Комплекс предназначен для выполнения гидрографических работ и оборудован отечественными гидроакустическими системами.
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.
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.
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.
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.
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.
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».
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.
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.
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.
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.
Комплекс предназначен для выполнения гидрографических работ и оборудован отечественными гидроакустическими системами.
Отмечается дефицит инженеров, специалистов среднего звена, основных производственных рабочих.
Пассажирское судно будет использоваться в Самаре.
После успешного прохождения испытаний судно отправится в Петропавловск-Камчатский.