Суда на батарейках - будущее судоходства?

Развитие мирового судостроения сегодня определяется не только экономической эффективностью строительства и последующей эксплуатации судна, но и систематически ужесточающимися экологическими требованиями. Наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями.

Согласно Конвенции по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов 1972 г. с изменениями 1978 г., количество вредных выбросов с судов с каждым годом должно неуклонно снижаться. Наибольшее влияние на виды используемого топлива оказывают правила MARPOL приложение I (загрязнения моря) и приложение VI (загрязнение атмосферного воздуха).

С учётом данных реалий, на протяжении последних десятилетий в отрасли, параллельно с классическим судостроением, активно развивается проектирование и строительство судов, использующих в качестве топлива альтернативные источники энергии.

В частности, согласно Стратегии развития судостроительной промышленности на период до 2035 года, утверждённой распоряжением правительства Российской Федерации от 28 октября 2019 г. № 2553-р, одним из трендов российского судостроения является создание судов и морской техники, обеспечивающих соблюдение международных экологических норм и правил в акватории морей и в портах, а также защиту природной среды Арктики.

Из основных альтернативных источников энергии, работа над которыми ведётся в отрасли, можно отметить следующие: энергия ветра, водород, природный газ (в том числе СПГ), электроэнергия. Наиболее проработанными на сегодняшний день являются последние.

Использование СПГ уже активно применяется на судах различных типов и назначений: ледоколы, двухтопливные танкеры типоразмера «Афрамакс», буксиры.

Водородные двигатели и ветроэнергетика распространены гораздо меньше вследствие высокой стоимости и низкой производительности. В частности, единственным судном, использующем ветроэнергетику является построенное в 2010 году на верфи Cassens Werft (Германия) судно E-Ship 1. На судне, в дополнение к двум дизель-генераторам суммарной мощностью 7 МВт установлены 4 турбопаруса, позволяющие вырабатывать до 1,5 МВт в зависимости от погодных условий. Вместе с тем, конструкция ветрогенераторов значительно повышает ветровое сопротивление при движении судна, а выдаваемая мощность не позволяет применять данный вид топлива в качестве основного на судах.

Также следует отметить единственный в мире катамаран Energy Observer, использующий уникальную комбинацию возобновляемых источников энергии – ветер, солнечная энергия и водород. Данное судно построено научно-исследовательским институтом CEA-Liten, (Франция) и является плавучей лабораторией. Основным источником энергии на судне являются солнечные панели и две ветряные турбины, а система водородного источника – бортовой электролизер, который расщепляет морскую воду на кислород и водород. Последний хранится в газообразной форме в баках и используется в дни, когда безветренно и пасмурно.

Однако наиболее перспективным, наравне с СПГ, является создание судов с электродвигателями. Сегодня в мире строится и эксплуатируется несколько десятков таких судов. Информация о некоторых из них приведена в таблице 1.

Таблица 1

Разработки электрических судов также ведутся в Финляндии, Нидерландах, Великобритании, Франции, Китае, Японии, Республике Корея и США.

Как видно из таблицы 1, суда на электродвижении уже не являются штучным товаром для частных заказчиков. На электродвижение переводятся всё более крупные суда, осуществляющие в том числе коммерческие перевозки, что свидетельствует об экономической эффективности их эксплуатации.

Именно данный показатель является определяющим в дальнейшей реализации аналогичных проектов. Применение классического подхода или альтернативных видов топлива, а также определение конкретного вида такого топлива должно осуществляться исходя из района эксплуатации судна, его типа, необходимой автономности, продолжительности рейса, количества экипажа и пассажиров. В частности, согласно исследованиям компании Siemens (реализовавший систему электродвижения на пароме Ampere), экономически оправдывают себя электрические паромы, эксплуатирующиеся на коротких дистанциях.

Согласно данным компании-оператора парома Ampere, опыт его эксплуатации показал сокращение на 95% вредных выбросов в атмосферу и уменьшение на 80% эксплуатационных расходов. На борту судна находится батарея 800 кВт*ч весом 11 тонн, которая и питает два электромотора. Паром использует всего 150 кВт*ч в пути на отрезке в 6 км через фьорд, а стоимость электричества для перевозки 360 пассажиров и 120 машин составляет всего около 6 $. На фоне данных результатов правительство Норвегии обязало перевозчиков закупать только экологически чистые паромы, гибридные или полностью электрические. Так власти борются с вредными выбросами в атмосферу и экономят на дизельном топливе. В этом регионе Норвегии повсеместно используются гидроэлектростанции и электроэнергия для парома получается экологически чистой, и даже косвенно электропаром не загрязняет окружающую среду.

