Сегодня филиал "ЦНИИ СЭТ" – это многопрофильный специализированный научно-производственный центр, выполняющий наукоемкие научно-исследовательские, опытно-конструкторские и технологические работы, в том числе с полным циклом создания новой техники "под ключ": от научной идеи до монтажа на объекте.
Предприятие разрабатывает, изготавливает, поставляет и испытывает электрооборудование, автономные ЭЭС, гребные электрические установки, системы управления, контроля и диагностики, конструктивно-монтажные узлы, нагрузочные устройства. Для проведения испытаний электрооборудования и систем используется уникальный электротехнический стенд, на котором можно провести до 80% электротехнических испытаний, ранее выполняемых на судне.
Нельзя не отметить еще одну важнейшую область деятельности ЦНИИ СЭТ, касающуюся технологии судовых электромонтажных работ. Нашей основной заслугой в этой области стало создание формализованного математического описания технологии и последовательности выполнения электромонтажных и регулировочно-сдаточных работ при строительстве судов, НК и ПЛ, что позволило перейти от выборочного электромонтажа к индустриальным методам электромонтажных работ. Также в рамках этой деятельности институт создавал специальные конструктивно-монтажные узлы для глубоководных аппаратов (ГА) и подводных лодок. В этой сфере ЦНИИ СЭТ является одним из ведущих в России предприятий.
Одно из уникальных особенностей ЦНИИ СЭТ – это его стендовая база. Она состоит из двух электротехнических стендов мощностью, соответственно, до 5 МВт и до 40 МВт и множества лабораторий. Особо стоит отметить уникальный электротехнический стенд мощностью до 40 МВт, который обеспечивает возможность экспериментальных исследований и испытаний электрооборудования и электротехнических комплексов большой мощности.
В феврале 2018 года Министерство промышленности и торговли России подписало приказ о создании отраслевого центра компетенций в области судовой (корабельной) электротехники и технологии электромонтажных работ на базе филиала ЦНИИ СЭТ. Центр призван обеспечить высокий научно-технический уровень создаваемых проектов кораблей, судов и морской техники по электротехнической части. ЦНИИ СЭТ станет ведущим отраслевым экспертом по судовому и корабельному электрооборудованию, который будет задавать ориентиры в развитии судовой электротехники с учетом мирового и отечественного опыта.
Также в его компетенции находится выработка общих требований к созданию силового электрооборудования и формирование единого подхода к электромонтажным работам в судостроении и судоремонте. Кроме того, центр занимается экспертизой и подготовкой заключений по проектам электроэнергетических систем и систем электродвижения кораблей, судов и морской техники.
– Какие из проектов ЦНИИ СЭТ, реализованных за последнюю пятилетку, вы бы выделили?
– Мы оснащали своими системами как гражданские суда, так и военные корабли. Среди них такие знаковые проекты, как системы электродвижения для арктической группировки универсальных атомных ледоколов ЛК-60 (самых больших в мире на настоящий момент), системы электродвижения для военных ледоколов "Илья Муромец", а также ледоколов проекта 23550. Все новейшие АПЛ 4-го поколения также оснащены электрооборудованием производства ЦНИИ СЭТ.
– Как реализуется программа импортозамещения в сегменте судовой электротехники?
– Программа импортозамещения филиала ЦНИИ СЭТ направлена на разработку электрооборудования на полностью отечественных комплектующих, либо с применением электронной компонентной базы дружественных стран. Одним из последних результатов стало завершение опытно-конструкторской работы по созданию отечественных силовых сборок преобразовательной техники морского исполнения, в том числе для обеспечения строительства и эксплуатации универсальных атомных ледоколов проекта 22220.
Внедрение результатов данной работы позволит импортозаместить выпрямительные, инверторные и чопперные силовые сборки, произведенные на основе компонентов из недружественных стран. Это обеспечит поддержание функционального состояния группировки ледокольного флота России и даст возможность использовать при строительстве новых объектов морской техники (с повышенными параметрами мощности и напряжения) силовые сборки отечественного производства. Аналогичные работы проводятся сегодня в интересах ВМФ РФ.
