/сек; рекордно-высокое усиление (46 см-1) в КТ-лазерах с л>1.3мкм.

5. Ожидаемый эффект: значительное увеличение скорости обмена данными между компьютерами, отдельными компьютерными блоками и, в перспективе, внутри интегральных микросхем за счет использования оптических каналов связи; снижение стоимости оптических средств связи при высоких эксплуатационных характеристиках, создание предпосылок для их массового внедрения; развитие отечественной компонентной базы, отвечающей наиболее передовому мировому уровню, создание научно-технологического задела для дальнейшего развития в России современных оптоэлектронных компонент.

6. Состав организаций-исполнителей: Санкт-Петербургский физико-техноло-гический научно-образовательный центр РАН (координация работ, эпитаксиальный синтез, разработка опытной технологии); Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (торцевые лазеры и лазеров с синхронизацией мод); ООО «Коннектор Оптикс» (вертикально-излучающие лазеры); Институт физики полупроводников СО РАН (вертикально-излучающие лазеры); ООО «Иннолюм» (торцевые лазеры и лазеры с широкими спектрами генерации); НИИ молекулярной электроники и завод «Микрон» (управляющие электронные схемы).

7. Сроки реализации: 5 лет

8. Ориентировочная стоимость работ: 1100 млн. руб.

Проект III.3. «Создание защищенной оптоволоконной системы связи на основе одиночных фотонов»

(Уровень проекта: «Технологии требующие дополнительное обследование»).

Квантовая криптография - новое направление квантовой физики, быстро развивающееся в последнее десятилетие. Ее основной задачей является передача секретной информации посредством квантовых объектов – одиночных фотонов, при этом абсолютная секретность передачи обеспечивается законами квантовой механики. Классические оптоволоконные линии связи не могут обеспечить полной секретности, поскольку в них применяются лазерные импульсы, содержащие большое число фотонов, а часть этих фотонов может быть перехвачена любым несанкционированным пользователем. В квантовой криптографии одиночные фотоны не могут быть перехвачены и измерены с абсолютной достоверностью, что и является основой для создания абсолютно защищенных линий связи. Квантовое состояние отдельного фотона кодируется с использованием поляризационного, фазового или частотного метода. С помощью одиночных фотонов в квантовом канале (оптоволокне) генерируется только секретный ключ, который затем используется отправителем и получателем в симметричной криптосистеме, а само зашифрованное сообщение может передаваться по любому открытому каналу.

Предполагаемыми потребителями квантово-криптографических систем являются ведомства, организации и предприятия, в работе которых необходимо использовать каналы связи повышенной секретности – министерство обороны, министерство внутренних дел, агентство правительственной связи, федеральная служба безопасности, банки и т.д.

На первом этапе данного проекта предлагается разработать и создать прототип защищенной оптоволоконной системы связи с использованием системы для генерации квантового ключа на основе одиночных фотонов, разработанной в Институте физики полупроводников СО РАН (ИФП СО РАН). Основные характеристики предлагаемой квантово-криптографической системы:

  • длина волны – 1,3-1,5 мкм

  • чувствительность – одиночные фотоны

  • метод кодирования – фазовый

  • квантово-криптографический протокол – ВВ84 или В92

  • дальность связи – до 100 км

  • скорость генерации секретного ключа – до 10 кбит/сек

На втором этапе проекта предполагается выполнить опытно-конструкторские работы, провести необходимые испытания, подготовить техническую документацию и организовать внедрение квантово-криптографических систем связи в производство.

За рубежом аналогичные системы уже разработаны и предлагаются к продаже компаниями idQuantique (Швейцария) и MagiQ (США) при стоимости порядка ста тысяч долларов. По имеющимся литературным данным, они внедряются в ряде заинтересованных ведомств и организаций (министерства обороны, правительственная связь, банки). Однако зарубежные системы не могут быть напрямую использованы соответствующими российскими ведомствами и организациями, поскольку большинство аспектов функционирования таких устройств засекречено, а сами устройства выполнены на зарубежной элементной базе.

