Зерновозы и водород

– Дмитрий Олегович, как возникла задача строительства зерновозов проектов 16040 и 17060?

– Благодаря активной деятельности Министерства сельского хозяйства наше государство вышло на лидирующие позиции по экспорту зерна. Появилась необходимость перевозить его морскими путями, и было решено создавать российские балкеры, отвечающие мировым стандартам. Министерство совместно с компанией АО "Росагролизинг" организовало работу по согласованию технического задания на суда, которое должно было устроить организации, занимающиеся перевозкой зерна и имеющие большой опыт эксплуатации зерновозов.

После подготовки технического задания АО "Росагролизинг" объявило конкурс на проектирование балкеров. Требования к ним предъявлялись серьёзные, и, учитывая, что в Российской Федерации подобные суда не проектировались, задача перед конструкторами стояла сложная.

– Что помогло КГНЦ реализовать технические проекты зерновозов?

– Считаю, что только Крыловский центр с ЦКБ "Балтсудопроект" могли оперативно выполнить эту работу, особенно учитывая тот факт, что проектировать суда нужно было под обновлённые требования "Общих правил по конструкции и прочности навалочных и нефтеналивных судов" (далее – правила МАКО).

Кроме ЦКБ "Балтсудопроект" в Крыловский центр входят еще две структуры, необходимые для проектирования судов. Это третье отделение – отделение прочности, в своё время оно участвовало в разработке правил МАКО и является, пожалуй, единственной структурой в стране, способной реализовать весь сложнейший и значительный объём работ прочностных расчётов с учётом заданных сроков. Наше второе отделение отлично разбирается в тематике корпусных обводов, оно выполняло модельные испытания и оптимизацию обводов корпуса. ЦКБ "Балтсудопроект" обладает большим опытом проектирования судов различных типов. Оно интегрировало в технические проекты балкеров все наработки отделений. Исторически сложилось так, что конструкторское бюро во времена СССР специализировалось на проектировании крупнотоннажных судов. Костяк бюро удалось сохранить.

Более того, мы постоянно работаем над привлечением молодых специалистов. Стараемся привлекать специалистов среднего возраста, студентов. Чтобы конструкторы росли, нужны сложные проекты, и не просто проекты, а живые, которые идут в строительство. Руководители бюро очень хорошо это понимают и постоянно организовывают поездки специалистов на те или иные суда – как строящиеся, так и находящиеся в эксплуатации. Конструкторы общаются с экипажами, чтобы реально представлять особенности эксплуатации того или иного судна.

– Балкер – все же не авианосец...

– Это кажущаяся простота. Требования МАКО накладывают огромную ответственность на проектанта по выполнению тех или иных расчётов. К примеру, судно должно соответствовать  определенному индексу EEDI. Берётся класс судна, его характеристики, и определяется некий требуемый (предельный) конструктивный коэффициент энергоэффективности, который нельзя превышать. Потом задействуется формула, учитывающая характеристики проектируемого судна: дедвейт, скорость, расход основной и вспомогательной энергетической установки, и высчитывается второй коэффициент – достигнутый. Если он ниже требуемого, все прекрасно, судно проходит, если выше — приходится заниматься оптимизацией. Мы успешно выполнили расчёт EEDI для обоих балкеров.

– Сразу удалось выйти на заданные параметры судов?

– С первого раза получить нужные характеристики не удалось, но проведённая нами работа позволила оптимизировать результаты и удовлетворить заказчика с точки зрения хода и грузовместимости. Удалось уложиться в предписанные контрактом сроки благодаря тому, что у нас работают ведущие специалисты как по вопросам прочности, так и гидродинамике, и корпусу. Никакое другое отечественное проектное бюро, наверное, не имеет такого количества высококлассных специалистов, объёма знаний и вычислительной техники.

– Безусловно, Валерий Шапошников – авторитетнейший прочнист...

– Да, это большая величина. Валерий Михайлович является, пожалуй, лучшим специалистом, как и его коллектив, способным решать фактически любые прочностные задачи в современном судостроении. В проекте была задействована вся вычислительная мощь Крыловского центра. Для понимания масштаба работ: только одна часть расчётов по двум балкерам составила около 3000 листов, по которым РС выдал положительное заключение. Не знаю, кто ещё так быстро и уверенно справился бы с подобной задачей.

Второе и третье отделения проделали огромную итерационную работу по оптимизации балкеров. Она была направлена на снижение массы корпуса и увеличение дедвейта судов с одновременным обеспечением заданных размерений, осадки и скорости. Это должно уменьшить сроки окупаемости судов. Полученные результаты впечатляют. Дедвейт балкеров составил около 42 000 и 65 000 тонн.

Характеристики судов были подтверждены в ходе модельных испытаний в бассейнах нашего предприятия. Тот объём, те плотности грузов, которые заказчик нам заказал, перевозить мы сможем. Конечно, если бы плотность грузов была поменьше и требовалось возить только зерно, балкеры могли бы получиться ещё легче. Но понятно, что обратный путь порожнём никому не интересен. И эту требование заказчика мы реализовали.

