Владимир Зинин, Вениамин Аваков
ПОДВОДНЫМ ЛОДКАМ XXI ВЕКА - СОВЕРШЕННЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ

ОАО СКБК - ведущая и единственная в России в области корабельных энергоустановок организация, обладающая реальным опытом создания и сдачи энергетических установок с электрохимическим генератором для подводных лодок Военно-Морского Флота.
Cозданию отечественных воздухонезависимых энергоустановок с электрохимическими генераторами (ЭУ с ЭХГ) для нужд Военно-Морского Флота (ВМФ) придается большое значение. В 1978 году специальным постановлением правительства функции головного разработчика энергоустановок были возложены на Союзное конструкторское бюро котлостроения (ныне ОАО СКБК).
На первом этапе - с 1978 по 1986 год - СКБК совместно с соисполнителями разработаны ЭУ с ЭХГ для трех типов морских объектов: малой подводной лодки (МПЛ) "Пиранья", глубоководного подводного аппарата (ПА) "Поиск-6" и подводного средства движения (ПСД) "Сирена-К".
К концу 80-х годов работы по энергоустановкам для ПА "Поиск-6" и ПСД "Сирена-К" были приостановлены после утверждения технических проектов и успешных испытаний макетных и опытных образцов основного оборудования ЭУ. В 1991 году в полном объеме были завершены работы по ЭУ с ЭХГ для МПЛ "Пиранья" (шифр ЭУ "Кристалл-20"). Впервые в отечественной практике по заказу Министерства обороны была разработана, изготовлена, отработана в стендовых условиях и сдана межведомственной комиссии полноразмерная энергетическая установка с ЭХГ мощностью 130 кВт, представляющая собой первое поколение российских корабельных ЭУ с ЭХГ.
В ходе работ была сформирована в полном объеме кооперация из почти 30 специализированных предприятий, сформулированы основные принципы и концепция развития корабельных ЭУ с ЭХГ, которая предусматривает в ближайшей перспективе обеспечение многомесячного непрерывного подводного плавания ПЛ при безусловной безопасности эксплуатации ЭУ, а также накоплен значительный задел по основным системам и оборудованию энергоустановок с ЭХГ, включая различные варианты систем хранения водорода и кислорода. Были рассмотрены: баллонное хранение реагентов в газообразном состоянии под давлением 40 МПа; связанное хранение водорода в составе боргидрида натрия и гидрореагирующих соединений, а кислорода - в составе перекиси водорода и перманганатов калия и натрия; криогенное хранение водорода и кислорода; наконец, связанное хранение водорода в интерметаллидных соединениях. Большая часть работ по указанным вариантам хранения реагентов доведена до уровня макетных и опытных образцов, прошедших стендовую отработку и межведомственные испытания.
Учитывая, что ЭУ с ЭХГ относятся к классу нетрадиционных энергоустановок, использующих при работе такие компоненты, как водород и кислород, в ходе разработки особое внимание уделялось пожаровзрывобезопасности (ПВБ), а также базовому (наземному) обеспечению ЭУ реагентами.

При создании ЭУ "Кристалл-20" были тщательно проанализированы зарубежный опыт разработки корабельных ЭУ с ЭХГ и имеющиеся в стране наработки для космических программ, выполненные Уральским электрохимическим комбинатом (УЭХК) в части ЭХГ и НПО "Энергия" (ныне РКК "Энергия") по системам хранения водорода и кислорода и по энергоустановке в целом. Из всего рассмотренного интерес вызвала разработка УЭХК электрохимического генератора "Фотон" для космических аппаратов, отличающегося высокой экономичностью и хорошими массо-габаритными характеристиками, однако не отвечающего по ряду параметров требованиям, предъявляемым к корабельному оборудованию. На его базе УЭХК до договору с ОАО СКБК ведет работы по созданию для ЭУ c ЭХГ второго поколения полностью адаптированного к корабельным условиям электрохимического генератора c увеличенным в шесть раз ресурсом, напряжением батареи 320 В и значительно сниженной стоимостью.
Отечественные ЭУ с ЭХГ второго поколения (ЭУ "Кристалл-27", "Кристалл - 27Э") качественно превосходят по своим техническим параметрам ЭУ с ЭХГ первого поколения.