Российских аналогов разрабатываемой системы для генерации квантового ключа не существует. Ожидается, что разработанная российская система будет иметь значительно меньшую стоимость и сможет составить конкуренцию зарубежным аналогам как в России, так и за рубежом. Большая часть российской квантово-криптографической системы может быть выполнена на отечественной элементной базе. Закладываемые параметры близки или превышают известные параметры зарубежных аналогов.

2. Оценка рынка в гражданском секторе, в секторе специальных применений, для экспорта.

Актуальность создания квантово-криптографических систем обусловлена все возрастающими требованиями к защищенности оптоволоконных линий связи от несанкционированного доступа. Развитие современных телекоммуникационных технологий, и в частности, высокочувствительных быстродействующих фотоприемников, в принципе позволяют любому несанкционированному лицу отводить часть фотонов из оптоволоконного кабеля и с высокой достоверностью регистрировать последовательности лазерных импульсов, передаваемых от передатчика к приемнику. Такое положение дел недопустимо для линий связи повышенной секретности, например, используемых для нужд министерства обороны, правительственной связи, служб безопасности, банков и т.д. По мнению многих экспертов, единственно возможным решением этой проблемы является использование одиночных фотонов для передачи данных.

Исходя из сказанного выше, наибольшая потребность в квантово-криптографических системах связи ожидается в секторе специальных применений, для которых абсолютная секретность передачи информации обладает большим приоритетом, чем скорость передачи данных (в системах квантовой криптографии скорость ограничена значениями порядка 1-100 кбит/с в зависимости от длины оптоволоконной линии). Объем возможного рынка таких систем можно оценить как 10-20 систем в год, при стоимости одной системы на уровне 1-2 млн. руб.

Квантово-криптографические системы связи имеют значительный потенциал для экспорта. Мировая потребность таких систем может быть оценена на уровне 100-300 систем в год. В настоящее время она ограничена сравнительно высокой стоимостью систем, предлагаемых зарубежными производителями idQuantique и MagiQ (около ста тысяч долларов). Предлагаемая российская разработка может быть конкурентоспособной благодаря более низкой стоимости отечественной элементной базы.

3. Оценка состояния разработок.

В настоящее время квантовой криптографией и генерацией квантового ключа занимаются несколько научных групп и компаний из Европы, США, Японии и Китая. Была успешно продемонстрирована генерация квантового ключа на расстояния в десятки километров, как по оптоволоконным линиям связи, так и по открытому пространству. Скорость генерации ключа уменьшается с ростом дальности линии связи. Для оптоволоконных линий длиной 50 км типичное значение скорости генерации ключа составляет 10-15 кбит/с, в то время как для линий длиной 150 км эта величина уменьшается до 10-15 бит/с.

До настоящего времени в России квантово-криптографические системы для генерации ключа серийно не выпускались. Лабораторные экспериментальные установки для генерации ключа в атмосферных и оптоволоконных линиях связи были созданы в Институте физики полупроводников (ИФП) СО РАН. Они использовались для предварительных поисковых исследований и отработки техники генерации, кодирования, передачи и детектирования одиночных фотонов.

В 2003 г. в ИФП СО РАН была создана первая установка для атмосферной связи. Основой установки являются четыре импульсных полупроводниковых лазера с рабочей длиной волны 0,8 мкм и четыре кремниевых лавинных фотодиода, которые позволяют передавать и детектировать одиночные фотоны, закодированные в двух неортогональных поляризационных базисах. Были проведены измерения вероятности детектирования одиночных фотонов и исследована статистика сигналов в режиме передачи слабых лазерных импульсов по открытому оптическому каналу длиной 1 м. На этой установке был успешно реализован основной алгоритм квантовой криптографии ВВ84 при передаче квантового ключа по открытому каналу с воздушным промежутком длиной 1 м. При тактовой частоте повторения лазерных импульсов 100 кГц и среднем числе фотонов в импульсе 0,2 получена скорость генерации ключа 1,8 кбит/с. Количество ошибок в ключе не превышало 1%.

