Конвейерное производство могло бы снизить стоимость оборудования минимум на 30% — Глава РЭО

Судостроение сегодня переживает энергетическую трансформацию — суда становятся «умнее», экономичнее и экологичнее, а вместе с этим меняются и требования к энергетическим системам. Преобразователи, системы накопления, интеллектуальное управление энергией — то, что еще недавно казалось сложной инженерной экзотикой, теперь становится стандартом.

«Медиапалуба» поговорила с генеральным директором компании «Русское электротехническое общество» Александром Ильинцевым о последних российских разработках в области генерации электроэнергии для судов. Заодно обсудили, как можно сделать российское оборудование более привлекательным для заказчиков на фоне предложений азиатского рынка.

П: Александр, какие решения по преобразованию энергии для судов сегодня представляет РЭО? 

— Наша компания продолжает работать над технологиями по генерации, преобразованию, распределению, накоплению электрической энергии для судостроения. Базой для большинства решений служит преобразовательная техника. На ее основе создаются источники бесперебойного питания большой мощности, системы накопления энергии, а также комплексные решения, где все это объединено в единую энергосистему.

Одна из ключевых линеек представлена силовыми модулями. Наши модули работают с различными типами тока и позволяют преобразовывать постоянный ток в переменный, а также изменять частоту и напряжение в зависимости от характеристик нагрузки. По сути, это система управления приводами — двигателями, насосами, вентиляторами и другими механизмами.

Преобразователь регулирует подачу энергии в соответствии с текущей нагрузкой, обеспечивая оптимальную частоту вращения электродвигателя и, соответственно, экономию электроэнергии. Кроме того, он позволяет запускать двигатели плавно, без пусковых токов, что особенно важно для судов с изолированной электрической сетью: такие скачки могут влиять на стабильность работы других потребителей.

Встроенные системы мониторинга и диагностики контролируют все рабочие параметры, фиксируют возможные аварийные ситуации, а микроконтроллер, выполняющий функции мини-компьютера, сохраняет данные для последующего анализа. Такая комплексная система дает возможность производить дистанционную диагностику и мониторинг работы всей электроэнергетической системы, это обеспечивается посредством нашего программного обеспечения под названием «РУМБ».

Сегодня преобразователь примерно наполовину состоит из программной части — это сложный программно-аппаратный комплекс.

П: Программное обеспечение вы разрабатываете сами?

— Да, это полностью наша разработка.

Энергетические установки

Русское электротехническое общество (РЭО)

Посмотреть 3 продукта

П: Из чего состоит такой модуль?

— В составе — транзисторные полупроводниковые блоки, драйвер и плата управления. Мы используем собственные алгоритмы управления, встроенные в драйверы и управляющие платы. Это позволяет нам работать с элементами разных производителей российских, китайских и других. И при этом точно управлять их характеристиками.

Если в процессе эксплуатации выходит из строя какая-то часть, мы можем заменить отдельный элемент, не меняя все устройство. У зарубежных производителей чаще всего ремонт не предусмотрен, изделие меняется целиком. За счет этого стоимость владения нашим оборудованием в долгосрочной перспективе значительно ниже.

Да, возможно, стартовая цена немного выше, но в течение первых лет эксплуатации ремонт обходится в разы дешевле, и устройство служит дольше. На практике это важнее, чем цена на этапе закупки.

П: Насколько это локализованное производство?

— Производство и испытательная база находятся в Петербурге, практически все комплектующие отечественные. Мы постепенно уменьшаем долю китайских компонентов, но полностью отказаться пока невозможно — переходим на отечественные аналоги поэтапно.

Недавно мы общались с представителями Курского электроаппаратного завода: предложили серию изделий, которые могут заменить китайскую автоматику. Мы будем рады увеличить долю российских изделий в составе своего оборудования, но пока у китайских компонентов есть ряд преимуществ. Например, их подтвержденный ресурс составляет около 10 000 циклов включения-выключения; отечественные решения пока к этому показателю приближаются, но динамика положительная.