Российские судостроители также не остаются в стороне. В рамках ФЦП «Развитие гражданской морской техники» на 2009-2016 годы и государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений» за период 2009-2019 годы было выполнено (выполняется) более 20 НИОКР по разработке систем электродвижения и их компонентов.

Однако, несмотря на оснащение некоторых судов системами электродвижения, в качестве основных источников электроэнергии на отечественных кораблях и судах до недавнего времени применялись дизель- и газотурбогенераторы, либо атомные энергетические установки. Аккумуляторные батареи в основном применялись в качестве вспомогательных и аварийных источников питания.

Перелом произошёл в прошлом году, когда на выставке «Нева-2019» компания «Морсвязьавтоматика» представила публике созданное в инициативном порядке 18-метровое судно Ecovolt пассажировместимостью до 86 человек. Судно приводится в движение электромоторами, работающими на общей шине постоянного тока. Источником энергии выступают высокоэнергетические батарейные накопители. Эксплуатация таких судов планируется в Санкт-Петербурге.

Также в 2019 года по заказу Минпромторга России началась разработка среднемагистрального автомобильно-пассажирского экологически чистого парома на электроходу, предназначенного для линии Балтийск – Балтийская коса (Калининградская область). Электрический паром заменит на Балтике два меньших по размеру дизельных — 1974 и 1960 годов выпуска.

В качестве основного источника питания на судне будет предусмотрена установка аккумуляторных батарей. Также как альтернативный вариант подзарядки в проекте будет рассмотрена возможность использования индукционной береговой зарядной станции. Вместимость создаваемого парома - 100 человек и 15 легковых автомобилей. По оценке головного исполнителя - Калининградского государственного технического университета и проектанта – АО «Нордик Инжиниринг», создание парома на электрической тяге позволит вдвое снизить эксплуатационные расходы за счет отказа от классических двигателей внутреннего сгорания, которые потребляют дизельное топливо и требуют регулярного обслуживания. Ввод парома в эксплуатацию планируется в 2021 году.

Электрический паром является судном нового типа. То есть его создание возможно только при проведении научно-технических и опытно-конструкторских, а также проектных работ, в ходе которых будет использован ранее созданный научно-технический задел и созданы новые результаты интеллектуальной деятельности. Следует отметить, что в настоящее время существует 9 изобретений и полезных моделей по всем направлениям деятельности, которые могут быть использованы при создании парома. Но ни одно из этих изобретений не может быть использовано непосредственно по лицензионному договору, т.к. каждое из них необходимо доработать на уровне формулы. Изменение конструкции повлечёт изменение дизайна и конструктивных решений внешнего вида парома. По этой причине его дизайн будет охраноспособным в статусе промышленного образца. По состоянию на сегодня ни один из промышленных образцов в части паромов не может быть использован при создании электоропарома. Создание электрического парома также потребует разработки принципиально новой системы управления судном, т.к. в настоящее время не зарегистрировано ни одной программы для ЭВМ, которая могла бы быть использована для данных целей.

Опыт строительства и эксплуатации судов данного типа позволит оценить эффективность внедрения электропаромов и в других регионах, во многих из которых водный транспорт является безальтернативным. Всего в Российской Федерации на 2020 год по данным Российского Речного Регистра насчитывается 120 речных паромов (не считая барж, барж-площадок, буксиров и толкачей, используемых на переправах), средний возраст которых составляет 39 лет. При этом принятие решение о замене действующих паромов на электроходы должно приниматься индивидуально в каждом отдельном случае после комплексной оценки такого варианта с учётом мнения контролирующих и надзорных организаций.

Одновременно, учитывая инновационность решений, применяемых в судах на альтернативных видах топлива, представляется целесообразным рассмотреть возможность выдачи разрешительной документации при соблюдении минимально необходимого набора требований, а в отдельных случаях – и по упрощённой схеме (исходя из условий эксплуатации). Такое решение позволит сократить стоимость строительства современных судов и как следствие – увеличение числа экологически чистых судов на реках России.

Алексей Тимофеев.

Подробнее о теме электродвижения в ходе конференции «СПГ-флот, СПГ-бункеровка и другие альтернативы» 28 октября 2020 года расскажет председатель совета директоров «Нордик Инжиниринг» Николай Шабликов. Информация о конференции доступна по ссылке >>>

Еще больше интересного отраслевого контента на наших страницах в соцсетях: в FaceBook, канале в YouTube, паблике в Telegram, странице в Twitter и канале в Яндекс.Дзен