"Флоту нужен современный дизель!" (Часть 2)

Мотор НАМИ 2.2 L4 номинальной мощностью 245 л. с., созданный в рамках проекта Единой модульной платформы / Иллюстрация: ФГУП "НАМИ"

– Дмитрий Олегович, вы принимали участие в создании двигателя в рамках проекта Единой модульной платформы ("Кортеж")…

– По понятным причинам не могу много говорить про ЕМП, но уверен, что это очень важный и в инженерном смысле успешный проект. В рамках работы над ним ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ" создал уникальную систему цифрового проектирования такого сложного технического объекта, как автомобиль. По сути, на этом проекте было подготовлено целое поколение молодых инженеров. НАМИ активно привлекал к работе над проектом вузы, в частности, нам было поручено разработать перспективное семейство ДВС, унифицированное с базовыми двигателями проекта ЕМП. Мы успешно завершили работу на уровне эскизного проекта и передали результаты в НАМИ. Как продолжение, коллеги из НАМИ разработали ДВС L4, опытные образцы которого сейчас проходят испытания. Эти двигатели могут прийти на смену ДВС производства ЗМЗ и УМЗ и устанавливаться на продукции "Группы ГАЗ" и "Соллерс" (совокупный объем 100 тыс. штук в год).
 

Онищенко Д. О., д.т.н., профессор МГТУ им. Н. Э. Баумана, глава Ассоциации развития поршневого двигателестроения

– Есть ли морские перспективы у двигателей, созданных в рамках проекта Единой модульной платформы?

– Если говорить про бензиновые ДВС, то вряд ли у них есть перспектива применения для морских и речных объектов. Флоту нужен современный дизель! Хотя в рамках развития межвузовской студенческой инженерно-технологической корпорации есть идеи использовать прототипы двигателей ЕМП для опытных образцов скоростных катеров, которые будут проектировать и изготавливать студенты различных вузов (эта идея является аналогом известного международного студенческого соревнования "Формула-студент").

Кстати, эту идею поддерживают представители Главного командования ВМФ, в рамках этого проекта к проектированию и участию в самих соревнованиях можно было бы подключить студентов военно-морских училищ. С другой стороны, используя некоторые базовые компоненты и существующие технологические цепочки, можно организовать производство современных высокооборотных дизелей, которые будут интересны и автопрому, и могут иметь применение на скоростных катерах в качестве основной энергетической установки и в качестве дизель-генераторных установок на более крупных кораблях. В таком виде у двигателей проекта ЕМП, безусловно, есть морская перспектива.

– Китайский рынок судовых двигателей, по сути, монополизирован сегодня двумя государственными судостроительными компаниями. Стоит ли ОСК пойти по этому пути и создать серьезного игрока рынка судовых энергетических установок в России?

– Насколько мне известно, в настоящее время ОСК не планирует заниматься вопросами производства судовых энергетических установок, при этом уровень компетенций руководства компаний крайне высокий, и я не могу сомневаться в правильности принятия решений. Менеджмент ОСК отлично разбирается в специфике отрасли и принимает решения, которые эффективны в данный момент времени. Кстати, если говорить о руководстве корпорации, то президент ОСК Алексей Львович Рахманов, будучи заместителем министра промышленности и торговли, был инициатором создания Координационного совета по развитию поршневого двигателестроения, став его председателем. Именно он поставил задачу перед советом о необходимости разработки стратегии развития отрасли поршневого дизелестроения, которая была выполнена, в том числе и с помощью специалистов предприятий, входящих в состав ОСК.

Это один из немногих примеров, когда отраслевую стратегию разрабатывало сообщество, в состав которого входили представители производителей двигателей и их компонентов, профильных прикладных НИИ, фундаментальных институтов РАН, высшей школы, министерства обороны и министерства промышленности и торговли. В настоящее время Координационный совет, по сути, реорганизовался в Совет старейшин отрасли поршневого двигателестроения, в состав которого вошли бывшие главные конструкторы, заслуженные деятели науки, представители высшей школы и академического сообщества. И сейчас на мнение старейшин во многом ориентируется рабочая группа НТС ВПК по проблемным вопросам развития технологий перспективных поршневых двигателей для авиационной, морской и наземной техники. Кстати, именно Совет старейшин стал инициатором создания Межвузовской студенческой инженерно-технологической корпорации, и, опираясь на мнение совета, РГ НТС ВПК включила создание данной структуры в план своей работы.