Кроме технических характеристик, важен и вопрос сроков поставки. Российские предприятия часто загружены гособоронзаказом, поэтому сроки производства длиннее. Китайские производители, напротив, работают со складов, что позволяет быстрее закрывать коммерческие контракты. Поэтому при выполнении срочных заказов нам приходится искать баланс между импортозамещением и скоростью исполнения.

П: Чем отличаются силовые модули?

— У нас представлено несколько моделей силовых модулей. Например, линейка «Ясон» — это трехфазные силовые ячейки мощностью до 1200 кВт. Название выбрано не случайно: как в мифе о Ясоне и золотом руне, здесь тоже есть символ поиска и преодоления.

Модули оснащаются водяным охлаждением — это обязательное решение для судового применения. Полупроводниковые элементы в процессе работы выделяют до 5% потерь в виде тепла: при мощности 1300 кВт это около 65 кВт тепла, которое необходимо эффективно отводить. Поэтому конструкция радиаторов — ребристая, из алюминиевого сплава, с каналами для прохождения охлаждающей жидкости.

Система охлаждения замкнутая, двухконтурная. Первый контур — внутренний, с антифризной жидкостью, предотвращающей замерзание при низких температурах. Второй контур — внешний, с теплообменником, который отводит тепло за борт. Такая схема типична для морских и речных судов, где водяное охлаждение доступно и надежно.

Для некоторых установок предусмотрено и воздушное охлаждение. Выбор типа зависит от конкретного применения: для наземных или лабораторных систем проще использовать воздушное, для судовых — водяное.

В модулях предусмотрен температурный контроль по входу и выходу жидкости, что позволяет поддерживать оптимальный тепловой режим. Перегрев — одна из самых частых причин отказов силовой электроники, поэтому система мониторинга температуры и состояния охлаждения — обязательная часть комплекса.

Помимо силовых транзисторных блоков, в конструкцию входят дроссели — фильтрующие элементы, обеспечивающие качество электроэнергии и сглаживающие гармоники сети.

Все наши решения основаны на архитектуре распределения в шине постоянного тока. Это направление активно развивается в мире и особенно актуально для электрических судов и экологичных транспортных систем.

Электрооборудование

Русское электротехническое общество (РЭО)

Посмотреть 13 продуктов

П: Почему именно постоянный ток?

— Потому что он проще в синхронизации и устойчивее при работе с разнородными источниками энергии. Например, в одном судне могут использоваться генераторы, аккумуляторные батареи, солнечные панели, ветрогенераторы. Объединить их на переменном токе сложно — нужно синхронизировать частоту и фазу, при этом падает КПД. На постоянном токе все проще: источники подключаются параллельно по напряжению, система работает стабильно.

Кроме того, аккумуляторные батареи изначально выдают постоянный ток, поэтому такая схема распределения удобнее и эффективнее. После объединения всех источников энергия уже преобразуется в нужные параметры — частоту и напряжение, в зависимости от потребителей.

На судах применяются разные уровни напряжения: 400 В и 690 В для низковольтных систем, 3,3-6,6 кВ — для высоковольтных. Чем выше энергоемкость установки, тем выше и рабочее напряжение.

Наши решения масштабируются: силовые ячейки можно соединять параллельно, формируя преобразователи практически любой мощности. Например, модуль рассчитанный на 2 МВт с перегрузкой способен работать до 3 МВт. Есть разработки и в области тяговых преобразователей мощностью до 15 МВт.

П: Глобально, решение каких вопросов на флоте закрывает ваше оборудование в его текущем и перспективном исполнении?

— По сути, мы сейчас закрываем всю линейку электроэнергетических решений для отечественного флота. Почти все современные суда в той или иной степени используют электродвижение — будь то главный гребной электродвигатель или вспомогательные установки: холодильные камеры, насосы, компрессоры. Везде требуется управление приводами и преобразование электроэнергии, и здесь как раз востребована наша техника.

Наши преобразователи — это по сути интеллектуальные системы, «мини-компьютеры» с контроллерами и программным управлением. Они не только преобразуют энергию, но и обеспечивают обмен данными между всеми элементами судовой энергосистемы.

П: Насколько сложно производить такую технику в России? Чего не хватает? 

