Как в России создают энергосистемы для электросудов

Электросуда работают уже около пяти лет, но у рынка по-прежнему возникают базовые вопросы: что происходит с судном, когда вырабатывается ресурс аккумулятора, как со временем деградируют литиевые батареи и насколько это влияет на эксплуатацию.

Пока флот на электротяге постепенно накапливает практику, разработчики систем накопления энергии продолжают дорабатывать решения — от самих аккумуляторов до архитектуры энергосистем в целом. Параллельно они решают другую, не менее сложную задачу: как вывести электросуда за пределы столицы, где уже есть инфраструктура, и обеспечить их работу в регионах и даже за рубежом.

О том, как сегодня устроены энергосистемы электросудов и какие ограничения сдерживают развитие этого направления, рассказал начальник отдела продаж систем накопления энергии и источников бесперебойного питания «НПК Морсвязьавтоматика» Кирилл Попков.

П: Кирилл, чем занимается ваш отдел?

— Основное направление строится вокруг систем накопления энергии (СНЭ). Мы занимаемся ими от разработки и производства до внедрения на судах с последующим сервисом. Почти все электросуда, которые сегодня эксплуатируются и строятся, оснащаются нашими системами.

П: Что подразумевается под СНЭ?

— Это основной источник электроэнергии на борту. Он обеспечивает питанием как собственные нужды, в том числе и работу движительного комплекса, так и остальных потребителей на судне.

СНЭ представляет собой стеллажную конструкцию, наполненную батарейными модулями и модулем управления. В зависимости от проекта такие «шкафы» компонуются между собой по системе master-slave. На «Экобасах», например, устанавливается четыре накопителя.

За несколько лет работы образ систем прошел несколько итераций. Первый вариант, установленный в 2019 году, показал себя хорошо в эксплуатации, но выявил ряд практических неудобств при сезонной разборке и сборке. Мы приняли это во внимание и в следующих поколениях конструкция была переработана.

С 2024 года, начиная с проекта «Мойка 2.0», мы закрываем весь энергокомплекс на электрических и гибридных судах: накопители, преобразовательную технику, систему управления. То есть фактически даем заказчику готовую единую электроэнергетическую систему «под ключ».

Системы накопления энергии

НПК Морсвязьавтоматика (НПК МСА)

Посмотреть 2 продукта

П: Направление развивалось параллельно с электросудами?

— Скорее, СНЭ предшествовали появлению электрофлота. Изначально руководство видело потенциал в системах, вопрос был в рынке сбыта. И тогда появилась идея развивать собственные электросуда, чтобы одновременно создать и рынок, и продукт.

П: Куда эта отрасль в рамках НПК МСА движется сейчас?

— Сейчас мы растем дальше и перешли к следующему этапу – к системам преобразователей энергии.

Раньше мы делали только накопители, а преобразовательную часть поставляли подрядчики. Теперь мы запустили производство преобразовательной техники и таким образом полностью закрыли блок внутри компании – от разработки конструктива и программного обеспечения заканчивая сборкой и наладкой.

За последний год были разработаны – двунаправленные инверторы для обеспечения судна переменным напряжением и для заряда накопителей, преобразователи частоты для управления электродвигателями. Все оборудование может быть масштабировано параллельной работой. Сейчас ведутся работы по разработке преобразователей частоты мегаваттного класса под импортозамещение.

Отсюда же появилось направление источников бесперебойного питания (ИБП). У нас уже есть аккумуляторы и преобразователи – по сути, базовые элементы ИБП. Они востребованы в судостроении как аварийные и вспомогательные источники питания.

Источники бесперебойного питания

НПК Морсвязьавтоматика (НПК МСА)

Посмотреть 6 продуктов

П: Выходите со своими решениями за пределы судовой отрасли?

— Да, сейчас мы выходим на рынок центров обработки данных – ЦОДов. Там такие решения тоже востребованы, и это уже отдельное направление вне судостроения.

Кроме того, в прошлом году мы получили субсидию на разработку двунаправленных инверторов для атомной отрасли. Речь идет о модернизации и новых атомных объектах, в том числе в рамках атомного флота. Эти системы будут использоваться для преобразования энергии — как от аккумуляторов, так и от самих энергетических установок.

П: В ближайшем будущем линейка накопителей будет как-то видоизменяться?

— Мы планируем расширять ее за счет использования иных типов аккумуляторных ячеек. Например, в промышленности зачастую требуется не высокая энергоемкость, а большая мощность на короткий промежуток времени. В таких случаях классическая схема не всегда эффективна, и мы ищем более оптимальные решения.

• 
  «НПК МСА» разрабатывает линейку двунаправленных инверторов для атомной промышленности

  Новые инверторы заместят критически важное электрооборудование зарубежного производства и обеспечат энергоснабжение систем безопасности АЭС.

  Читать новость

П: Ранее вы рассказывали, что используете накопители на базе литий-железо-фосфата (LFP). Почему выбрали именно этот тип аккумуляторов?

— Литий-ионная технология – это целое семейство с разной химией и характеристиками. Мы для судовых решений выбрали литий-железо-фосфат, потому что это, можно сказать, эталонное решение между энергоемкостью, мощностью и безопасностью. В отличие от других типов литий-ионных аккумуляторов, эта химия не склонна к возгоранию и взрывам. Для судов, особенно пассажирских, это, как понимаете, самое важное. При этом LFP дает достаточно хороший ресурс (порядка 6000 циклов заряда-разряда) и приемлемую мощность.

П: Насколько выбранная вами технология отличается по стоимости?

— Разница есть, но она не значительная. Здесь скорее вопрос не столько цены, сколько качества и стабильности характеристик.