– Вы возглавили Ассоциацию развития поршневого двигателестроения осенью прошлого года. Кого она объединяет и какие задачи ставит перед собой?

– В настоящее время ассоциация является юридической площадкой для деятельности Совета старейшин отрасли. Строго говоря, именно представители Совета старейшин и приняли решение об учреждении данной ассоциации. Мы очень рассчитываем, что в ее состав войдут все производители поршневых двигателей и компонентов и основные потребители ДВС. Ассоциация должна вырабатывать стратегию развития отрасли и практические рекомендации для органов власти в интересах отрасли и нашей страны.

Примеры успешной работы подобных объединений имеются: "Алюминиевая ассоциация" смогла скоординировать работу производителей и потребителей алюминия и получить комплексную государственную поддержку. Теперь наступила очередь двигателестроения.

– Какими тенденциями характеризуется мировой рынок судовых поршневых двигателей? Что будет происходить в этом сегменте в ближайшие 5-10 лет?

– Очевидно, что перспективные разработки производителей двигателей и ведущих инжиниринговых компаний направлены на снижение расхода топлива, улучшение экологических показателей, увеличение срока службы и межсервисных интервалов. Разумным решением является тренд на снижение стоимости жизненного цикла энергетической установки, но в реальности мы получаем современный высокотехнологичный двигатель, который стоит дороже, и стоимость сервисного обслуживания которого за весь срок эксплуатации может быть сопоставима с ценой самого двигателя.

По всей видимости, в ближайшей перспективе необходимо будет использовать современные технологии по управлению стоимостью жизненного цикла, к которым можно отнести и создание цифровых двойников энергетической установки, и пересмотр критериев эффективности. Так, известно, что на корабле необходима генерация трех видов энергии: механической, тепловой и электрической. При этом очевидно, что диапазон баланса генерации этих видов энергии может быть достаточно широк и зависит от внешних граничных условий и параметров движения корабля.

Все эти виды энергии должны генерироваться с максимальным коэффициентом использования теплоты. Таким образом, энергетическая установка будущего должна быть комбинированной, оснащенной дополнительными системами утилизации тепловой энергии, например, термоэлектрогенераторами, и крайне важно иметь возможность менять тепловой баланс в заданных диапазонах с максимальной эффективностью. С таким подходом основной критерий эффективности в виде удельного эффективного расхода топлива или эффективного КПД нуждается в корректировке.

– Какие заметные изменения произошли в сегменте судовых двигателей в последние годы? 

– Если говорить об организационной составляющей, то на рынке появились новые, в основном, китайские производители. Вновь отмечу европейский проект "Геркулес": в результате совместной работы ведущих дизелестроительных компаний Германии, Финляндии, Швейцарии, Австрии и других стран был создан новый прекрасный судовой дизель, а точнее даже семейство перспективных дизелей. Следует отметить, что  данный проект частично финансировался фондами Евросоюза.

– Сегодня появляется все больше судов с гибридной силовой установкой. Как вы оцениваете их перспективы?

– Гибридизация сегодня является общим трендом для всех типов транспортных средств: и водных, и наземных, и воздушных. Это связано, в основном, с общей гибкостью гибридной энергетической установки по сравнению с традиционной с точки зрения обеспечения максимальной эффективности и снижения токсичности на различных режимах работы. Так, например, по экспертным оценкам к 2050 году более 40% автомобилей будут произведены с гибридными силовыми установками. В авиации также серьезно развивается направление, связанное с применением электроприводов движителя, это обусловлено, прежде всего, возможностью использовать электромашины с повышенной удельной мощностью и размещать их на определенном расстоянии от фюзеляжа – таким образом открываются перспективы развития конвертопланов, которые одновременно сочетают в себе достоинства и самолета, и вертолета.

Очевидно, что гибридные силовые установки займут свою нишу и в водном транспорте. Насколько мне известно, ОСК планирует с 2025 года более половины гражданских судов закладывать именно с гибридными силовыми установками. Хотя именно в корабельных и судовых энергетических установках имеется определенная специфика в виде "масштабного фактора" – высокая мощность, необходимая для привода винта (в сравнении с автомобильными ЭУ), обязывает переходить на более высокие напряжения и снижать внутреннее сопротивление проводников (вплоть до использования явления сверхпроводимости). Таким образом, разработка перспективных высокомощных гибридных энергетических установок для флота является крупной научной задачей, и у нас в стране есть все предпосылки для ее эффективного решения.
 