Уже утвержден эскизный проект автоматизированной ЭУ "Кристалл-27", выполнен значительный объем работ в рамках технического проекта, оформляется конструкторская документация на макетные и опытные образцы оборудования ЭУ. При этом в полной мере используется задел по системам ПВБ, базового обеспечения и другим, созданный при разработке ЭУ первого поколения.
Один из вариантов автоматизированной энергетической установки с электрохимическим генератором - ЭУ "Кристалл-27Э" предназначен для использования в качестве источника электроэнергии, обеспечивающего увеличение подводной автономности ПЛ типа "Амур" на 15-45 суток в режиме экономического хода как непрерывно, так и с необходимыми перерывами, а также в режиме заряда аккумуляторных батарей (АБ) в подводном положении и для дополнительного подводного хода на АБ.
Принцип действия ЭУ и описание основных систем подробно изложены в "Военном параде", 3, 1997 г. В состав ЭУ входят:
- электрохимический генератор;
- интерметаллидная система хранения и подачи водорода;
- криогенная система хранения и подачи кислорода;
- комплекс систем пожаровзрывопредупреждения;
- система термостатирования;
- система управления;
- система электропитания.

В энергетической установке водород хранится в интерметаллидных соединениях и кислород - в жидком (криогенном) состоянии.
В основу обеспечения пожаровзрывобезопасности ЭУ "Кристалл-27Э" положены принципы нескольких уровней:
- обеспечение ПВБ средствами и конструктивным исполнением собственно оборудования и систем, направленными на прекращение подачи реагентов при аварийной разгерметизации и исключение загорания внутри оборудования и систем, предотвращение образования горючих смесей вследствие утечек реагентов и возникновения импульсов энергии, инициирующих взрыв и пожар;
- автоматический контроль технологических параметров ЭУ и параметров атмосферы выгородок ЭХГ и интерметаллидных накопителей с прекращением подачи реагентов - реализуется системой управления и системой взрывопожаропредупреждения; - автоматическое обнаружение взрыва или пожара в помещениях ЭУ;
- обеспечение ПВБ средствами специальных систем предотвращения взрыва и пожара, включая флегматизацию атмосферы помещений при авариях;
- локализация очага взрыва и горения в пределах помещения ЭХГ периферийными переборками повышенной прочности.
Указанные принципы реализуются комплексом схемных, конструктивных, технологических решений и организационно-технических мероприятий. Комплексная отработка мероприятий по обеспечению ПВБ произведена ОАО СКБК при участии РНЦ "Прикладная химия", ВНИИ ПО и других предприятий на опытных системах водорода и кислорода на специальном стенде ПВБ, смонтированном на испытательном комплексе "Сокол", а также на стендах перечисленных организаций при выполнении ОКР "Кристалл-20". Их эффективность была подтверждена Государственной комиссией, принимавшей ЭУ "Кристалл-20".
Важно отметить и абсолютную экологическую безопасность, потому что отсутствуют какие-либо проблемы, связанные с утилизацией как продуктов реакции (воды), так и в дальнейшем - утилизации оборудования и систем энергоустановки в целом по истечении срока службы ПЛ.

Оснащение неатомных ПЛ воздухонезависимыми ЭУ приводит к увеличению их стоимости за счет следующих факторов:
- собственно стоимость поставочного образца (головного, серийного) энергоустановки, которая может составлять около 15-20% от цены ПЛ;
- необходимых затрат на опытно-конструкторские работы, которые также влияют на продажную цену ПЛ.
Вместе с тем использование в составе ВМС ПЛ с воздухонезависимыми энергоустановками (ВНУ) вместо ПЛ с традиционными дизель-электрическими установками экономически выгодно, так как благодаря значительному повышению боевой эффективности позволяет сократить количество ПЛ.
ФРГ предполагает замену 18 дизель-электрических ПЛ проекта 206/206А на четыре ПЛ проекта 212, оснащаемые ЭУ с ЭХГ.
