Паруса под напряжением. Юлия Соборницкая
О лодках, двигающихся при помощи солнечной энергии, «КиЯ» не раз писал. Но есть повод поговорить об этом вновь. Этим летом в Петербурге состоялись вторые Международные инженерно-спортивные соревнования «Солнечная Регата-2015». Гонки проходили в рамках Балтийского Морского фестиваля, в гавани Ленэкспо на Васильевском острове.
В этот день Петербург оказался щедр на солнечную погоду, город явно благоволил к молодым инженерам, развивающим «зеленую энергетику». В соревнованиях участвовали 6 команд, представляющие Рязанский Государственный радиотехнический университет при участии КБ «Аврора», Московский Государственный Машиностроительный Университет Машиностроения (МАМИ), Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого, Московский Энергетический институт, Нижегородский государственный технический университет НГТУ им. Р.Е. Алексеева и Санкт-Петербургский государственный Морской Технический университет.
С самого начала стало ясно: интриги не получится – слишком явным было лидерство рязанской команды, их лодка лидировала с большим отрывом практически во всех заездах. В итоге рязанские радиотехники стали абсолютными победителями «Солнечной регаты»-2015 и увезли с собой главный приз. Второе – «серебряное» – место разделили нижегородские политехники и их коллеги – хозяева соревнований, петербургские студенты. Почетное третье место – у команды Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ). Победителям и призерам были вручены кубки – стилизованные изображения солнечного диска в зените. Впрочем, без призов не остался никто.
Памятный трофей – кубок в номинации «Лучшая командная работа» – получила команда петербургских корабелов – Морского Технического Университета (СПбГМТУ). Работы по подготовке лодки ребята закончили практически за несколько часов до старта. Молодые инженеры из Московского энергетического института (МЭИ) были отмечены как команда-дебютант.
«Солнечная регата» – молодой проект, идея которого принадлежит выпускникам бизнес-школы Сколково. Первые соревнования «Солнечная регата» состоялись в 2014 г. в акватории Лужников. Идею развития возобновляемой, в первую очередь солнечной энергии поддерживают Предпринимательское сообщество Сколково Российская венчурная компания, Агентство стратегических инициатив, Министерство промышленности и торговли, комитет по энергетике Государственной думы РФ.
Серьезные структуры преследуют не менее серьезные цели: стимулировать студентов технических вузов самостоятельно разрабатывать и строить лодки, приводящиеся в движение солнечной энергией. «Солнечная регата» – это не столько спортивный, сколько инженерный проект, когда студенческие команды на практике доказывают реальность своих идей и дееспособность сделанной ими техники, гонки лодок – заключительный этап соревнований.
В свободном стиле.
По условиям участники соревнуются в трех классах. Класс «А» рассчитан на применение солнечных панелей общей мощностью не более 2000 Вт, класс «В» – на солнечные панели не более 1200 Вт и класс «С» – на солнечные панели не более 600 Вт. Поскольку команд было не так много, все лодки гонялись вместе, а зачет шел в свободном классе. Общими требованиями для всех участников были применение аккумулятора емкостью не более 3.6 КВт∙ч, лодка должна уложиться в размеры 8 м в длину и 2.4 м в ширину, но самое главное – все гоночные суда должны быть построены участниками собственноручно.
По мнению экспертов, команды-призеры и показали наиболее интересные суда в конструктивном плане и плане примененных технологий, и это понятно: и Рязань, и Нижний, и Питер уже имели опыт участия в прошлогодней «Солнечной регате», что, конечно, им в большой плюс.
Самой быстроходной стала лодка-чемпион «Звезда» из Рязани. Она выделялась не только скоростными данными, но и оригинальной конструкцией. «Звезда» – судно с динамическим принципом поддержания, на подводных крыльях из титана. Корпус лодки выполнен из легкого алюминиевого сплава. Верхняя часть закрыта облегченными солнечными панелями. Его габаритная длина – 4.1м, длина между перпендикулярами основного корпуса – 3,7 м, ширина – 2 м, максимальная мощность двигателя – 6 кВт. За счет создаваемой подводными крыльями подъемной силы, корпус поднимается над водой, сопротивление при этом значительно уменьшается, что и позволяет лодке развивать скорость до 35 км/ч. На стоянке и при следовании с малой скоростью судно плавает как обыкновенное водоизмещающее судно.
Основой силовой установки является компактный бесщеточный электромотор, развивающий мощность до 7 КВт. Для выхода лодки на подводные крылья мотор кратковременно запускается па полную мощность, и затем для поддержания движения требуется уже значительно меньше энергии. Пиковую мощность для выхода на крылья обеспечивают суперконденсаторы, производимые российским заводом-партнером. Энергию накапливают LiFeO4-аккумуляторы, в заряженном состоянии способные обеспечить до полутора часов движения лодки даже в пасмурную погоду. А внутренняя электроника обеспечивает максимально эффективное распределение получаемой энергии для работы мотора и заряда батарей.
Как рассказал капитан команды Виталий Савельев, в прошлом году рязанцы уже участвовали в «солнечных» стартах. Тогда они заняли второе место и решили бороться за победу, для чего сконструировали и построили новую лодку.
Звание самого экологического судна на регате заслужил нижегородский тримаран «Серебряная стрела», удостоенный серебряной медали. В рамках показательного заезда он единственный продемонстрировал возможность движения судна только на энергии солнца без аккумуляторов. Скорость движения при этом изменялась от того, на какую площадь солнечных модулей воздействовало солнце. За 8 часов при хорошей активности солнца две аккумуляторные батареи (по 95 Ач) полностью заряжены.