Катер "Виктор Воротыло" проекта ST23WIM-H с гибридной силовой установкой / Корабел.ру

– В России практически не используются судовые дизельные генераторы с частотным регулированием, способные подстраиваться под нагрузку, а значит экономить топливо и ресурс ДВС. Изменится ли ситуация?

– Частотное регулирование – это, действительно, перспективное направление. Оно позволяет использовать существующие, хорошо откалиброванные автомобильные или индустриальные дизели путем работы по внешним и частичным скоростным характеристиками с максимальной эффективностью, обеспечивая необходимую генерацию электрической энергии. Появляется многорежимность, а именно: возможность работы на разных оборотах с выделением различной тепловой мощности, которую можно использовать для обогрева инфраструктуры корабля, повышая тем самым общий коэффициент использования теплоты.

В нашей стране существуют предприятия, которые производят электрические машины: это и "Русэлпром", и "Электромашина". В вузах и прикладных НИИ есть соответствующие компетенции для разработки частотных регуляторов. Дело за малым – обеспечить взаимное сотрудничество разработчиков и производителей.

– Многие эксперты говорят о сжиженном газе как промежуточном варианте при переходе от традиционных видов судового топлива к водороду. А каким представляется этот переход от настоящего к будущему вам?

– Природный газ, безусловно, имеет определенные преимущества, и существует два вида его утилизации: конвертация дизеля на газообразное топливо с применением искрового зажигания и с запальной дозой дизельного топлива. В первом случае мы имеем проблемы с увеличением удельного расхода топлива и некоторым снижением ресурса в случае сохранения уровня удельной мощности при использовании традиционного топлива. Во втором – возникает зависимость, связанная с необходимостью наличия сразу двух видов топлива: традиционного и природного газа.

Водород, безусловно, имеет колоссальные преимущества как с точки зрения использования его в поршневых двигателях, так и с точки зрения возможности использования в топливных элементах. Он обладает в два с половиной раза большей энергоемкостью по сравнению с традиционными типами топлива, а его использование в "водородном дизеле" позволяет существенно поднять индикаторный КПД, благодаря более эффективной характеристике тепловыделения. Но, безусловно, есть серьезные недостатки.

Во-первых, это проблема хранения на борту транспортного средства и необходимость глобальной перестройки инфраструктуры хранения в портах и на базах ГСМ. Сжиженный водород требует применения криогенного оборудования, а физически или химически связанный водород снижает энергоемкость топливной группы и требует дополнительных затрат. Во-вторых, необходимо помнить, что в чистом виде водород в нашей биосфере практически не присутствует, и у нас есть два основных способа его получения: диссоциация воды и получение из природных углеводородов.

Первый способ требует колоссальных затрат энергии, и в этом случае водород фактически не является топливом, а превращается в некий накопитель химической энергии. А во втором также необходимо нести определенные энергетические затраты, и при этом мы получаем оксиды углерода, частично диссипируя химическую энергию ископаемого сырья.

Интересным вариантом развития событий будет использование универсального, с точки зрения используемого сырья (природный газ, нефть, каменный уголь, и даже ТБО), синтетического моторного топлива, имеющего стабильную химическую структуру и заданную теплоту сгорания, примером такого топлива может быть OME. Исходя из его свойств, возможно так настроить рабочий процесс во всем диапазоне работы ДВС, чтобы индикаторный КПД был максимальным при минимизации концентрации вредных веществ в отработавших газах.  Кроме того, подобный подход позволит решить проблему доставки топлива в труднодоступные регионы.

Например, оно может вырабатываться в Арктике из природного газа, месторождения которого считаются одними из крупных именно в Арктической зоне. Такое топливо может быть еще интересно тем, что при определенных условиях становится возможным управление характеристикой тепловыделения, а значит, в определенных диапазонах и тепловым балансом, а это, как было озвучено выше, является очень перспективным направлением.

– Чем вызван всплеск интереса к аммиаку?

– Это связано со стремлением снизить удельные выбросы углекислого газа. Честно говоря, считаю, что это проблема немного надумана, так как по словам академика Вернадского, "процессы окисления и восстановления углеводородов – самые естественные процессы для нашей биосферы", и если в каком-либо локальном месте наблюдается рост концентрации СО₂, то это приводит к бурному росту растительности, которая в результате процессов фотосинтеза выравнивает баланс. Но подход, связанный со стремлением снизить содержание атомов углерода в исходном топливе путем применения аммиака не единственный. В ИВТАН РАН прорабатывался вопрос о применении ацетилена в качестве моторного топлива путем генерации из него чистого водорода и выпадения осадка в виде чистого углерода.