Мы в свое время тестировали альтернативные варианты, в том числе по инициативе заказчиков, которые хотели удешевить систему. Проверяли разные образцы и пришли к выводу, что использовать их можно, но есть риски.

П: В чем риски?

— В первую очередь – в разбалансе системы. У аккумуляторных ячеек есть такой параметр, как внутреннее сопротивление. Если он сильно отличается от ячейки к ячейке, система начинает работать неравномерно. В результате часть энергии просто становится недоступной: система ориентируется на «самую слабую» ячейку и ограничивает работу всего накопителя. Это снижает эффективность и ускоряет износ.

П: Получается, заказчик может участвовать в выборе ячеек?

— Мы учитываем пожелания. Например, клиент может выбрать между ячейками отечественного или китайского производства. К слову, мы рекомендуем последние – они на голову выше по качеству.

П: Есть ли расчеты по сроку службы таких энергосистем? И что происходит, когда ресурс заканчивается?

— Расчеты есть, и сейчас мы отслеживаем состояние оборудования на судах, которые работают порядка пяти лет. Фиксируем постепенную, но незначительную деградацию, в будущем она выразится в снижении общей энергоемкости. Но изначально система закладывалась с запасом, поэтому на практике пользователи этого не ощущают. Тоже самое происходит и с аккумуляторами в смартфонах, со временем заряд держится хуже.
То есть основной эффект – необходимость чаще заряжаться. На безопасность это никак не влияет.

П: А дальше – полная замена?

— В случае если линейка аккумуляторных ячеек, используемых в системе снята с производства, то да, плановая модернизация.

Мы сейчас как раз прорабатываем технологию по замене аккумуляторных элементов без изменения конструкции. Чтобы судовладельцу не пришлось переделывать корпус, фундаменты и всю систему в целом.

П: То есть у подрядчика вы покупаете ячейки, и что делаете с ним дальше?

— Дальше мы проводим входной контроль с рядом проверок и при помощи лазерной сварки собираем из ячеек аккумуляторные сборки для батарейных модулей, из которых уже формируем систему.

П: Насколько у РКО и РС сформированы требования по энергосистемам электросудов?

— Для РКО сертифицируется система целиком. Мы получили типовое одобрение: проходили полный цикл испытаний – вибрацию, климатику, солевой туман, электромагнитная совместимость. Каждое выпускаемое изделие поставляется с индивидуальным сертификатом РКО.

С РС ситуация пока менее формализована. Требования к системам накопления энергии у них еще не до конца прописаны, поэтому мы пока идем по пути добровольной сертификации.

П: Каковы ближайшие задачи по развитию в сфере электросудов?

— Закрепиться на рынке как поставщик единых электроэнергетических систем и систем электродвижения «под ключ».

Продвижение в преобразовательной технике дало возможность освоения рынка береговых зарядных станций.

Параллельно начали прорабатывать решения для автомобильных зарядок в том числе и в формате энергохабов контейнерного типа. Такие решения позволяют организовывать зарядку в удаленных районах и одновременно подключать несколько потребителей.

Береговая зарядная станция UNIENERGY

Поставщик НПК Морсвязьавтоматика (НПК МСА)

Подробнее

П: Насколько вообще развита инфраструктура под электросуда?

— Полноценная зарядная инфраструктура сейчас есть только в Москве. В Петербурге и в регионах она представлена лишь точечно. Но с ростом количества электрофлота, формируется и спрос на зарядные станции. Однако стоит понимать, что все локации разные, и на месте могут возникать нюансы.

Например, для судна проекта «Мойка 2.0», который строится для Вологды, параллельно создается зарядная инфраструктура. Сложность возведения там вызвана большим перепадом между уровнем берега и воды. Из-за этого приходится прокладывать длинные кабельные линии, а это потери энергии и дополнительные риски. Пока там используют адаптированное решение на базе автомобильной зарядки. На судне мы будем отслеживать, как данное решение работает в реальных условиях.

Именно поэтому мы пошли по пути собственной разработки зарядных станций – чтобы контролировать все параметры и иметь возможность оперативно решать возникающие вопросы.

П: Какие есть нюансы, связанные с зарядной инфраструктурой? Почему нельзя просто установить станцию, протянуть кабель и подать на нее электричество?

— Одна из ключевых проблем – качество электросетей. Напряжение в городской сети нестабильно: есть просадки, скачки, перегрузки. Все это создает дополнительную нагрузку на оборудование. Если использовать простые решения, особенно не адаптированные под такие условия, это может приводить к сбоям в работе.

Поэтому зарядная инфраструктура для судов должна быть рассчитана на широкий диапазон входных параметров и учитывать специфику эксплуатации.

П: Есть ли интерес к вашим решениям за рубежом?

— Да. Сейчас мы прорабатываем проекты для Вьетнама, Таиланда, стран Ближнего Востока. Во многих странах внедряются экологические ограничения в акваториях. Например, в отдельные бухты теперь могут заходить только суда на электротяге.

П: Как думаете, в России возможны такие требования?

— В определенном виде это уже есть и у нас. Например, круизное судно проекта ТФРП.700 для Байкала, которое строится на Пермской судоверфи, будет гибридным. В экологически чувствительных зонах оно сможет работать на электротяге, а вне их – переходить на дизель.

П: Какие проекты сейчас в активной работе?

— Сейчас большой объем проектов прорабатываем с Московской верфью, которая была открыта в конце прошлого года. В том числе там сейчас реализовываются проекты, которые были разработаны ранее, но долгое время не запускались. Поэтому в ближайшие пару лет, думаю, мы увидим в России новые серии гибридных и электросудов.