CC BY
98
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОДВИЖЕНИЯ СУДОВ
Веревкин Владимир Федорович
Доктор технических наук, профессор кафедры электрооборудования и автоматики судов Морского государственного университета имени адмирала Г.И. Невельского
г. Владивосток
АННОТАЦИЯ
Системы электродвижения судов различного типа и назначения являются наиболее мощными и ответственными судовыми электроэнергетическими системами. Электродвижение находит на современных судах все большее применение. В статье рассматриваются основные тенденции применения электродвижения на судах на современном этапе.
ABSTRACT
Electrical propulsion sy^ems any tips and purposes represented the powerful and responsible ships power plants. Electrical propulsion sy^ems are widely used on the modern ships. The basic tendencies application of the electrical propulsion at modern Sage are looked in this article.
Ключевые слова: Судно, электродвижение, электроход, гребная электрическая установка, единая электроэнергетическая система.
Keywords: Ship, electrical propulsion, electrical vessel, electrical propulsion plant, united electrical power sy^em.
Использование электрической энергии для движения судов имеет давнюю историю. Еще в 1838 году российский профессор Б.С. Якоби представил научной общественности Петербурга «электрическую лодку», которая могла двигаться по Неве даже против течения с 14-ю пассажирами на борту. Электродвигатель для электрической лодки был спроектирован совместно с академиком Э.Х. Ленцем. Это был первый электродвигатель, предназначенный для практического применения. В качестве источника энергии использовались гальванические элементы, в качестве проводников были применены платиновые (!) струны. Естественно, в силу отсутствия в то время развитой электротехнической промышленности опыты Б.С.Якоби не привели к массовому внедрению электродвижения на судах. Тем не менее, «электрические лодки» в Х1Х веке строились в ряде стран, и к концу столетия их общее количество доходило до ста единиц [1]. «Электрические лодки» с питанием гребных электродвигателей от аккумуляторных батарей были экологически чище и вместительнее аналогичных паровых судов, но с внедрением на судах дизельных двигателей строительство аккумуляторных судов практически прекратилось.
Большинство «электрических лодок» того времени были предназначены для рекламных или увеселительных целей, однако, даже в то время были примеры использования аккумуляторных судов для практических целей. Наиболее ярким примером практического использования электрических лодок является организация в Бергене (Норвегия) регулярной паромной переправы. Эта переправа через фьорд обслуживалась восемью электрическими лодками челночного типа, вмещавшими до 18 пассажиров. Каждая лодка за день проходила до 60 км, делая рейс каждые пять минут и перевозя в общей сложности до 1800 пассажиров [1]. Эта паромная переправа с помощью электрических лодок была уже в те годы (1894 год) рентабельной !
Несмотря на относительно широкое использование в настоящее время дизель-электрических и турбоэлектрических электроходов, идея использования электрохимических аккумуляторов для электродвижения судов не потеряла смысла и в настоящее время [2,3]. Говорят, что новое - это хорошо забытое старое. В той же Норвегии, вероятно вспомнив
Бергенскую переправу 1894 года, организовали паромную переправу с использованием аккумуляторного автомобильно-пассажирского парома "Ampere." Этот паром вмещает 360 пассажиров и 120 автомобилей, совершает перевозки через Согнефиорд, делая 34 двадцатиминутных шести километровых рейса в сутки. Два электромотора мощностью по 450 кВт получают питание от литий-ионной аккумуляторной батареи суммарной емкостью 1000 кВт.ч. Судовладельцу использование такого судна-электрохода позволяет экономить до 60% на стоимости топлива [4 с.75].
Двадцатый век для электродвижения судов характеризуется широким использованием электроходов с дизель-электрическими и турбоэлектрическими установками как на постоянном, так и на переменно-постоянном и переменном токе [4]. Советский Союз по числу построенных и эксплуатируемых электроходов занимал одно из ведущих мест в мире. Относительное число электроходов в дальневосточном регионе нашей страны во второй половине двадцатого века значительно превышало относительное число электроходов как в нашей стране, так и в мировом флоте [5].
Современный этап (девяностые годы двадцатого столетия) применения электродвижения на морских и речных судах условно можно считать начался с применения финскими судостроителями на судах принципиально новых пропульсивных комплеков типа "Azipod" (фирмы ABB) и широкого использования статических полупроводниковых преобразователей частоты: циклоконверторов ( НПЧ - без промежуточного звена постоянного тока) и синхроконверто-ров (с промежуточным звеном постоянного тока) [6].
Применение «Азиподов» позволило существенно повысить маневренные качества судов, вынести движительную установку за пределы прочного корпуса, что позволяет более рационально использовать внутрисудовое пространство. Мощности единичных пропульсивных комплексов типа «Азипод» достигают 25 мегаватт. В настоящее время такими пропульсивными комплексами оборудованы сотни судов самого различного назначения: круизные суда, паромы, ледоколы, танкеры и суда-снабженцы ледового класса. Ледоколы, оборудованные Азиподами с наклонной установкой, обладают повышенной ледовой проходимостью [7].