Ведущие страны - производители ПЛ с воздухонезависимыми установками предполагают как использование таких ПЛ в составе собственных ВМС, так и (с учетом их высоких экспортных возможностей) поставку другим странам. К упомянутым странам - производителям ПЛ в первую очередь следует отнести ФРГ, Швецию, Францию (предполагает только экспорт ПЛ с ВНУ). В настоящее время на мировом рынке военной техники появился ряд интересных коммерческих предложений в этой области. Так, четыре ПЛ проекта 212, оснащаемые энергоустановкой с ЭХГ, строятся в ФРГ по государственному контракту общей стоимостью 2,6 млрд. марок. Следовательно, стоимость одной ПЛ проекта 212 составит около 370 млн. долл. США.
ПЛ проекта 212 в количестве 2-4 единиц Италия планирует строить на своих верфях совместно с ФРГ также на основе государственного контракта.
Франция планирует поставку на экспорт (в Пакистан) трех ПЛ "Agosta", одна из которых оснащается парогазотурбинной ВНУ - МЕSМА, по контракту общей стоимостью около 900 млн. долл. США.
Представляется, что отечественная ПЛ, оснащенная ЭУ с ЭХГ, по своим характеристикам не уступающая зарубежным аналогам, в первую очередь ПЛ проекта 212 (ФРГ), будет конкурентоспособной.
ЭУ "Кристалл-27Э" с интерметаллидным хранением водорода, криогенным хранением кислорода и низкотемпературным электрохимическим генератором со щелочным матричным электролитом полностью удовлетворяет всем предъявляемым к ней требованиям, включая требования по пожаровзрывобезопасности, и конкурентоспособна с ЭУ ПЛ проекта 212, превосходя последнюю по экономичности и организации базового обеспечения за счет наличия автономного берегового комплекса заправки.
Береговой комплекс заправки не принадлежит собственно энергоустановке с ЭХГ. Однако его поставка заказчику совместно с ПЛ значительно повысит конкурентоспособность отечественной разработки. Страна-заказчик получит в комплекте автономный комплекс, надежно и своевременно способный обеспечивать ПЛ с ЭУ с ЭХГ водородом и кислородом как в мирное, так и, что особенно важно, в военное время.
Необходимо отметить, что достигнутые на ЭУ с ЭХГ второго поколения характеристики не являются предельными и могут быть существенно улучшены в первую очередь за счет совершенствования системы хранения и подачи водорода на борту ПЛ. Разработанной ОАО СКБК концепцией развития ЭУ с ЭХГ предусматривается создание корабельных энергоустановок с ЭХГ третьего поколения и оснащение ими неатомных ПЛ после 2010 года.
Если ЭУ с ЭХГ первого и второго поколений служат вспомогательными энергоустановками только на режимах экономического хода и позволяют увеличить подводную автономность ПЛ на почти 10 и 15-45 суток, соответственно, то ЭУ с ЭХГ третьего поколения представляют собой единый всережимный двигатель, обеспечивающий как подводный, так и надводный ход во всем диапазоне нагрузок, включая максимальные. ЭУ с ЭХГ третьего поколения позволяют увеличить подводную автономность неатомных ПЛ до 60-90 суток и в максимальной степени приблизить их по своим основным параметрам к атомным ПЛ.
ОАО СКБК - ведущая и единственная в России организация, имеющая реальный опыт создания и сдачи ЭУ с электрохимическим генератором для ПЛ ВМФ. В сложившейся кооперации контрагентов ОАО СКБК готово по заданию заказчика в течение 2-4 лет (в зависимости от уровня мощности и энергоемкости) разработать, изготовить и поставить ЭУ с ЭХГ самого высокого класса мощностью от 10 до 600 кВт (кратковременно до 4000 кВт), энергоемкостью от 100 до 100 000 кВт.ч, удельной энергоемкостью 150-200 Вт.ч/кг или 200-250 Вт.ч/л со всей обеспечивающей ЭУ инфраструктурой как для морских, так и наземных объектов, которые нуждаются в высококачественной электроэнергии в условиях вынужденной изоляции от окружающей атмосферы и когда важны высокий КПД ее производства, малые габариты оборудования, малошумность, экологическая чистота и небольшие выделения тепла.