— В России производителей силовой преобразовательной техники немного, и чаще они специализируются по отраслям: кто-то работает с железнодорожным транспортом, кто-то с нефтегазом, кто-то с судостроением. Если говорить о компаниях, которые действительно создают продукт полного цикла — от силовой электроники до программного обеспечения, — таких можно пересчитать по пальцам одной руки. Мы относимся именно к ним.

До 2020 года мы использовали немецкие силовые модули, но потом начали разрабатывать и собирать их у себя. Это было осознанное решение: зависимость от поставок из-за рубежа слишком рискованна, а доля таких модулей в себестоимости оборудования может достигать 30-40%. Поэтому экономически и технологически логично производить их внутри страны.

Все наши изделия проходят сертификацию речного и морского регистров. Сейчас мы также работаем над получением статуса отечественного производителя по Постановлению №719, подтверждающему уровень локализации. Процесс непростой, потому что требует детализированной информации от всех поставщиков от описания техпроцессов до происхождения компонентов. Но постепенно мы собираем эту цепочку: по нашим расчетам, уже около 80% добавленной стоимости остается в России — и у нас, и у наших подрядчиков.

Например, дроссели, трансформаторы, конденсаторы, корпусные элементы и часть печатных плат производятся в Петербурге, Москве, Рязани. Российские поставщики элементной базы постепенно восстанавливают объемы, но пока уступают по масштабам китайским производителям, которые работают большими партиями и держат складские запасы.

Тем не менее, если говорить о технологическом суверенитете, то критически важно развивать собственную полупроводниковую базу — IGBT-транзисторы, микроконтроллеры, микросхемы. Сейчас часть чипов все еще ввозится из стран Азии, хотя в России уже есть предприятия, способные производить компоненты средней степени интеграции. Современные микросхемы требуют очень сложного оборудования, поэтому организовать это быстро, невозможно. Но мы уверены, что при государственной поддержке и формировании спроса Россия сможет развить это направление.

Не менее важная часть наших решений — программное обеспечение. Когда система полностью российская, мы понимаем, что происходит «под капотом» и можем гарантировать безопасность. В случае с импортным оборудованием это невозможно: в прошивках могут быть скрытые функции удаленного контроля или блокировки. Известны случаи, когда зарубежные станки и краны прекращали работу при нарушении условий оплаты — просто по команде извне.

П: Расскажите о вашем новом направлении по разработке винторулевых колонок.

— Это наш новый перспективный проект. Сейчас многие в России развивают этот сегмент — кто-то делает полностью свои колонки, кто-то закупает китайские. Мы разрабатываем собственное решение, интегрированное с нашей энергетической системой.

По конструкции колонка представляет собой аналог азипода: в гондоле расположен электродвигатель с пониженной скоростью вращения — до 500 оборотов в минуту. Этого достаточно, чтобы создавать необходимый крутящий момент на винте. Сама колонка при этом поворотная: сверху располагаются либо электродвигатели, либо гидроприводы, которые через редуктор поворачивают колонку, обеспечивая управление движением судна.

Это актуально, в том числе, с учетом развития безэкипажного судоходства. Когда на судне установлено электродвижение и интеллектуальные преобразователи, следующий логичный шаг — интеграция систем навигации, радаров, лидаров, ГЛОНАСС/GPS. На базе этих данных формируются алгоритмы автономного управления судном. Без преобразовательной техники такие проекты невозможны — она является «сердцем» всей энергетической системы.

Автономность, в свою очередь, требует единого поставщика энергетической инфраструктуры — того, кто обеспечивает согласованную работу всех узлов. Мы как раз стремимся быть таким поставщиком: создавать «умные» энергетические комплексы, которые не просто обеспечивают питание, но и анализируют данные, оптимизируют работу, обеспечивают устойчивость и безопасность судна в целом.

П: Что привело вас к решению осваивать этот сегмент рынка? 

— Сейчас мы не ставим целью конкурировать в этом направлении, но логика комплексных поставок подталкивает нас к тому, чтобы интегрировать и такие решения. Когда речь идет об энергетических системах судна, заказчики все чаще хотят видеть в одном пакете и системы электродвижения.

