Первое отечественное пассажирское судно на водороде — Медиапалуба

Первое отечественное пассажирское судно на водороде

В конце февраля на Зеленодольском судостроительном заводе заложили экспериментальное прогулочное судно проекта 00393, на котором используется технология водородных топливных элементов. Сейчас уже завершено формирование корпуса, активно идет монтаж систем и отделочные работы. По планам, которые представлял сам завод, до конца 2023 года судно уже должно пройти весь цикл испытаний и отправиться к заказчику.

На сегодня это первый проект судна с силовой установкой на водороде в России. Хотя отечественные заказчики пока только присматриваются к экологически чистым судам, Зеленодольский завод, напротив, нацелен далее развивать тематику флота на СПГ (ранее предприятие сдало пассажирское судно на СПГ проекта 03622 «Чайка»), водородном топливе и электродвижении, поскольку такие суда — это серьезный задел на будущее.

Чем примечателен проект 00393 и какие плюсы есть для самого заказчика — «Медиапалубе» рассказали специалисты судостроительной корпорации «Ак Барс» и Зеленодольского СЗ имени Горького.

Водородный модуль в отечественной промышленности

Торжественная церемония подписания договора о строительстве инновационного судна с энергетической установкой на базе опытного образца универсального функционального модуля на водородных топливных элементах состоялась 15 сентября 2022 года в рамках XI Петербургского международного газового форума. Договор подписали Зеленодольский завод имени Горького и Крыловский государственный научный центр (КГНЦ). В свою очередь, контракт КГНЦ заключал с Минпромторгом, и в его условия, помимо разработки техпроекта и рабоче-конструкторской документации, включили задачу отработки технологий, создание универсальных функциональных модулей на водородных топливных элементах (ЭУТЭ), заправочной станции и опытного образца судна. Проект судна 00393 готовило петербургское ЦКБ «Балтсудопроект», которое входит в состав Крыловского государственного научного центра. За разработку водородных модулей отвечало структурное подразделение КГНЦ — Научно-производственный комплекс водородной энергетики (НПКВЭ). Первые испытания топливных модулей прошли в мае этого года.

Изображение: АО «Судостроительная Корпорация «Ак Барс»

Сегодня НПКВЭ занимается доработкой существующих систем электродвижения с гребными электродвигателями и разработкой перспективных. И на самом деле тематика использования водородного модуля в качестве энергетической установки не новинка для российской промышленности.

Комплекс НПКВЭ был создан еще в 1970-х годах, чтобы решать задачи водородной энергетики в области судостроения. Имея более чем пятидесятилетний опыт и налаженную кооперацию, он сегодня располагает самым большим в России научно-техническим заделом по энергоустановкам на низкотемпературных топливных элементах киловаттного и мегаваттного классов.

Ранее КГНЦ отрабатывало применение водородных элементов на более традиционных видах транспорта. В 2019 году центр заключил договор с петербургским «Горэлектротрансом» о порядке разработки действующего макетного образца трамвая с электропитанием от энергоустановки на топливных элементах для популяризации технологий водородной энергетики на транспорте. Макетный образец водородной энергоустановки сделали за счет средств предприятия, интеграцию в трамвай выполнили совместно с партнерами. В результате чего специалисты КГНЦ получили представление о работе водородного трамвая, характеристики работы ЭУТЭ при эксплуатационных динамических нагрузках. Сам макет ЭУТЭ прошел стендовые испытания и в составе трамвая, на его базе планировалось организовать ОКР по созданию транспортных ЭУТЭ для трамвая или маневрового тепловоза, грузовых автомобилей и, наконец, речного прогулочного судна.

Водородная силовая установка: преимущества

Мировое судоходство для сокращения выбросов оксида углерода все интенсивнее осваивает силовые установки альтернативных конструкций и более экологичные источники энергии. В их число входят и энергоустановки на топливных элементах.

Электрохимические генераторы (ЭХГ) на твердополимерных топливных элементах показывают значительно больший коэффициент полезного действия по сравнению с другими анаэробными энергоустановками, КПД ЭХГ может достигать 60% по сравнению с 18–20% у ядерной энергетической установки, ~30% у ДВС с замкнутым циклом и ~30–40% двигателя Стирлинга. Помимо высокого КПД, рабочая температура электрохимического генератора не превышает 70 ºС при более чем 400 ºС у ДВС с ЗЦ и 750 ºС — у двигателя Стирлинга.

Изображение: АО «Судостроительная Корпорация «Ак Барс»

Повышение температур требует увеличивать толщину слоя теплоизоляции для защиты обслуживающего энергоустановку персонала, а это влечет ухудшение массогабаритных показателей.