– Были и дополнительные задачи по энергоэффективности?

– Да, мы провели расчёт режима энергоэффективности по требованию ИМО. Это достаточно сложная и интересная оптимизационная работа, связанная со многими составляющими, включая прочность, массу корпуса, оптимизацию его обводов. Решить её нам удалось благодаря различным конструктивным решениям, в том числе применению специально разработанного винта.

– Скруббер задействовали?

– Скруббера на судах нет, они будут использовать низкосернистое топливо, а для очистки от NO_x задействовать катализатор. Это сделано с запасом на будущее, чтобы эксплуатант не испытывал сложностей при ещё большем ужесточении правил энергоэффективности.

– Какое судовое оборудование планируется использовать?

– Заказчик ставил задачу максимально задействовать российское оборудование. Мы эту задачу выполнили. Информация представлена в АО "ОСК", чтобы они могли ориентироваться на то видение, которое сформировал Крыловский центр. Мы использовали принцип универсальности применения нового технического оборудования, чтобы заказчик на последующих стадиях мог вносить изменения.

Допустим, захочется одному из грузоперевозчиков внести какие-то изменения в крановое оборудование, чтобы ускорить загрузку-выгрузку, либо сделать большой вылет стрелы крана – никаких проблем с этим не возникнет. Мы предусмотрели подобное решение. Корпуса судов позволяют без ущерба полезному объёму груза разместить любое крановое оборудование сопоставимого класса.

– Насколько комфортно было работать над проектом?

– Опыт работы с Министерством сельского хозяйства Российской Федерации и АО "Росагролизинг" очень положительный. Коллеги внимательно прислушивались к проблемам, возникавшим в процессе проектирования, изучали их и оказывали содействие. Это дорогого стоит. Сразу была создана рабочая группа, в которую вошли представители министерства и компаний-перевозчиков. Регулярно проводились видеоконференции, обсуждались те или иные технических вопросы. Это во многом и позволило нам своевременно выполнить работу и получить требуемые результаты.

Мы напрямую общались с представителями компаний-экспортёров, имевшими опыт работы на балкерах. Они профессионально отвечали на все наши вопросы. Одна из компаний даже организовала экскурсию по своему балкеру, чтобы мы могли ознакомиться с техническими и эксплуатационными нюансами. Это привело к тому, что на защите проекта по основным параметрам судов вопросов почти не возникло. Лишь одна из компаний выдвинула пожелание внести в проект на стадии РКД небольшие корректировки, не влияющие на общие характеристики судов.

– Каковы основные характеристики балкеров?

– О дедвейте я уже говорил, у балкера проекта 17060 он составляет около 65 000 тонн, у проекта 16400 - около 42 000 тонн. Полная скорость хода у судов одинаковая — около 13,5 узлов. Длина большого балкера — 199,99 м, малого – 180 м, ширина одинаковая — 32,26 м. Это были изначально заданные характеристики.

– По мнению Олега Шуляковского, многие годы возглавлявшего Балтийский завод, себестоимость строительства судна во многом определяется конструкторскими решениями. Важно, чтобы проект максимально учитывал технологические возможности верфи...

– Все верно. Самые сложные места балкеров – это носовая и кормовая оконечности, а середину мы изначально старались сделать унифицированной, чтобы можно было задействовать при её производстве автоматизированную линию. Подобные запросы озвучивают многие верфи, и мы заложили резерв в техпроектах, который позволит на стадии РКД это реализовать и максимально снизить трудоёмкость. Линии по выпуску плоских секций на наших заводах, на счастье, есть. Что касается себестоимости, то мы старались оптимизировать корпус в части металлоёмкости.

– В России существует проблема перекатки стали из-за толеранса, поле допуска по толщине несимметричное. Интервал в минус, если не ошибаюсь, составляет 0,1 мм, в плюс - 1 мм. Поэтому суда одного проекта, которые строятся, например, в Турции, как правило, получаются более лёгкими, чем наши...

– Очень интересный вопрос. В состав Крыловского центра входит отраслевой институт по стандартизации "Лот", думаю он может поработать над нормами при соответствующем обращении. Конечно, это должна быть совместная работа и государственных органов, и Крыловского центра, и предприятий, которые занимаются изготовлением проката. Одновременно необходимо отметить, что обычно данный допуск при прокате на предприятии используется в сторону уменьшения толщины, поэтому здесь, скорее, вопрос в нормативах отечественных и иностранных.

– Уже ясно, кто будет строить балкеры?

– Оставил бы этот вопрос специалистам ОСК. У Крыловского центра, к сожалению, нет судостроительных мощностей. Мы поделились с заказчиком видением, каким образом можно организовать подобный процесс. На мой взгляд, это должна быть кооперация предприятий, потому что заказчик ставит достаточно жёсткие сроки реализации проектов. Но ОСК более компетентно в данном вопросе, думаю, они эту задачу и решат.

– Переключимся на другую тему. Какие перспективы у топливных элементов?