– Каковы перспективы использования газовых двигателей в России на речных и каботажных судах?

– Перспективы серьезные, программа государственной поддержки использования газообразного моторного топлива действует, и многие предприятия планируют "газифицировать" свои суда. Существуют проекты постройки заправочных комплексов вдоль основных водных артерий нашей страны. Думаю, что это хорошее начинание и это первый шаг к переходу на синтетическое моторное топливо.

– Вы ратуете за беспилотный автотранспорт, а каково ваше отношение к автономным океанским судам?

– Думаю, что будущее за беспилотниками. Разработка подобных транспортных средств требует привлечения широкого круга специалистов и является крайне интересной научной задачей. Надеюсь, подобные проекты будут выполняться в нашей стране с привлечением Межвузовской студенческой инженерно-технологической корпорации, одной из целей которой является апробация интересных идей, возникающих в светлых головах будущих специалистов, и непосредственная подготовка кадров.

– Что означает термин "цифровизация" для судовых двигателей? 

– Прежде всего, это создание цифрового двойника двигателя, который позволяет моделировать работу двигателя в составе корабля, оптимизировать рабочие процессы, а также выбирать необходимые материалы и технологии изготовления базовых компонентов, снижая стоимость жизненного цикла, повышая надежность и обеспечивая эффективную модернизацию семейств ДВС.

– Получит ли продолжение идея Всероссийского форума двигателестроителей? 

– Безусловно, он смог в очередной раз объединить всех производителей и потребителей двигателей по более чем 10 направлениям. По результатам форума прошло совещание в ГНЦ РФ ФГУП "НАМИ", в рамках которого решения форума были переданы представителям Министерства промышленности и торговли. Мы планируем организовать ежегодное проведение данного форума.

Мы продолжаем дискуссию на тему ДВС для российского флота и предлагаем всем заинтересованным сторонам присоединиться к ней. Оставляйте свои комментарии под статьей – нам интересно ваше мнение.

Материалы по теме:
"Флоту нужен современный дизель!" (Первая часть интервью с Онищенко Д. О., д.т.н. профессором МГТУ им. Баумана, главой Ассоциации развития поршневого двигателестроения).
Чего стоит ждать от российского дизелестроения? (Интервью с авторитетным экспертом д.т.н. Рыжовым В. А., с 2001 по 2017 гг. – главным конструктором по машиностроению "Коломенского завода").
Чего стоит ждать от российского дизелестроения? (Часть 2)  (Интервью с д.т.н. Рыжовым В. А.)
Как создают судовые дизели в Китае? (Интервью с главой продаж судовой техники компании Weichai Бянь Чжуаном).
"На фоне санкций сейчас идет очень сильный передел рынка двигателей" (интервью с заместителем генерального директора "АВТ Моторс")
"В России двигателестроение - мертво" (интервью с главой компании Perpetuum-Mobile)
"Двигателестроительные заводы России могут удовлетворить все потребности наших флотов" (интервью с замдиректора предприятия "Волжский дизель")
"КМЗ готов серийно производить судовые двигатели!" (статья о перспективном производстве судовых двигателей коллективом КМЗ)
"Только государство может помочь отечественному судовому двигателестроению" (интервью с заместителем директора по коммерции Алтайского завода дизельных агрегатов)
Перемены на заводе "ЗВЕЗДА" - дождутся ли корабли своих двигателей? (статья о переходе завода "ЗВЕЗДА" под контроль группы "Синара")
"Нет никаких прототипов, двигатель абсолютно новый" (интервью с бывшем гендиректором ПАО "ЗВЕЗДА")
Обошлись без Германии (о замене немецких двигателей MTU отечественными М470)
Дизелестроение сегодня. А завтра? (о проблемах отечественного дизелестроения)
Столкновение с неизвестным. Как "ОДК-Сатурн" разрабатывал новые морские двигатели (интервью с главным конструктором ОДК "Сатурн")
Какие новинки готовит "Русэлпром"? (интервью с главным конструктором компании "Русэлпром")
"Доля импортных двигателей на российских судах снижается" (интервью с главой дирекции по судовой электромеханике ООО "ТД "Русэлпром")