Гребные электрические установки (ГЭУ) обладают рядом общепризнанных преимуществ: отсутствием жесткой связи между первичным двигателем и движителем, что дает свободу в размещении элементов пропульсивной установки, обладают высокой маневренностью, надежностью и живучестью за счет дробления мощности на отдельные агрегаты, возможностью агрегатного ремонта и т.п. Но два достоинства особенно ценны и способствуют применению ГЭУ на современном этапе - это возможность отбора мощности на общесудовые нужды путем создания на судне единых электроэнергетических систем (ЕЭЭС) и экологичность ГЭУ
ГЭУ традиционного типа за счет двукратного преобразования энергии менее экономичны по сравнению с пропуль-сивными установками с прямой передачей вращающего момента на судовой движитель. Применение ЕЭЭС позволяет существенно улучшить экономические показатели особенно в долевых (частичных) режимах, при этом экономия топлива может доходить до 25%. На судах-электроходах дизели работают практически в номинальном режиме, при этом происходит полное сгорание топлива, и в выхлопных газах отмечается минимальная доля вредных веществ. Общепризнано, что наиболее экономичными и экологичными судовыми энергетическими установками в настоящее время являются дизель-электрические гребные установки с использованием среднеоборотных дизелей.
В последнее время экологические требования к судовым энергетическим установкам все более ужесточаются. Так называемая зона контроля выброса для морских судов (Emission Control Areas) будет в полном объеме установлена с 2020 года. К этому времени от 80 до 90% ныне эксплуатируемых судов выработает свой срок службы и попадут по действие ECA, поэтому при строительстве новых и модернизации нынешних судов следует вопросам экологичности судовых энергетических установок уделять самое серьезное внимание. В наиболее развитых в индустриальном отношении странах ведутся и уже выполнены разработки так называемых двухтопливных дизелей (dual-fuel engines). Так фирмой MAN B&W Diesel Group, например, разработаны подобные двигатели мощностью от 6000 до 18000 kW [8].
Среди всех видов органического топлива, используемого для привода генераторов судовых электроэнергетических систем можно выделить только три вида, которые соответствуют требованиям ESA. Это обычное легкое дизельное топливо с низким содержанием серы (дистиллят), тяжелое дизельное топливо с установкой соответствующих фильтров и сжиженный природный газ (СПГ или LNG). Использование СПГ позволяет судовым двигателям работать в таком режиме: при заходе в зоны действия ECA двигатели работают на СПГ, а вне зоны действия ECA двигатели могут работать на дизельном топливе, и такие суда могут работать по всему миру.
В связи с дальнейшим освоением арктических вод отмечается повышенное внимание строительству судов, способных плавать в Арктике. Наряду со строительством ледоколов и ледокольно-транспортных судов с традиционными дизель-электрическими гребными установками, в нашей
стране ведется строительство серии новых ледоколов-атомоходов с мощностью трехвальной ГЭУ 60 МВт, а также проектируется атомный ледокол-лидер с мощностью на валах 110-130 МВт.
Однако, среди некоторых специалистов есть мнение, что строительство ледоколов с парогазовыми турбинами в качестве приводных двигателей синхронных генераторов будет экономичнее в пять раз, чем строительство новых атомоходов [9].
В одной статье сложно подробно рассмотреть все возможные сферы использования электродвижения на различных судах. Помимо гражданского флота электроходы довольно широко применяются в военно-морских флотах разных стран. Достаточно вспомнить недавнюю эпопею со строительством во Франции для российского ВМФ «Мистралей», которые оборудованы движительными комплексами "Azipod.". В США ведется строительство «полностью электрического» авианосца «Джон Ф. Кеннеди» с электромагнитными катапультами. «Полностью электрические» военные суда с электромагнитной артиллерией и электродвижением строят и другие страны.
Электродвижение судов начиналось с «электрической» лодки Б.С.Якоби. В наши дни также строятся малотоннажные суда с питанием гребных электродвигателей не только от современных аккумуляторных батарей, но и от электрохимических генераторов и солнечных элементов (Full green ships). Зародившееся 178 лет назад электродвижение судов продолжает развиваться с учетом новых достижений науки и техники, и основные тенденции развития электродвижения судов - это улучшение экономических и экологических показателей судов-электроходов.
Список литературы:
1.Константинов Н.Н. Краткий исторический очерк электрического судодвижения: Доклад на первом электротехническом съезде.- Санкт-Петербург, 1900.- 23 с.
2. Веревкин В.Ф. От электрической шлюпки до атомохода // Судостроение.- 1988.- № 12.- С.46-48.
3. Веревкин В.Ф., Устюгов С.И. Аккумуляторные электроходы // Судостроение.- 1996.-№ 2-3.- С.14-16.
4. Verevkin V.F. Tre fasi di propolsione elettrica. Italian Science Review. 2014; 11(20). PP. 150-154.
5. Веревкин В.Ф. Электроходы на Дальнем Востоке.-Владивосток: МГУ имени адм. Г.И. Невельского, 2006.- 134 с.
6. Woud H.K., Stapersma D. Design of Propulsion and Electric Power Generation Sy^ems. Published by IMarEST. London, 2002. PP. 177-178.
7. Андреев А.А. Круглогодичная навигация по трассам Северного морского пути - задачи и решения // Вестник СКФ.- 2015.- 04 (45) С.6-7.
8. Larger dual-fuel launched.-MER, March 2006. Published by IMarEST. London. P. 4.
9. Шатровский Д.А. Перспективные энергетические установки большой мощности для морских судов // Судостроение.- 2015.- №5.- С.33-35.