В 2004-2006 гг. в ИФП СО РАН была создана новая экспериментальная установка для генерации квантового ключа в протяженных оптоволоконных линиях связи. Одиночные фотоны генерируются в слабых коротких импульсах полупроводникового лазера с длиной волны 1550 нм. Фазовое кодирование одиночных фотонов осуществляется с помощью интерферометра Маха-Цендера и фазового модулятора. Квантовый канал образован 25 км стандартного одномодового оптоволокна SMF-28, используемого в современных линиях связи. Для генерации квантового ключа используется протокол BB84 на основе четырех фазовых состояний. Установка собрана из серийных оптоволоконных компонентов. Для детектирования одиночных фотонов применялись специально разработанные фотоприемные модули. Для управления работой приемного и передающего узлов разработан специальный быстродействующий контроллер, подключаемый к компьютеру через интерфейс USB. Были измерены основные параметры экспериментальной установки и к настоящему времени получены следующие характеристики: эффективная частота лазерных импульсов 1-5 МГц; максимальная скорость генерации просеянного ключа 750 бит/с для среднего числа фотонов в лазерном импульсе 0,2.

Опыт создания указанных выше экспериментальных установок предполагается использовать для разработки первого в России прототипа оптоволоконной квантово-криптографической системы связи на расстояния до 100 км на длине волны 1,3-1,5 мкм. Большинство компонентов данной системы может быть приобретено у российских изготовителей и построено на российской элементной базе.

4. Оценка потенциала промышленности (по конкретным предприятиям).

Серийное производство квантово-криптографических систем, разработанных в ИФП СО РАН, может быть организовано на базе ИФП СО РАН в тесной кооперации со следующими российскими предприятиями, выпускающими необходимые оптоволоконные компоненты:

Одномодовое оптоволокно на длину волны 1,3-1,5 мкм:

ЗАО "ОКС 01" (С.-Петербург),

Завод «Еврокабель-1» (Щелково, Московская область),

ЗАО "Москабель-Фуджикура" (Москва),

ЗАО "Севкабель-Оптик" (С.-Петербург),

ЗАО "Самарская кабельная компания" (Самара),

ООО "Сарансккабель-Оптика" (Саранск),

Компания «Эликс-кабель» (Реутов, Московская область),

Пассивные оптоволоконные компоненты:

ЗАО "ПТ плюс" (С.-Петербург),

Компания "QTECH" (Москва),

Компания "2А Системс" (Москва),

ООО "Дейта Плюс-М" (Москва),

ООО "Файбер Оптик Пассив Системс" (Москва),

ЗАО "Компонент" (С.-Петербург),

Активные оптоволоконные компоненты:

НТО "ИРЭ-Полюс" (Фрязино, Московская область),

ООО НПФ "Дилаз" (Москва),

ФГУП НИИ "Полюс" (Москва),

ЗАО "ФТИ-Оптроник" (С.-Петербург),

Все остальные элементы квантово-криптографических систем могут быть разработаны и изготовлены на базе ИФП СО РАН. Эти элементы включают детекторы одиночных фотонов на основе лавинных фотодиодов, цифровые и аналоговые электронные модули, оптико-механические детали и программное обеспечение.

Разработка и изготовление высокочувствительных лавинных фотодиодов с низким уровнем шумов, пригодных для детектирования одиночных фотонов, возможно на базе технологий молекулярно-лучевой эпитаксии, имеющихся в ИФП СО РАН для выращивания арсенид-галлиевых структур. Также имеется широкий набор установок для выполнения пост-ростовых операций (травление, приваривание контактов, помещение лазера в корпус и т.д.). Эти установки могут быть использованы при мелкосерийном производстве детекторов одиночных фотонов.

ИФП СО РАН располагает необходимыми кадровыми ресурсами для выполнения ОКР и изготовления опытного образца квантово-криптографической системы. При выполнении проекта предполагается широкая кооперация с высшими учебными заведениями. В работе будут задействованы студенты, аспиранты и преподаватели НГУ и Новосибирского государственного технического университета, с предполагаемой защитой магистерских и кандидатских диссертаций. Ими будут выполнены тестовые эксперименты по измерению параметров системы и генерации квантового ключа.

В ИФП СО РАН имеется специальное оборудование для настройки, контроля и измерения параметров квантово-криптографической системы: монохроматоры, спектрометры, сканирующие интерферометры, фотодетекторы, измерители мощности, стабилизаторы тока и температуры, устройства сбора данных и цифровые осциллографы.