– Весьма многообещающие. Совсем недавно мы подписали соглашение с нашими друзьями и партнёрами из "Ак Барса" о взаимном продвижении судов на водороде на озере Байкал. Вопрос экологической безопасности самого большого пресноводного озера в мире стоит очень остро, а водород не оказывает никаких негативных воздействий на экологию. Уверен, это направление будет развиваться.

– Какие основные проблемы предстоит решить?

– Во-первых, существует вопрос получения водорода. Крыловский центр в своё время занимался его генерацией не с помощью электролиза (это неэффективно), а посредством других технологий, например, реформинга – из природного газа и т.д. Прототипы установок у нас сохранились. Во-вторых, вряд ли кто-то ещё сделает сегодня в России водородную энергетическую установку на базе отечественных комплектующих.

Мы потратили много времени с коллегами из компании "СатИЗ" (акционерное общество "Сатурн – Инструментальный Завод"), обладающими весьма высокими компетенциями по изготовлению оснастки. Они создали для нас уникальные штампы размером 500 х 240 мм с огромным количеством каналов для протекания. Точность высочайшая – сотые и тысячные доли миллиметра. С такой задачей могут справиться только очень высокотехнологичные предприятия. Ведь нужно создать пластины из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм, неплоскостность которых – пять сотых на всю длину пластины и которые не должны порваться. Работа уникальнейшая. И штампы – это только один из этапов процесса создания топливного элемента установки.

Затем пластины собираются в наборы, в ячейки, в которых протекает электрохимическая реакция по получению из водорода электричества. Повторюсь, не знаю, способен ли кто-то ещё в России реализовать подобное. Это раз. Во-вторых, огромный объём работ был проведён не только с точки зрения проектирования самого катера для Минпромторга России (ЦКБ "Балтсудопроект" сделало проект достаточно быстро, а коллеги из "Ак Барса" оперативно построили катер), а с точки зрения создания нормативной документации. До определённого момента документация по принятию подобных водородных судов в России отсутствовала. В кооперации с Крыловским центром Регистр выпустил такие документы, и сейчас уже можно обеспечить принятие судна на соответствие правилам Регистра. Это вторая задача, которая решалась в рамках проекта.

Третий важный пункт — поиск тех или иных контрагентов, способных сделать заправочную станцию для подобного катера, обеспечить газобаллонную и аккумуляторную системы. Есть некий резервный аккумулятор, который обеспечивает как работоспособность самой батареи, так и длительную работу на достаточно высокой мощности.

В ближайшее время мы работу по созданию водородной энергетической установки завершим. С точки зрения удельной мощности установки, мы достигли даже более высоких параметров, чем предполагалось, причем с первого раза, и это очень радует.

– Большие суда на водороде – это реально?

– В своё время мы прорабатывали вопрос применения топливных элементов на больших судах, но тут требуется, конечно, очень серьёзнная дальнейшая технологическая разработка этого процесса. Я упомянул толщину листа 0,1 мм абсолютно не зря. Ранее, когда ещё не было новых штампов, нам удавалось формировать пластину толщиной 0,2 мм. Естественно, толщина батареи была вдвое больше. Сейчас толщина уменьшилась, и есть резерв к дальнейшему уменьшению размера.

Мы сможем получить любую мощность масштабированием самой батареи. Это не столь сложная проблема. Скорее, препятствием станет вопрос хранения водорода. Баллоны со сжатым водородом не совсем целесообразно возить на себе, но у Крыловского центра есть интересные наработки по хранению водорода в связанном виде. Это и безопасно, и позволяет достичь достаточно большой плотности хранения. Конечно, для создания промышленного образца батареи Крыловскому центру потребуется глубокая научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа.

– Каков КПД такой установки?

– 55%. У дизеля, если помните, КПД составляет 40-42%. Если мы освоим в промышленных масштабах реформинг, то водородное топливо станет достаточно дешёвым, сопоставимым по цене с дизтопливом. Хранение водорода в связанном виде позволит уменьшить объём ёмкостей для его хранения и увеличить взрывобезопасность. Такие наработки в Крыловском центре тоже есть, мы делали такие баллоны. Институт Фраунгофера несколько лет назад анонсировал новый вид хранения водорода - водородную пасту. Достаточно разбавить её водой, и начинается активное выделение связанного водорода.

– Бизнес проявляет интерес к вашим наработкам?

– После завершения испытаний водородного катера с партнёрами из "Ак Барса" мы надеемся на развитие этого направления. К водородной энергетике проявляют большой интерес не только судостроители или организации, которые занимаются экологией, но и машиностроители. Этой тематикой активно интересуется "Камаз". Вы, наверно, знаете, что "Хёндай" пытался открыть завод по производству автомобильных двигателей на водородном топливе в Петербурге. В силу текущей ситуации эти планы не были реализованы, но это очень яркий показатель заинтересованности бизнеса.

Чтобы переходить к вопросу серийного производства, потребуется решить те задачи, которые я уже упомянул – по хранению, генерации водорода и развитию нашего опытного производства до производственных мощностей по серийному выпуску батарей, потому что опытное производство, конечно, не позволит обеспечить достаточно интересную с точки зрения бизнеса себестоимость и серийность.