– В 2012 году руководитель "Крыловского научного центра" академик Валентин Пашин прогнозировал, что корабли будут становиться все более "электрическими". Насколько оправдывается его прогноз? Что предполагают концепции "Полное электродвижение" и "Полностью электрифицированный корабль"?
– Современный корабль является сложнейшей технической системой, в которой особая роль отводится электроэнергетике. Сегодня невозможно представить корабельные системы и комплексы, способные функционировать без электрической энергии, и в этом смысле корабли и суда уже давно стали "электрическими", а все корабельные комплексы могут рассматриваться как потребители электрической энергии. С ростом уровня электрификации и автоматизации объектов морской техники, возросли мощности и напряжения электроэнергетических систем (ЭЭС), а также объемы судовых электромонтажных работ. Сегодня судовой электромонтаж соизмерим с объемом корпусных работ, и составляет порядка 30% общей трудоемкости постройки судна. В дальнейшем эти объемы будут только расти, это связано с увеличением насыщенности электрооборудования на объектах морской техники.
На современных судах, кораблях и подводной технике установлены сотни, а иногда и тысячи механизмов и устройств различного назначения, большая часть из которых приводится в действие электрическими приводами. Кроме того, некоторые суда имеют электрические гребные установки. Пропульсивные комплексы, системы управления, техническое оборудование, средства связи и навигации и многие другие системы и устройства – все это требует развитой ЭЭС и качественного электромонтажа, ведь для передачи электрической энергии от источников к потребителям, а также для управления, контроля и сигнализации на крупных судах должны быть проложены сотни километров кабелей и проводов.
В настоящее время в мире эксплуатируется уже порядка 100 судов с системами электродвижения (48% таких судов принадлежит Европе, 25% – Северной Америке, 19% – АТР и 8% – прочим странам). Согласно аналитике транспортной стратегии России, при сохранении актуальных темпов обновления парка доля судов с электродвижением в мире будет только расти. Тенденция к росту численности таких судов связана с несколькими факторами: освоением континентального шельфа и арктических морей (в этом сегменте суда с гребными электроустановками – это базовая необходимость), ужесточением экологических норм, использованием оружия на новых физических принципах и энергоемких систем на военных кораблях нового поколения.
В настоящее время прослеживается тенденция широкого внедрения на кораблях и судах систем полного и вспомогательного электродвижения. Наибольшее распространение электрический способ передачи энергии для вращения гребного винта нашел на судах, предназначенных для плавания в арктических и северных морях, а также буксирах. Применение электродвижения делает эти суда исключительно маневренными, а их ЭЭС способными воспринимать значительные нагрузки, связанные с частыми реверсами и взаимодействием гребного винта с ледяной крошкой и кромкой льда. Поэтому на большинстве ледоходов и судов ледового класса сегодня применяются системы полного электродвижения. Кроме этого они используются на судах (гидрографических, транспортных, спасательных и других) вспомогательного флота.
Частичное же электродвижение – это гибридная комбинированная система, сочетающая в себе надежность классических пропульсивных комплексов с прямой передачей энергии механическим способом и возможность использовать электрическую передачу в необходимые моменты времени. Данная система позволяет экономить до 25% топлива на маршевых ходах, а также обеспечивает малошумные поисковые режимы хода для надводных кораблей. В настоящее время прослеживается тенденция широкого внедрения систем полного и вспомогательного электродвижения на кораблях и судах.
Также за рубежом сегодня появилась концепция создания "электрического корабля". Основу энергоустановки (ЭУ) таких кораблей составляют единые энергетические комплексы. Создание таких комплексов, обеспечивающих интеграцию всей ЭУ на основе электрической энергии, стало возможным в результате революционных преобразований в области твердотельной электроники большой мощности, системах автоматизации и управления. В отечественном кораблестроении данные комплексы получили название единых электроэнергетических систем (ЕЭЭС). В связи с этим функционально ЕЭЭС представляет собой электроэнергетическую систему, объединенную с системой электродвижения, причем функционирование единой системы обеспечивается от одних и тех же источников электроэнергии. Основная задача ЕЭЭС обеспечивать:
- электропитание комплексов ВМВТ;
- электропитание общекорабельных систем и механизмов;
- электродвижение корабля.