«Судно отлично показало себя год назад на первой российской регате в Москве, тогда мы стали чемпионами в классе судов с мощностью электродвигателя до 1 кВт. Тримаран подтвердил надежность технических разработок и на регате в этом году, – говорит глава команды Нижнего Новгорода Кирилл Гончаров. – Специально для стартов в Питере мы разработали собственную схему питания и управления электродвигателем, подняв его мощность в два раза, заменили солнечные панели на более современные и оптимизировали процесс заряда батарей от солнца».
Тримаран состоит из центрального корпуса и двух поплавков-аутригеров, его длина 5,5 м, ширина 2,4 м, масса – около 150 кг. Материал корпуса – стеклопластик, формы выбраны из условия минимального сопротивления движению. Энергосистему питают четыре солнечные батареи, электродвигатель мощностью 0.87 КВт работает от напряжения 24 В и оснащен винтом регулируемого шага.
По словам Кирилла Гончарова, солнечную энергию в электрическую преобразуют четыре поликристаллических модуля российского производства SunWay FSM 150 P мощностью 150 Вт. При выборе солнечных панелей нижегородские политехники ориентировались на электрические параметры, в том числе, силу тока, вырабатываемую модулем (8,15 А), габариты и стоимость.
Вместе с нижегородцами вторую ступень пьедестала разделила команда СПбПГУ. Питерские политехи по праву гордятся, что их лодка – тримаран «Амон Ра» придумана и полностью, от корпуса до самой мелкой детали, сделана собственными руками на базе Клуба технического яхтинга. «Яхтинг – общая страсть на всех, – признается руководитель клуба Алексей Майстро. – Но нам интересен именно технический яхтинг, мы же инженеры. Нас очень вдохновляет идея идти на солнечных батареях долгое время, не потребляя дополнительной энергии. И мы будем стремиться тому, чтобы сделать такое судно».
Корпус «Амон Ра» сделан из дерева, волновое сопротивление – минимальное. габаритная длина – 6 м, длина между перпендикулярами основного корпуса 1,1, длина между перпендикулярами поплавков 2,2. ширина 2, 4 вес тримарана 350 кг, максимальная мощность ГД – 1,7 кВт. Он рассчитан на переходный режим, хотя может находиться и в водоизмещающем. Петербуржцы применили солнечные модули, произведенные по тонкопленочной технологии на основе микроморфного кремния. Одно из преимуществ технологии в том, что фотоэлементы даже в условиях рассеянного света эффективно поглощают солнечное излучение, обеспечивая максимальную выработку электроэнергии. Эта технология обладает потенциалом увеличения КПД до 20%. Работы по ее совершенствованию ведут ученые Санкт-Петербургского научно-технического центра тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
В главной роли – топ-панели
«Солнечная регата – один из шагов, который, хоть и немного, все же способствует возрождению нашей отрасли, – считает директор Российской Ассоциации предприятий солнечной энергетики Антон Усачев. – России необходимо создавать и культивировать техническую среду, чтобы тестировать новые технологии на практике. «Солнечная регата» – отличная площадка для этого, а также для того, чтобы служить местом встреч молодых инженеров и высокотехнологичных компаний для пополнения кадрового резерва».
Команды использовали традиционные кристаллические солнечные модули, замечает Антон Усачев. Их КПД – в пределах 15-17 %. В малом судостроении они наиболее распространены. На лодке, где площадь для размещения солнечных модулей ограничена площадью палубы, они дают наибольшую выработку энергии. Между собой поликристаллические модули различаются мощностью фотоэлементов и стоимостью. Небольшая разница в КПД фотоэлементов не ключевой фактор в выборе в пользу того или иного производителя, сегодня конкурентоспособность фотоэлементов определяется скорее стоимостью солнечного модуля. По мере ее снижения будут больше оснований более массового использования солнечной энергии малыми судами.
«Сегодня совершенно ясно, что будущее – за использованием возобновляемых источников энергии. У этой темы огромный потенциал, и все успехи у нас еще впереди, – с оптимизмом смотрит в будущее основатель «Солнечной регаты» и президент оргкомитета соревнований Евгений Казанов. – А значит, «Солнечная регата» будет продолжаться!»
Попутного солнца в будущих инженерно-спортивных стартах!
Справка от специалиста
Антон Усачев, директор Российской Ассоциации предприятий солнечной энергетики
Развитие возобновляемой энергетики – это глобальный тренд. Из всех видов возобновляемой энергетики на солнечную сегодня приходится примерно 30%. Суммарная мощность построенных в мире солнечных электростанций достигла 120 ГВт. А объем инвестиций в солнечную энергетику во всем мире в 2014 г. вырос по сравнению с 2012 г. на 25%. Страны активно ее развивающие – США, Китай, Германия, Япония.
Если раньше ведущим направлением развития отрасли была гонка технологий, то сегодня на первом месте снижение себестоимости и, соответственно, цены продукции. Идет конкуренция за стоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечными и традиционными электростанциями.
Страны, развивающие солнечную энергетику, стремятся к сетевому паритету – адекватному соотношению стоимости солнечной электроэнергии и электроэнергии вырабатываемой на другом виде топлива. Уже сегодня в ряде стран цена солнечной электроэнергии составляет в пересчете на рубли около 3.5 руб./кВт∙час. С развитием технологий и в результате удешевления материалов себестоимость фотоэлементов за 10 лет снизилась в 8 раз, и эта тенденция будет сохраняться.
В нашей стране солнечная энергетика, конечно, в начальной стадии развития. Россия выдает сегодня менее 1% от общего объема мировой солнечной энергетики, и это очень оптимистичные данные. Тем не менее, страна вошла в список государств, развивающих «зеленую энергетику», и через несколько лет, развивая собственные технологии, сможет конкурировать на мировом рынке. Вся надежда на реализуемую масштабную госпрограмму по развитию возобновляемой энергетики, принятую в 2013 г.