5. Имеющиеся проблемы (научно-технические, организационные, ресурсные, кадровые и др.).

Экспериментально реализованные методы выявили ряд научно-технических проблем, стоящих на пути широкого внедрения квантово-криптографических систем. Это необходимость создания высокочувствительных детекторов одиночных фотонов с очень низким уровнем собственных шумов и высоким быстродействием; проблема "пустых" лазерных импульсов при уменьшении среднего числа фотонов; проблема повышения скорости генерации ключа и увеличения дальности связи без потери секретности и увеличения вероятности появления ошибок. Решение этих проблем основано на дальнейшем развитии техники генерации, кодирования и регистрации одиночных фотонов. Оптимизация разработанной квантово-криптографической системы потребует проведения дополнительной НИР в ИФП СО РАН на различных этапах проекта.

Планируемые ОКР и внедрение в производство будут выполнены в сотрудничестве с российскими предприятиями, производящими оптоволоконное и телекоммуникационное оборудование. Эти предприятия должны иметь стандартное оборудование для производства оптоволоконных и электронных компонентов и необходимый персонал. Для их вовлечения в производство квантово-криптографических систем должна быть выполнена подготовительная техническая работа и налажено мелкосерийное производство различных оптоволоконных узлов системы. Это потребует разработки бизнес-плана и подготовки необходимой технической и технологической документации, изготовления опытного образца системы и проведения испытаний.

6. Программа действий:

- завершение разработок;

- организация пилотных проектов (включая заявки в министерства, агентства, федеральные целевые программы и т.д.);

- выход на серийное производство (с указанием предприятий промышленности или форм организации производства).

Основной целью инновационного проекта «Защищенная оптоволоконная система связи на основе одиночных фотонов» является внедрение в серийное производство разработанной в Институте физики полупроводников СО РАН системы для генерации квантового ключа в оптоволоконных линях связи повышенной секретности. Для достижения этой цели необходимо решение следующих задач:

  • Завершение разработки и создание прототипа компактной системы для генерации квантового ключа в оптоволоконной линии связи с фазовым кодированием одиночных фотонов;

  • Проведение полевых испытаний на стандартных оптоволоконных линиях связи различной длины;

  • Создание дизайн-центра по разработке и внедрению компактной системы генерации квантового ключа;

  • Организация пилотных проектов, включая заявки в министерства, агентства, федеральные целевые программы и т.д.;

  • Разработка эскизного и технического проектов для изготовления системы;

  • Разработка рабочей конструкторской и технологической документации опытного образца системы;

  • Проведение предварительных и государственных приемочных испытаний опытных образцов системы;

  • Разработка бизнес-плана производства системы;

  • Организация серийного производства системы генерации квантового ключа для обеспечения потребностей отечественного рынка и выхода на мировой рынок.

7. Оценка необходимых материальных ресурсов.

Оценка общих объемов и структура затрат на проведение НИОКР и внедрение в производство определена из предполагаемого объема работ, состава и квалификации исполнителей, условий проведения работы и ориентировочной сметы затрат на проведение работ подобного рода. Структура затрат будет определяться ежегодно с учетом уровня заработной платы, налоговых отчислений, накладных расходов, принятого уровня рентабельности, а также цен на материалы и оборудование. Материальные ресурсы, необходимые для каждого этапа работы, оцениваются следующим образом:

  • Завершение разработки и создание прототипа компактной системы для генерации квантового ключа – 9 млн. руб.;

  • Проведение полевых испытаний на стандартных оптоволоконных линиях связи различной длины –1 млн. руб.;

  • Создание дизайн-центра по разработке и внедрению компактной системы генерации квантового ключа – 5 млн. руб.;

  • Разработка эскизного и технического проектов для изготовления системы – 5 млн. руб.;

  • Разработка рабочей конструкторской и технологической документации опытного образца системы – 5 млн. руб.;

  • Проведение предварительных и государственных приемочных испытаний опытных образцов системы – 5 млн. руб.;

  • Организация серийного производства системы генерации квантового ключа – 25 млн. руб.

Исполнитель проекта: Институт физики полупроводников СО РАН

Срок выполнения проекта: 2010-2015 гг.

Необходимый объем финансирования проекта: 50 млн. руб.

