Как "традиции" мешают развитию электродвижения на флоте?

Судовая безредукторная газотурбинная многотопливная электростанция мощностью 1 МВт / ООО "НПК "Энергодвижение"

– На мой взгляд, повышенное внимание к системам электродвижения обусловлено их экономичностью, экологичностью, гибкостью и эластичностью в управлении.

– Ведущие японские корпорации решили построить полностью электрический 62-метровый танкер-бункеровщик. Потенциал национального рынка электросудов они оценили в семь тысяч штук. Вы разделяете этот оптимизм? Какие типы судов могут в обозримой перспективе полностью перейти на электродвижение?

Клинцевич В. Ю., генеральный директор ООО "НПК "Энергодвижение"

– Оптимизм разделяю, но вряд ли речь будет идти о семи тысячах 62-метровых судов. То, что японцы в ближайшее время построят и будут эксплуатировать большое количество различных судов с электродвижением, сомнения не вызывает.

Если говорить о типах… Электродвижение настолько гибкий инструмент, что его можно использовать в любых типах судов и кораблей вне зависимости от размеров. Единственное, где могут возникнуть сложности – маленькие мощные скоростные катера, каждый килограмм которых имеет значение. В данной сфере, как и в авиации, лишнее преобразование означает дополнительные килограммы, а для маленьких катеров – вес очень важен. Поэтому, как в авиации, там проще использовать схему: маленький газотурбинный двигатель – планетарный редуктор – водомет. Но есть и еще один важный момент! Если говорить о роботизированном необитаемом судне, то на нем система электродвижения будет предпочтительней, т.к. значительно упростится управление. Также следует принять в расчет использование энергии ходовых электростанций для энергоемкой "полезной нагрузки".

– Идеи, заложенные конструкторским бюро "Морская Техника" в гибридный катер проекта ST23WIM-H, понятны. При номинальных режимах движения используется дизельный двигатель, когда требуется мощность поменьше – судно движется на батареях. Это повышает энергоэффективность катера и экономит ресурс ГД…

– Эта гибридная система уже применяется на земле в электромобилях, энное количество лет назад мы проектировали такую систему с валогенератором. Это электрическая машина, которая стоит на главном валу и работает как генератор для питания собственных нужд и заряда аккумуляторов, а также как двигатель для обеспечения движения судна при выключенном главном двигателе.

Гибридная система, наверное, наиболее перспективная в наших суровых краях, по крайней мере, пока аккумуляторная промышленность не сделает шаг вперед.

– Насколько система электродвижения удорожает судно и сколько позволяет экономить топлива?

– Гибридная схема, действительно, увеличивает стоимость судна – добавляются электрические машины, преобразователь частоты, аккумуляторы и система управления. Их цена зависит от мощности, емкости, серийности, и назвать стоимости можно лишь с привязкой к конкретным образцам. Однозначно могу сказать, что работа главного двигателя на оптимальной для него частоте вращения, а не на частоте оптимальной для генератора, увеличит срок службы ГД, а также даст экономию топлива. Движение в порту за счет аккумуляторов также сохранит моторесурс главного двигателя и уменьшит расход топлива. Не стоит забывать и про портовые взносы за загрязнение атмосферы.

– Какие схемы электродвижения сегодня наиболее популярны?

 

Гребной электродвигатель 850 кВт / ООО "НПК "Энергодвижение"

– В основном гибридная (или параллельная) схема, когда движение возможно и от двигателя (ДВС, газотурбинного или паротурбинного), и от электродвигателя. В подводных аппаратах и мелких катерах чаще применяется "прямая схема" электродвижения с питанием от аккумуляторов. На больших судах, в т.ч. ледоколах, используют "прямую схему": топливо -> двигатель (любой) -> генератор -> распределение с применением трансформаторов -> преобразователь частоты -> гребной двигатель.

Мы предлагаем и продвигаем "прямую схему" с распределением на напряжении постоянного тока. В качестве источника электроэнергии в ней используется электростанция с любым приводом и синхронный генератор с постоянными магнитами, с расположенным на нем выпрямителем. Из состава электростанции мы исключаем редуктор, это позволяет сэкономить на габаритах и увеличить ресурс. Генератор проектируется на частоту вращения двигателя – если двигатель газотурбинный, то это может быть и 24 000, и 8000 об/мин, если ДВС – 2700 и 3200 об/мин, возможны и иные варианты.

Система электродвижения высокоскоростного катера повышенной мореходности проекта 03550 / ООО "НПК "Энергодвижение"

Распределение осуществляется на постоянном токе, объединение электростанций также выполняется в звене постоянного тока, что не требует синхронизации электростанций между собой, подключение аккумуляторов осуществляется также в звене постоянного тока. Генератор и гребной двигатель проектируются под одно напряжение, что исключает применение трансформаторов. Перед гребным двигателем устанавливается инвертор. Фактически, в такой системе силовой преобразователь частоты (далее ПЧ), питающий гребной двигатель, разносится в пространстве: выпрямитель ПЧ размещается около генератора, звено постоянного тока ПЧ – это система распределения, а инвертор ПЧ размещается у гребного двигателя. В таких системах питание собственных нужд выполняется через инвертор собственных нужд и трансформатор.