Как показывает анализ, основные разработки в области водородной энергетики сосредоточены в трех регионах планеты: прежде всего, в США, в отдельных странах Западной Европы и Скандинавии и в крупнейших странах Азии — Японии, Южной Корее, Китае, Малайзии. При этом если Япония сосредоточила усилия на разработке электротеплогенераторов (ЭТГ) для бытового применения, так называемых Home Fuel Cells, то в Европе и особенно в США практически одинаковое внимание уделяется разработкам стационарных и транспортных энергоустановок на топливных элементах (ЭУ и ТЭ). Сейчас в мире эксплуатируются тысячи опытных ЭУ с ТЭ различной мощности и назначения.

В число главных преимуществ энергоустановок на топливных элементах по сравнению с традиционными источниками электроэнергии — дизельными двигателями различной конструкции, газопоршневыми и газотурбинными установками — входят значительно меньшие показатели уровня шума и вибрации, эффективное использование топлива и высокий КПД.

В отличие от аккумуляторных батарей, на ЭУ с топливными элементами на водороде генерация энергии и ее хранение разделены, поэтому десятитонный блок генерации для судна водоизмещением несколько тысяч тонн мало влияет на запас топлива в 200–300 тонн. Водородная генерация сопоставима с обычным двигателем на жидком топливе. Но при этом, скажем, для больших судов водородное топливо можно получать прямо на борту паровой конверсией тех же углеводородов. А объем выбросов от такого процесса будет в десятки раз меньше, чем при работе обычного дизельного двигателя.

Также поскольку при работе топливных элементов нагрузки саморегулируются (на долевых и на номинальных режимах), то потребление водорода на киловатт мощности примерно одинаковое. Саморегулирование системы происходит за счет активности химической реакции самих топливных элементов.

И наконец, есть и сугубо эксплуатационное преимущество — это работа без технического обслуживания до 6–12 месяцев при высоких эргономических показателях.

Проектирование

Пассажирское судно проекта 00393 рассчитано на совершение прогулочных рейсов по воде в акваториях мегаполисов или в пляжной зоне курортов. В состав единой электроэнергетической системы электродвижения с гребными электродвигателями входят два винта на электродвигателях мощностью 22 кВт каждый. Это обеспечит судну вместимость 12 человек, включая двух членов экипажа, и скорость хода до 12,2 км/ч. Водородные элементы расположены под кормой. Автономность плавания — пять часов. За проектирование системы электродвижения, системы автоматики и преобразования тока для универсального функционального модуля отвечало петербургское ЦНИИ «СЭТ».

Изображение: АО «Судостроительная Корпорация «Ак Барс»

Водород хранится на борту судна в компримированном виде в композитных баллонах под давлением 400 или 700 атмосфер.

Основной объем оборудования, в том числе общесудового, отечественного производства. Однако часть импортной техники все же есть: в составе батарей топливных элементов и в оборудовании универсального функционального модуля.

Универсальная платформа

Для создания первого образца специально было выбрано маломерное судно, которое имеет перспективу коммерческого применения.

Как подчеркивают на предприятии, основное назначение судна — быть платформой для проработки выбранных решений. После создания технологии и универсального функционального модуля энергетической установки на топливных элементах, размещения его на судне, опытной эксплуатации судна с водородной энергетической установкой и внесения необходимых требований в нормативные документы планируется развитие проекта. Например, в иных размерениях и комплектации.

Типы судов могут быть разные: прогулочные, экскурсионные, пассажирские, водные автобусы и подобное.

Вопрос цены

Как уточняют в СК «Ак Барс», судно проекта 00393 может быть интересно для водных прогулок по рекам и каналам, особенно в районах с повышенными требованиями к экологичности, и в крупных городах России: Санкт-Петербург, Москва, Казань, Нижний Новгород. Регион эксплуатации головного судна пока неизвестен. Окончательно его определят после завершения строительства по согласованию с надзорными органами.

Фото: пресс=служба ЗМП

Аналогичная ситуация и со стоимостью судна. Пока не будет сдано головное судно, не отработаны все вопросы с опытной энергетической установкой, определить цену невозможно. К тому же в сравнении с традиционными СЭУ на этом этапе ЭУ с водородными элементами по стоимости проигрывает, и это осложняется дороговизной самого водородного топлива, по сравнению с традиционным дизелем. Но в СК «Ак Барс» считают, что «дорогу осилит идущий» и за судами такого типа будущее.

Теги
Компании
Похожие новости