Социально-экономические результаты проекта:

Ориентировочная стоимость системы 2-3 млн. руб.

Планируемый объем выпуска 10-20 систем в год

Предполагаемые потребители МО, МВД, ФСБ, ФАПСИ, банки, телекоммуникационные компании

Проект III.4. «Разработка технологии полупроводниковых наногетероструктур и сверхбыстродействущей элементной базы для беспроводных систем передачи информации»

(Уровень проекта: «Технологии, требующие дополнительных исследований»)

Суть проблемы.Одно из важнейших направлений, определяющих возможность реализации преимуществ суперкомпьютерных технологий для решения разнообразных научных и прикладных задач, связано с обеспечением высокоскоростного доступа к вычислительным ресурсам со стороны широкого круга разработчиков и исследователей. Традиционной подход к решению этой задачи связан с использованием оптоволоконных линий связи. Однако значительными преимуществами обладает беспроводной доступ, отвечающий современным представлениям о принципах организации мобильных распределенных информационных ресурсов. Оптимальным вариантом, вероятно, будет служить сочетание этих двух технологий.

Основу элементной базы как современной телекоммуникационной аппаратуры, так и аппаратуры, обеспечивающей работу волоконно-оптических линий связи, составляют быстродействующие электронные приборы на основе полупроводниковых наногетероструктур соединений III-V. По ряду параметров (меньший шум, более высокое значение напряжения пробоя) транзисторы на основе соединений III-V превосходят SiGe аналоги, что делает их использование в аппаратуре беспроводной связи более предпочтительным.

  1. Состояние проблемы в мире и в России. В настоящее время наногетероструктурные приборы и интегральные схемы различного типа на их основе широко производятся и применяются за рубежом, прежде всего в США, Японии, странах ЕЭС и на Тайване. В то же время, в России уровень разработок и, особенно, практического использования этих перспективных приборов находится на относительно низком уровне. Для этого имеется несколько основных причин:

- существенное отставание отечественных исследовательских центров и предприятий электронной промышленности в оснащении современным технологическим оборудованием;

- серьезные проблемы в обеспечении базовыми материалами;

- отставание от мирового уровня в разработках приборов (гетероструктурные полевые и гетеробиполярные транзисторы мм диапазона, монолитная интеграция наногетероструктурных приборов различного типа.)

В настоящее время в институтах РАН практически все указанные проблемы близки к разрешению и сложились предпосылки для реализации технологического прорыва по направлению разработки и создания отечественной элементной базы для беспроводных систем передачи информации.

  1. Краткое описание предлагаемой технологии (разработки). В ходе выполнения проекта предполагается разработка технологии и создание опытных образцов: многослойных псевдоморфных наногетероструктур AlGaAs/InGaAs/AlGaAs и метаморфных наногетероструктур AlInAs/InGaAs/AlInAs/GaAs на подложках GaAs и полевых транзисторов на их основе работающих в диапазоне 60-300 ГГц; многослойных наногетероструктур InAlAs/InGaAs/InAlAs/InP на подложках InP и полевых транзисторов на их основе работающих в диапазоне 60-500 ГГц; многослойных наногетероструктур AlGaN/InGaN/AlGaN и полевых транзисторов на их основе, обеспечивающих выходную мощность более 10Вт/мм; биполярных гетероструктурных транзисторов на подложках InP, многослойных наногетероструктур соединений III-V, обеспечивающих интеграцию полевых и биполярных транзисторов; функционально-интегрированных сверхбыстродействующих интегральных схем, объединяющих цифровые и аналоговые блоки, для систем обработки и преобразования информации.

  2. Текущее состояние разработки (что уже создано и что требуется для завершения). В России имеются фундаментальные заделы, а также ряд «ноу-хау» в области разработки наногетероструктур на основе полупроводниковых соединений III-V для элементной базы оптоэлектроники и гетероструктурной электроники. В 2000 г. академик Ж.И.Алферов был удостоен Нобелевской премии за исследования в данном направлении. Большой научно-технический потенциал сосредоточен в учреждениях РАН.