– Что входит в стандартный комплект оборудования систем электродвижения?

– Источник электроэнергии – это электростанция или аккумуляторы, распределение – на переменном токе или на постоянном токе, привод – гребной двигатель, полезная нагрузка – собственные нужды или что-то иное.

– Какие типы ГД могут использоваться в таких решениях?

– Любые – двигатель внутреннего сгорания, газотурбинный или паротурбинный двигатель.

– Популярнее схемы на постоянном или переменном токе?

– В основном, применяются схемы на переменном токе, со стандартной частотой 50 Гц, системой синхронизации электростанций и трансформаторами напряжения. Системы на постоянном токе чаще используют в подводной технике.

Распределение выполненное на напряжении постоянного тока обладает рядом преимуществ, о чем мы уже неоднократно писали в отчетных материалах по различным НИР и ОКР. Такую систему мы пытаемся внедрить уже более 15 лет. При этом наши зарубежные партнеры уже реализовывали ОКР с созданием стендов и доказали ее эффективность. Мы же продолжаем бороться с "традициями" и убежденностью, что "механизм работает – не мешай ему".

– Не станем сравнивать гребной электродвигатель с постоянными магнитами с коллекторными машинами постоянного тока, а вот чем он предпочтительнее асинхронных или синхронно-реактивных машин?

– Все типы электрических машин хороши, у каждой свои плюсы и минусы, свое назначение. С точки зрения КПД, моментов, эластичности управления и прочего, наилучшим, на мой взгляд, является электродвигатель постоянного тока. Но у него есть слабое место – это коллектор. Машину с постоянными магнитами можно сравнивать с машиной постоянного тока по моментным характеристикам, эластичности управления, но у нее нет коллектора!

Машина с постоянными магнитами с момента ее изобретения наделена энергией магнитов, нет необходимости тратить энергию на ее возбуждение – вот вам первый шаг к экономичности.

– Почему некоторые серьезные компании используют для гребной электрической установки мощностью до 5-8 МВт асинхронные машины с короткозамкнутым ротором?

– Первая причина – это традиция, применяем то, что использовали ранее. Во-вторых, применяется то, что производится серийно, а значит стоит дешевле. И, наконец, существует страх дать ход новому решению, даже если это уже где-то испытанно и применяется. Хочу выразить огромную благодарность конструкторам судов, кораблей и аппаратов, которые находят в себе силы не бояться новаторских решений! Мы не можем стоять на месте, в противном случае, окажемся в хвосте прогресса.

– Энергетическая схема новых мощных российских ледоколов вызывала споры. Победили сторонники дизель-электрической модели с ВРК. Их соперники утверждали, что потери энергии в дизельной установке с ВРШ меньше, эта схема проще и дешевле. На чьей стороне истина?

– Как уже сказал ранее, каждое решение имеет свои плюсы и минусы, необходимо оценить очень много параметров, чтобы выбрать оптимальное решение. По моему мнению, ледоколы в России должны быть атомно-электрическими.

– Есть пример атомного лихтеровоза "Севморпуть", где использована паротурбинная установка с винтом регулируемого шага…

– Хороший пример, показатель того, что в и в 1980-х годах придерживались мнения, что для судов, эксплуатирующихся на севере, следует использовать атомный источник энергии. Относительно же ВРШ следует отметить, что сейчас технологии электродвижения шагнули вперед, появились доступные по цене и надежные преобразователи частоты, элементы системы распределения, появились технологии создания мощных частотно-регулируемых электродвигателей.

– Почему в России, в принципе, не очень популярны дизель-генераторные установки с регулируемой скоростью, оптимизирующие расход топлива и продлевающие срок службы ДВС? Сегодня в мире существуют уже инверторы на 15 МВт…

– Причина, наверное, в отсутствии комплексного подхода, никто не стремится использовать новые технологии. Существуют заводы, производящие дизельные ДВС, есть предприятия, выпускающие синхронные генераторы с внешним возбуждением.  На их базе создают электростанции. Судовладелец хочет "дешевое" судно, следовательно, проектировщик закладывает в проект "дешевые" электростанции. Для того, чтобы электростанция была "дешевой", используют стандартные генераторы 50 Гц. Берут серийный дизельный ДВС и серийный 50 герцовый генератор, и просто их агрегатируют между собой.

Для того же, чтобы применить регулируемую скорость у ДВС, необходимо продумать всю систему судна, применить нестандартный генератор, нестандартный выпрямитель и так далее.

– Какие типы судов в первую очередь должны оборудоваться ЭДГУ?

– На мой взгляд, все суда с электродвижением.

– Насколько сложна интеграция мощных частотных приводов в электрическую систему судна?

– Не вижу больших сложностей, если и будет сложно, то только в первый раз. Считаю, что даже при модернизации или ремонте судна за счет применения компактных газотурбинных электростанций и исключения редукторов, систему электродвижения можно вместить в машинное отделение, где раньше стоял "ДВС-редуктор-вал-винт". Возможны и иные варианты.