В качестве источников энергии для комплексов вооружения на новых физических принципах рассматривается применение накопителей и преобразователей электрической энергии, выполненных на основе конденсаторов сверхвысокой энергоемкости, литий-ионных АБ и электрохимических генераторов. Особенностью системы электропитания "электрического" корабля является использование в ЭУ только электрических средств энергообеспечения всех потребителей без использования механических, пневматических и гидравлических средств. Данный подход требует создания электрических приводов различного назначения. Это позволит перевести все вспомогательные механизмы на электрический привод. При создании ЕЭЭС также потребуется переход на повышенное напряжение.
– Десятки российских ледоколов и судов вспомогательного флота оснащены судовыми электроэнергетическими системами с ГЭУ, созданными ЦНИИ СЭТ. Какие плюсы дает применение систем электродвижения на судах? Коммерческие судовладельцы проявляют сегодня интерес к судовым системам электродвижения?
– К числу основных преимуществ СЭД относятся следующие:
- СЭД позволяет создать гребную установку большой мощности, благодаря простоте соединения нескольких генераторов;
- использование быстроходных нереверсивных дизелей уменьшает массу гребной установки и занимаемую ею площадь;
- при электрической передаче применяют серийные дизели и турбины, что уменьшает число типоразмеров первичных двигателей;
- отсутствие механической связи между первичным двигателем и гребным винтом дает возможность наиболее удобно расположить компоненты СЭД;
- электрическая передача обеспечивает применение гребных винтов с наилучшим КПД и использование первичных двигателей в наиболее экономичном режиме, так как между первичным двигателем и винтом может быть выбрано практически любое передаточное число;
- при нескольких генераторных агрегатах электрифицированная гребная установка дает более высокую экономичность на малых и средних ходах, а также во время рейсов судна с частыми остановками и маневрами;
- в электрических гребных установках возможен так называемый агрегатный метод ремонта, существенно сокращающий время простоя судна на ежегодных ремонтах;
- СЭД часто увеличивают провозную способность судов, так как позволяют увеличить скорость хода при плавании в тяжелых условиях – при волне, во льдах и т. п.;
- большое число главных агрегатов СЭД повышает общую живучесть системы;
- СЭД с шинами постоянного тока простым регулированием электрических параметров позволяют получать малые скорости хода судна, осуществлять удобное регулирование скорости хода и автоматическое регулирование мощности установки. Гребной электродвигатель обеспечивает автоматическое уменьшение развиваемого момента при заклиниваниях винта и ударах.
Можно точно сказать, что сегодня наблюдается рост числа коммерческих судов с электродвижением во всем мире. Увеличение парка, прежде всего, отмечено в сегменте оффшорного и технического флота (это связано с определенными режимами работы и навигации, где суда с электродвижением показывают себя лучше, чем традиционные), в ледокольном флоте (из-за роста грузооборота по северным морским трассам) и на промысловом флоте (из-за необходимости работы на малошумных ходах).
В сегменте транспортных судов судовладельцы предпочитают устанавливать вспомогательные системы электродвижения, позволяющие экономить топливо на маршевых ходах. Пассажирские суда оснащают электродвижением для более комфортного пребывания пассажиров. Также активно используется электродвижение и на судах, чья навигация проходит в акваториях с высокими экологическими требованиями.
– Суда с электродвижением смогут стать реальной альтернативой теплоходам с традиционной энергетикой или будут оставаться нишевым решением, в первую очередь для ледоколов и судов с особыми требованиями?
– В настоящее время суда с электродвижением занимают свою нишу, однако с развитием технологий и ужесточением экологических норм их доля будет расти. В перспективе 10-15 лет мы ожидаем значительное увеличение количества судов с электродвижением, особенно в сегментах, где важны экологичность и маневренность. Уже сейчас многие судовладельцы рассматривают электродвижение как перспективное направление, особенно в свете ужесточающихся экологических норм. Это может подстегнуть массовое использование систем электродвижения на коммерческих судах.
– Оказываете ли вы помощь судовладельцам с ремонтом судов с зарубежными системами электродвижения?