  3. Ожидаемый эффект (научный, экономический, социальный и др.): В результате выполнения проекта впервые в России будут созданы базовые технологии для интегрированной электронной компонентной базы с быстродействием свыше 60 ГГц, обеспечивающие потребности разработчиков систем беспроводного приема и передачи информации. Реализация проекта окажет стимулирующее воздействие на развитие смежных областей, связанных с созданием систем телекоммуникаций, связи и радиолокации. Выполнение проекта будет поддержана традиционно сильной российской системой подготовки кадров, которая, в свою очередь, получит дополнительные импульсы для развития.

  4. Состав организаций-исполнителей. Санкт-Петербургский физико-технологический научно-образовательный центр РАН (общая координация, разработка конструкции и эпитаксиальный синтез наногетероструктур), Институт физики полупроводников СО РАН (разработка конструкции, эпитаксиальный синтез и исследования наногетероструктур), Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (исследования наногетроструктур), Институт СВЧ полупроводниковой электроники РАН (разработка технологии гетероструктурных транзисторов с длиной затвора менее 0,2 мкм), НОЦ ФИАН и МИЭТ «Квантовые приборы и нанотехнологии» (разработка конструкции и технологии функционально-интегрированных элементов беспроводных систем передачи информации)

  5. Сроки реализации: 5 лет

  6. Ориентировочная стоимость работ: 800 млн. руб.

Проект III.5. «Разработка новых физических принципов и элементной базы нового поколения волоконно-оптических систем связи и передачи информации со скоростью 50-100 Тбит/с и малым потреблением энергии»

(Уровень проекта: «Технологии, требующие дополнительных исследований»)

Суть проблемы.

Реализация стратегии информационного общества требует разработки нового поколения высокоскоростных (50-100 Тбит/с) волоконно-оптических систем связи и передачи информации с малым потреблением энергии. Это связано с тем, что в последние несколько лет отмечается ежегодное удвоение мирового потока информации, отражающее быстро растущие потребности в информации экономики, государственного управления, образования, а также рост числа пользователей Интернетом в связи с успешной реализацией программы «Волоконный световод в каждый дом» Число пользователей Интернетом составляет в настоящее время 1 миллиард, по оценкам, это число увеличится до 5 миллиардов к 2015 году. Прогнозы предсказывают, что через 5-7 лет существующие волоконно-оптические системы уже не смогут управлять такими потоками информации и необходимо новое поколение волоконно-оптических систем с в 100 раз большей скоростью передачи информации (50-100 Терабит/с). Другой крупной проблемой, стоящей перед мировой волоконно-оптической связью является сокращение потребляемой энергии волоконно-оптическими системами связи. На Европейской конференции по оптической связи (Брюссель, сентябрь 2008г) представлены данные, что Интернет потребляет в настоящее время столько же энергии, как вся авиация в мире. Исследования показали, что такое большое потребление энергии связано с преобразованием оптического сигнала в электронный и обратно в оптический в сетях волоконно-оптической связи. Создание таких систем связи требует разработки новых физических принципов и новой элементной базы.

Состояние проблемы в мире и в России.

Принципиальная возможность создания таких систем не вызывает сомнений, но это требует серьёзного финансирования для проведения фундаментальных исследований и новых разработок, в частности, создания нового поколения волоконных световодов и новых волоконных лазеров и усилителей, систем полностью оптической обработки сигналов, новых способов модуляции лазерного излучения сигналом, интеграция электронных и оптических схем на одной подложке.

В развитых странах проводятся интенсивные работы в этой области. В частности, разработаны экспериментальные системы со скоростью передачи информации ~ 30 Тбит/с. Проводятся интенсивные исследования по интеграции оптических и электронных схем на подложке кремния (силиконовая фотоника). Ожидается, что такие высокоскоростные системы со сниженными потреблением энергии и стоимостью будут созданы к 2020 году. К сожалению, никто в России решением этих исключительно важных для будущего страны проблем серьёзно не занимается.

Краткое описание предлагаемой технологии (разработки).