Сегодня около 90% подобных колонок поставляются в Россию из-за рубежа, в основном из Китая. Там их выпускают серийно — за счет больших объемов производство получается дешевле. Но у такого подхода есть минус: китайские производители редко адаптируют изделия под конкретные задачи. Если, например, у них в каталоге есть варианты на 100 и 300 кВт, а заказчику нужно 200, то выбор все равно придется делать между этими двумя. Они просто не работают под индивидуальный проект.

Мы, наоборот, можем делать оборудование под заказ, под конкретное судно и задачу, но это всегда повышает себестоимость. Чтобы технология была рентабельной, нужен объем производства.

П: А на какие суда такая колонка может устанавливаться?

— На самые разные. Мы планируем устанавливать электрические ВРК до 1 МВт на пассажирском и портовом флоте. Более мощные применяются, например, на судах с электрической пропульсией, в том числе пассажирских судах, буксирах и судах ледового класса. В мире подобные решения используются на круизных лайнерах и газовозах типа «Кристоф де Маржери», где мощность каждой колонки достигает 15 мегаватт. Это уникальные изделия, их выпускает буквально несколько компаний.

В России серийное производство только зарождается. Наш макет — скорее демонстрация технологических возможностей. Он привлекает внимание и показывает, что у нас есть компетенции для разработки подобных систем, если появится спрос.

Раньше интегратором в таких проектах выступали крупные иностранные компании вроде Wärtsilä или ABB: они собирали оборудование от разных поставщиков и поставляли готовое решение. Сейчас эти функции постепенно переходят к российским предприятиям. Кто-то отвечает за механику, кто-то за дизельные установки, а мы — за электрическую часть: управление, распределение, преобразование энергии.

П: Ваша компания — один из главных подрядчиков при строительстве российских электросудов. Сейчас они становятся все более распространенными и разнообразными. Как меняются требования заказчиков к энергетическим системам на таких судах?

— Главная тенденция — рост энергоемкости. На борту становится все больше оборудования и потребителей. Современные суда становятся «умнее», сложнее, оснащеннее.

Возьмем пассажирские суда — количество бытовой электроники растет постоянно: мониторы, зарядные устройства, климатические системы. Лето бывает жарким, зима — холодной, и судостроителям приходится закладывать запас мощности, чтобы обеспечивать комфорт в любых условиях.

Похожая ситуация на научно-исследовательских судах: электродвижение там особенно востребовано, ведь на борту масса энергоемкого оборудования — краны, лебедки, подъемные устройства, приборы, исследовательские аппараты. Все это требует стабильного электроснабжения и повышенной мощности.

Вторая важная тенденция — требования к качеству электроэнергии. Многие заказчики работают с иностранным оборудованием, а там стандарты гораздо жестче. Например, допустимое отклонение напряжения — не более 5%, тогда как в российских нормах допускается больше. Кроме того, важно минимизировать гармоники и электромагнитные помехи. От этого напрямую зависит надежность работы систем.

Есть и тема электромагнитной совместимости: нужно грамотно разделять силовые и информационные линии, чтобы устройства не влияли друг на друга. Мы проводим собственные исследования, тестируем совместимость батарейных систем, энергоблоков, кабельных трасс. Это целый пласт инженерной работы.

Отдельно растут требования по кибербезопасности. Современное судно — это фактически «плавающий компьютер», и любое вмешательство в систему управления может привести к серьезным последствиям. Поэтому безопасность и защита данных становятся неотъемлемой частью проектирования.

Все эти факторы усиливают требования к оборудованию — по надежности, точности, устойчивости. И мы, как производители, постоянно адаптируемся под них, совершенствуем решения, тестируем новые подходы.

Я надеюсь, что доля электросудов в России будет расти, а вместе с ней — и спрос на отечественные энергетические системы. Тогда появится объем, за счет которого можно будет существенно снизить себестоимость. Ведь серийное производство всегда дешевле.

Если бы заказы шли не десятками, а тысячами штук, мы могли бы запустить конвейерную сборку и снизить цену хотя бы на 30% — только за счет масштаба. Это сразу сделало бы российское оборудование более конкурентоспособным, и на внутреннем, и на международном рынке.