– К нам не поступало обращений судовладельцев по поводу ремонта судов с зарубежным электрооборудованием. Также не стоит забывать, что наша организация в первую очередь – это научно-исследовательский институт, где приоритет отдается науке и созданию перспективных образцов электрооборудования. Кроме того, мы достаточно загружены работами в рамках гособоронзаказа и арктической тематики. Однако, если судовладельцам потребуется ремонт зарубежного электрооборудования на их судне, мы готовы рассмотреть возможность участия в такой работе – для этого у нас есть знания, опыт и компетенции.
– Каким вам представляется будущее судов с комбинированными пропульсивными установками, в которых в качестве источников электроэнергии применяются дизель-генераторы и аккумуляторы?
– Суда с комбинированными пропульсивными установками, у которых в структуре ЭЭС в качестве источников электроэнергии, помимо дизель-генераторов, используются аккумуляторы, хорошо подойдут для навигации в акваториях с повышенными экологическими требованиями. Также есть перспективы использования таких гибридных ЭЭС на промысловом флоте. Эксплуатация судна в данном случае выглядит следующим образом: оно доходит до района лова, используя дизель-генераторы, а там, ввиду необходимости снижения акустической сигнатуры, переходит на использование аккумуляторов. Кроме того, гибридные ЭЭС с аккумуляторами позволяют повысить энергоэффективность всей электроэнергетической системы судна, а также обеспечивают резервирование источника энергии в случае выхода дизель-генераторов из строя.
– На ледокол "Лидер" предлагалось установить самые крупные в мире вентильно-индукторные гребные электродвигатели (ИГЭД) мощностью 15 МВт. Какие преимущества имеют машины синхронного типа над асинхронными в подобных применениях?
– Ключевыми достоинствами вентильно-индукторных двигателей (ВИД) являются их высокая надежность и живучесть, возможная ремонтопригодность внутри корпуса судна при соблюдении определенных конструктивных условий и меньшая материалоемкость. Однако есть и минусы: более сложные алгоритмы управления и малый опыт использования таких электромашин в судостроении.
Синхронные двигатели позволяют выиграть в габарите и массе, именно поэтому они часто используются в электродвижительных колонках типа "Азипод" и там, где существует дефицит пространства. Зарубежные электромашиностроительные компании заявляют, что современные синхронные машины меньше асинхронных на 10-15%. Минусы таких машин – большая сложность и материалоемкость, меньшая надежность относительно асинхронных двигателей и ВИД. Синхронная электрическая машина в настоящее время является самой изученной, но достаточно просто управлять, она надежна и конструктивно проста. Главный минус – это большие габариты, определенные сложности связанные с пусковым моментом и токами, а также чувствительность к напряжению электропитания.
– Предполагалось, что мощные ИГЭД могут быть использованы на ледоколах или паромах. Каким вам видится перспектива их использования для транспортных применений?
– Применение ИГЭД оптимально для тех судов, где ключевым требованием является надежность. Это могут быть аварийно-спасательные суда, буксиры, атомные ледоколы, грузовые суда.
– Индукторными электромашинами оборудован буксир-спасатель "Виктор Конецкий". Что показала его десятилетняя эксплуатация?
– Опыт эксплуатации вентильно-индукторного двигателя на буксире-спасателе "Виктор Конецкий" главным образом показал высокую живучесть этого типа электродвигателя. Не секрет, что "Виктор Конецкий" принимал участие в т.ч. "Сирийском экспрессе" и эксплуатировался в условиях высоких температур и большой влажности.
– Система электродвижения с вентильно-индукторным приводом рассматривалась даже для СПК "Метеор"?
– ЦНИИ СЭТ не участвовал в проработке системы электродвижения с вентильно-индукторным двигателем (ВИД) для СПК "Метеор". Однако у нашего предприятия накоплен значительный опыт по созданию электроприводов на основе таких двигателей: мы создавали систему электродвижения с ВИД для буксира пр. 745, а в рамках ОКР "СЭД-БМ" нами был создан опытный привод с ВИД мощностью 15 МВт. Если ПКБ или судостроительный завод обратятся к нам с вопросом создания СЭД на основе ВИД, мы готовы принять участие в таком проекте.