– создание нового поколения волоконных световодов на основе фотонных кристаллов

видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Разработка опытно-промышленной технологии и изготовление опытных партий волоконных световодов

– разработка высоконелинейных волоконных световодов и новых физических методов

для полностью оптической обработки сигналов в волоконно-оптических сетях связи

– разработка кремниевых волноводов и оптических устройств на их основе для создания

интегрированных оптоэлектронных устройств для будущих волоконно-оптических сетей связи с малым потреблением энергии (силиконовая фотоника)

 разработка высокоэффективных полупроводниковых лазеров на квантовых точках

– разработка высокоэффективных активных волоконных световодов, легированных висмутом и переходными металлами, и волоконных лазеров и усилителей на их основе для нового поколения волоконно-оптических систем связи и передачи информации со скоростью 50-100 Тбит/с.

Текущее состояние разработки.

Фундаментальные и прикладные исследования, проводимые в институтах РАН по волоконной и интегральной оптике, лазерной физике, новым оптическим материалам, системам обработки сигналов создали научную и технологическую базу для решения указанных проблем. В частности, созданы новые типы волоконных световодов, легированных висмутом, и разработаны лабораторные образцы волоконных лазеров и усилителей на их основе. Начаты работы по созданию оптических элементов на основе кремния.

Ожидаемый эффект.

Создание элементной базы и новых физических принципов для нового поколения волоконно-оптических систем связи и передачи информации со скоростью передачи информации 50-100 Тбит/с, с малым потреблением энергии и на 1-2 порядка более низкой стоимостью передачи бита информации. Создание таких систем связи и передачи информации даст огромный эффект в экономике, образовании, инфраструктуре государственного управления, в социальной сфере.

Состав организаций-исполнителей.

Исполнители: Научный центр волоконной оптики РАН (НЦВО РАН) – головная организация, Санкт-Петербургский университет – научно-образовательный центр нанотехнологий РАН, Институт химии высокочистых веществ РАН (ИХВВ РАН), другие академические институты, Московский государственный университет.

Сроки реализации – 2010-2013 гг.

Ориентировочная стоимость работ: 500 млн. руб.

Проект III.6. «Оптическая шина передачи данных для высокоскоростных микропроцессорных вычислительных систем и суперЭВМ»

(Уровень: Технологии, требующие дополнительных исследований)

1. Суть проблемы.

Быстродействие вычислительной системы в целом зависит как от быстродействия входящих в ее состав СБИС, так и от скорости обмена информацией между СБИС по шине передачи данных. Проблема межсоединений становится основным сдерживающим фактором на пути создания высокоскоростных микропроцессорных вычислительных систем, поскольку металлические проводники имеют принципиальные физические ограничения на скорости передачи данных.

Для повышения скорости обмена данных между СБИС на печатной плате предложен принципиально новый подход, заключающийся в передачи информации от одной СБИС к другой посредством оптических сигналов по диэлектрическим волноводам, образующим оптическую шину передачи данных.

2. Состояние проблемы в мире и в России

Начиная с 2000 г. исследования в области оптических межсоединений на печатных платах ведутся многими ведущими мировыми фирмами, производящими микропроцессорные системы. Среди них: IBM, Intel, Hewlett-Packard, Sun, NEC и другие. Так, в 2008 г. компания IBM представила технологию создания и прототип оптической шины со скоростью передачи данных 8 Тбит/с, получившую название «Green Optical Link». Еще одним примером является завершившийся в 2005 году европейский проект OHIDA, целью которого была демонстрация возможности интеграции высокоскоростных оптических межсоединений на основе полимерных волноводов с электрическими межсоединениями на стандартных печатных платах). В России работы по созданию и применению оптических шин передачи данных в микропроцессорных системах проводятся совместно ИПЛИТ РАН и НИИСИ РАН с 2004 года.

3. Текущее состояние разработки.

Проведены исследования по разработке научных основ и технологий создания интегрально-оптических элементов на печатных платах для высокоскоростных дата- и телекоммуникаций. К таким элементам относятся многомодовые и одномодовые волноводы, массивы волноводов, волноводные разветвители и направленные ответвители, интерферометры Маха-Цендера, узкополосные частотно-селективные брэгговские фильтры и т.п.

Для создания волноводов используются новые фторсодержащие полимерные материалы, обладающие улучшенными оптическими характеристиками и совместимые с технологией производства печатных плат.