– Фрагмент из доклада ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова" на II Российской научно-практической конференция судостроителей в октябре 2010 г.: "…одной из главных технических ошибок в прошедшие годы была неправильная позиция в развитии корабельной энергетики. Предложения ориентироваться на отечественные разработки… в электродвижении были отвергнуты заказывающими управлениями решительно… Попытки создать электродвижение по западному образцу потерпели и будут терпеть неудачу и впредь". Что такое "электродвижение по западному образцу"? Изменилась ли ситуация сегодня?

– На Западе тоже бардак в разработках, нет устоявшейся концепции, и мощная конкуренция в подходах, но, в отличие от нас, они не жалеют денег на новые разработки. Почему "по западному образцу"? Потому, что мировые гиганты входят в российский рынок очень мощно, пробивая себе дорогу любыми инструментами. Они заинтересовывают лица, принимающие решения, скидками, сроками и "особыми условиями". Эта ситуация характерна не только для судостроения.

– Первым в мире электрическим судном была восьмиметровая лодка, оборудованная двигателем постоянного тока Бориса Семеновича Якоби мощностью 550 Вт (0,75 л.с.). Если верить историкам, она вмещала 12 человек и в 1838 году развивала на Неве скорость 4,2 км/ч. Такие характеристики реальны?

– Если взглянуть с "философской" точки зрения, то скорость течения в Неве в среднем 3-4 км/ч, т.е. лодка сама собой может двигаться со скоростью 4,2 км/ч, если плыть по течению.

С технической точки зрения это возможно, но только в идеальных условиях, на лодке водоизмещающего типа с хорошими обводами (профилем), причем, скорость должна измеряться после разгонного более чем стометрового участка. Но 4.2 км/ч – это очень мало, пешком дойти быстрее.

– Большой вес цинкоплатиновых гальванических элементов был главным препятствием на пути развития проекта Якоби. Накопители энергии и сегодня остаются главной проблемой для конструкторов. В автомобильной отрасли поставлена задача снизить стоимость киловатта мощности батареи до 100 долларов. Какими параметрами оперируют сейчас в судостроении? Как вы относитесь к планам Илона Маска снизить стоимость кВт*ч батареи вдвое?

– Да, аккумуляторная промышленность стремительно развивается, и мы все ждем, когда аккумуляторы станут дешевыми и емкими. Уже сейчас повсеместно ездят электровелосипеды, самокаты и скутеры, совсем недавно мы и подумать о таком не могли.
Лет пятнадцать назад, когда мы впервые предлагали гибридную установку для автобуса, в ходу были прогнозы о существенном скачке в сфере аккумуляторов к 2025 году, так что с нетерпением ждем. Уверен, за электродвижением будущее.

Емкость, на мой взгляд, не совсем верно оценивать в долларах, скорее стоит измерять в массогабаритных параметрах, а только потом в долларах. Планы Маска поддерживаю, и думаю, что это точно скоро произойдет.

– Ваша компания создает синхронные электродвигатели на постоянных магнитах и агрегаты на их базе. Можно ли их использовать сегодня на коммерческих судах?

– Наша компания занимается разработками и производством синхронных электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов, агрегатов и систем на их основе. Мы развиваем четыре направления. Во-первых, высокооборотные электрические машины – в первую очередь это высокооборотные генераторы, работающие в составе компактных безредукторных паротурбинных или газотурбинных электростанций.

Турбогенератор 1 МВт 24 000 об/мин / ООО "НПК "Энергодвижение"

Далее идут высокомоментные электрические машины (в т.ч. погружные) – тяговые или гребные двигатели, отличающие своей компактностью, моментными характеристиками и повышенным КПД.

Третий тип – это кольцевые электрические машины (в т.ч. погружные) – чаще всего используемые за бортом с размещенным винтом в центре ротора.

Кольцевой подруливающий двигатель-движитель 4 кВт / ООО "НПК "Энергодвижение"

И, наконец, линейные электрические машины (в т.ч. погружные) – ну, а это полезная нагрузка.

В настоящее время мы являемся разработчиком и изготовителем оборудования для подводных аппаратов (подруливающие и маршевые движители) и надводных судов и кораблей (различные привода и гребные двигатели). Для коммерческих судов мы готовы поставлять как системы электродвижения целиком, так и отдельные приводы и гребные двигатели.

За годы деятельности нами было выполнено более двадцати ОКР с созданием опытных образцов продукции, выполнено порядка десяти НИР, мы являемся разработчиком и поставщиком серийных изделий для нужд ВМФ. Наибольшими достижениями можно считать высокооборотные генераторы, позволившие создать судовые безредукторные газотурбинные электростанции 1 МВт 24 000 об/мин, 2 МВт 24 000 об/мин, 3 МВт 12 500 об/мин и 2 МВт 8000 об/мин.

Рекомендуем:

"Флоту нужен современный дизель!"


Что происходит на рынке винторулевых колонок в России?


Материалы по теме:

Туристические электропаромы начинают работать на Ниагарском водопаде