– Может ли синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами быть интересен в качестве замены асинхронной машине?
– Синхронный реактивный электродвигатель с постоянными магнитами обладает высоким КПД и улучшенными массогабаритными характеристиками. Поэтому он может найти применение в электродвижительных колонках типа "Азипод", а также на маломерных судах и судах небольшого водоизмещения. Однако говорить о полной замене им асинхронных электродвигателей нельзя, каждая электромашина оптимальна для определенных требований и условий эксплуатации.
– В июле 2021 года в небо поднялся первый российский электросамолет со сверхпроводящим электродвигателем. Стоит ли ожидать появление подобных электромашин на судах?
– Тематикой сверхпроводимости наш филиал ЦНИИ СЭТ занимается уже давно. Первые работы датируются восьмидесятыми годами ХХ века. В настоящее время мы заканчиваем опытно-конструкторскую работу "СЭД-СП", которая позволит создать научно-технический задел для применения электрооборудования со сверхпроводимостью в судовых системах электродвижения. Использование сверхпроводимости при создании электрооборудования сулит большие перспективы в уменьшении масса-габаритных показателей электрооборудования и электротехнических комплексов. Главными проблемами же являются отсутствие материалов (в т.ч. дешевых), способных обеспечить высокотемпературную сверхпроводимость. Из-за этого приходится строить сложную систему охлаждения.
– Исторически институт специализировался на судовых электроэнергетических системах переменного тока. Сегодня в мире и в России появились суда с системой распределения на постоянном токе. В чем их отличия?
– В настоящее время на отечественном гражданском флоте распространены ЕЭЭС с СЭД двух типов: на основе трансформаторов и на основе преобразователей с активным входом. Однако в зарубежном судостроении относительно недавно появился тренд по внедрению на судах ЭЭС с СЭД на основе звена постоянного тока (ЗПТ) или, как ее еще называют, с шинами постоянного тока. Компания АВВ (Швеция, Швейцария) разработала проект судна, в котором реализована концепция ЕЭЭС с общей шиной постоянного тока (DC grid) и генераторами с повышенной частотой вращения и Power Management System (PMS) – системой управления энергопотреблением, разработанной для систем распределения энергии постоянного тока.
Данные разработки были впервые установлены на судне Dina Star – универсальном судне снабжения нефтяных платформ (длиной 93 м, валовой вместимостью 4800 тонн) проекта MT 6015 класса PSV, спроектированном Marin Teknikko по заказу норвежского судовладельца Myklebusthauo Management на судоверфи Kleven. Компания Siemens (Германия) также выводит на рынок подобную технологию.
Ключевым достоинством ЕЭЭС с СЭД на основе шин постоянного тока является высокая компактность и энергоэффективность таких систем. Они станут оптимальным решением для грузопассажирских судов, береговых сервисных судов, снабженцев, многоцелевых судов обеспечения и судов класса "река-море", которым важны эти параметры.
Высокая энергоэффективность и качество электроэнергии в бортовой сети ЕЭЭС с СЭД на основе шин постоянного тока и гибкое управление электрической мощностью, позволяет данным системам быть оптимальными для установки на НИС и суда технического флота. Наличие системы накопления энергии в батареях или суперконденсаторах, в свою очередь обеспечивает возможность хода судна в режиме "Работа с нулевыми вредными выбросами". Это необходимо для судов с повышенными экологическими требованиями и судов класса "река-море".
ЕЭЭС с ЗПТ предпочтительна для судов, где средства накопления энергии (аккумуляторы, суперконденсаторы и др.) выступают главными или единственными источниками электрической энергии. К таким судам могут относиться маломерные и безэкипажные суда. ЕЭЭС с СЭД со звеном постоянного тока позволяет повысить энергоэффективность и топливную экономичность до 14% и сокращает ресурсозатраты на обслуживание первичных двигателей за счет их более эффективной эксплуатации.
– ЦНИИ СЭТ разрабатывал тяговый электропривод для высокоскоростного поезда, который должен был заменить знаменитый "ЭР-200". Сегодня институт занимается транспортной тематикой, не связанной с морем?