Изготовлены образцы многомодовых полимерных волноводов на печатной плате. Волноводы имеют длину 100 мм, поперечные размеры 50  50 мкм, расстояние между волноводами 200 мкм.

4. Краткое описание предлагаемой технологии.

Целью проекта является разработка технологии и создание прототипа полимерной оптической шины на печатной плате для высокоскоростных микропроцессорных вычислительных систем.

Будет разработана технология формирования больших массивов прямых и изогнутых волноводов (до 64 волноводов) с поперечным размером 50  50 мкм при расстоянии между волноводами 50 мкм, что обеспечит повышенную степенью интеграции волноводов, скорость передачи данных до 1.28 Тбит/с.

Разработка полимерных материалов и создание технологии формирования полимерных волноводов на печатных платах для телекоммутационных диапазонов длин волн вблизи 1.3 и 1. 55 мкм. Разработка технологии формирования массивов полимерных волноводов внутри многослойной печатной платы. Разработка методов стыковки массивов полимерных волноводов с линейками вертикально излучающих лазеров и фотоприемников.

Разработка методов изготовления элементов пассивных оптических сетей (ПОС) на печатной плате.

5. Ожидаемый эффект.

Реализация предлагаемого проекта позволит перейти к созданию микропроцессорных систем и ЭВМ, в том числе суперЭВМ нового поколения с оптическими шинами передачи данных на печатных платах. Переход от обычных электрических шин в ЭВМ к оптическим шинам позволит значительно повысить быстродействие микропроцессорных вычислительных систем, снизить размеры и вес, обеспечить повышенную надежность и помехоустойчивость работы радиоэлектронной аппаратуры.

6. Состав организаций-исполнителей

Институт Проблем Лазерных и Информационных Технологий (ИПЛИТ РАН), Научно-Исследовательский Институт Системных Исследований (НИИСИ РАН), Институт Химической Физики РАН, ИСОИ РАН, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, НПК «Технологический Центр» МИЭТ.

7. Сроки реализации: 2010 – 2013 гг.

8. Ориентировочная стоимость работ: 200 млн. руб.

Предложения по участию РАН в формируемых проектах по перевооружению предприятий атомной энергетики, авиационной, ракетно-космической и автомобильной отраслей на основе суперкомпьютерных технологий

Проект III.7. «СуперЭВМ на отечественной элементной базе для машиностроительных предприятий и системы инженерного образования»

(Уровень: Технологии, готовые к практическому применению).

1. Цели проекта

1.1. Создание импортозамещающего семейства типовых аппаратно-программных комплексов на базе отечественных суперЭВМ производительностью 1-5 Тфлопс и программного обеспечения для имитационного моделирования сложных инженерных систем, разрабатываемого РФЯЦ-ВНИИЭФ, институтами РАН и ВУЗами, как повседневного инструмента основной массы конструкторов и технологов, предназначенного для проведения многовариантных модельных расчетов с целью получения оптимальных конструкторских и технологических решений, а также как основного технического средства подготовки инженеров машиностроительного профиля в технических университетах и ВУЗах.

1.2. Парирование существующей угрозы конкурентоспособности отечественного машиностроения на мировых рынках в 21 веке, вследствие полной его зависимости в части суперкомпьютерных технологий от поставок зарубежных компаний.

1.3. Увеличение доли внутреннего рынка в общем объеме производства отечественных производителей микроэлектронных компонентов и финишного электронного оборудования.

1.4. Создание семейства отечественных аппаратно-программных комплексов производительностью 5-10 Тфлопс, конкурентоспособных в наиболее быстро растущей нише мирового рынка массовых суперЭВМ производительностью до 10 Тфлопс (в 2007г: объем продаж 11.4 млрд. $, годовой прирост объема – 23%). Конкурентные преимущества отечественного семейства: наработка на отказ не менее 6000 часов, офисные условия эксплуатации и обслуживания, комплексная поставка и сопровождение суперЭВМ и прикладного программного обеспечения.

2. Суть проекта

Основа семейства отечественных суперЭВМ - базовый вычислительный блок производительностью 1 Тфлопс, энергопотреблением не более 1 Ква, наработкой на отказ не менее 6000 часов, не требующий специального обслуживания. В типовую стойку может быть смонтировано от 1 до 5