– В начале 2000-х филиал ЦНИИ СЭТ в сотрудничестве с ЦКБ "МТ "Рубин" и РЖД участвовал в создании высокоскоростного электропоезда "Сокол". Нашей организацией разрабатывался для него тяговый электропривод. В эти же годы институт работал и по другим тематикам, связанным с наземным электротранспортом. Так, нами разрабатывалась система управления электропоездом "ЭД-6", электропривод трамваев "ПТВ-2000" и "ЛВС-86А-2200", электроприводы для троллейбусов "ПТЗ" и "ВМЗ". Также мы проводили работы по созданию электропривода шахтного вагона "БелАЗ-18СШ15".
За время проведения этих работ предприятием был накоплен значительный опыт по созданию тяговых электроприводов на основе полупроводниковой силовой микроэлектроники (IGBT-транзисторы, IGCT-тиристоры). Впоследствии он был использован для реализации систем электродвижения на флоте. В настоящее время ЦНИИ СЭТ не ведет работы по теме создания электрооборудования для наземного транспорта, так как полностью сконцентрирован на создании оборудования для нужд гражданского и военного флота, заказы от которых расписаны на несколько лет вперед.
-Поставляете ли вы регулируемые электроприводы для предприятий судоремонта? Какова ситуация с внедрением на отечественном гражданском флоте современной преобразовательной техники (ПЧ)?
– Основной тип регулируемого электропривода, поставляемый нашим предприятием на суда и корабли – это гребной электропривод. Также нами был проведен ОКР по созданию линейки преобразователей частоты мощностью от 5 до 8.25 кВт для электропривода судовых механизмов. Что же касается ситуации с внедрением на отечественном гражданском флоте преобразовательной техники, то основной проблематикой является отсутствие отечественной силовой микроэлектроники (IGBT-транзисторов, IGCT-тиристоров, конденсаторов, диодов) и другой электронной компонентной базы (ЭКБ) необходимого качества. В особенности возникают трудности из-за отсутствия IGBT-транзисторов и IGCT-тиристоров 65-го класса, рассчитанных на высокие токи и напряжения.
Из-за этого для создания собственной преобразовательной техники очень часто приходится применять зарубежную продукцию и ЭКБ. Ранее это была продукция стран Европы, Японии и США, теперь же в перечне поставщиков преобладает Китай. Некоторые судостроители покупают готовые преобразователи или даже систему целиком из-за рубежа. Однако, начиная с 2022 года, наше предприятие и другие отечественные организации ведут активную работу по созданию отечественной силовой микроэлектроники и преобразовательной техники на ее основе. В 2024 году ФГУП "Крыловский государственный научный центр" успешно окончил ОКР по созданию отечественных силовых сборок для преобразователей частоты.
– Как организована работа с молодыми специалистами в ЦНИИ СЭТ?
– Мы активно работаем с молодежью. Многие опытные сотрудники института становятся ее наставниками. У нас даже есть отдел, полностью укомплектованный молодыми специалистами. Многие из них еще получают образование. Предприятие активно взаимодействует с такими профильными вузами, как СПбГЭТУ "ЛЭТИ им. В. И. Ленина", Санкт-Петербургский горный университет, СПбГМТУ, ГУМРФ им. С.О. Макарова, ГУАП и др. Главной задачей в деле взращивания молодых специалистов мы видим повышение их технической грамотности и их развитие как ученых.
– Какие новинки готовите к "Неве"?
– В продолжении слов о внедрении преобразовательной техники на гражданском флоте, хотелось бы отметить, что в рамках международной выставки "Нева-2025" мы планируем показать один из образцов силовых сборок. Он произведен в рамках ОКР по созданию отечественных силовых сборок для преобразователей частоты. Работа финансировалась Минпромторгом РФ и была направлена на изготовление и проведение испытаний отечественных силовых сборок преобразовательной техники морского исполнения в обеспечение эксплуатации универсальных атомных ледоколов пр. 22220. Данные сборки мы планируем использовать не только на проекте 22220, но и на других судах, где потребуется создание мощных и высоковольтных систем электродвижения.
