Судно, оснащённое атомной электростанцией для обеспечения электроэнергией береговых и морских стационарных объектах
Большие вызовы - 2023
Направление "Современная энергетика"
Совместно с Центральным Конструкторским Бюро "Айсберг"
Узнать больше

Проблематика

Для энергообеспечения удаленных прибрежных районов континентов, островов, а также морских зон, на которых установлены морские стационарные объекты (буровые установки нефтяной и газовой добычи), как в России, так и в других районах земного шара необходимо использовать электростанции. Однако сооружение наземных электростанций, в том числе и ядерных, в этих районах крайне затруднительно и для решения данной проблемы актуально использование плавучих атомных электростанций. Также это решает проблемы проведения централизованного электроснабжения и доставки топлива в отдаленные районы. Но не всегда есть возможность разместить на берегу какую-либо часть оборудования и саму плавучую электростанцию непосредственно у береговой линии. В этих случаях атомная станция должна находиться на удалении от берега (до нескольких десятков километров) и передавать электроэнергию на берег. При этом она должна обладать способностью в случае крайне неблагоприятных погодных условий (сильный шторм) оперативно отключиться от береговых кабелей и самостоятельно перемеситься в безопасную зону, а затем снова включиться в работу. Эту задачу могут решать суда обеспечения электроэнергией (СОЭ).
Цель проекта:
Разработать систему передачи по подводным кабелям электроэнергии от судна, оснащённого атомной электростанцией, на береговой или морской стационарный объект.
Исходные данные:
  1. Электроэнергия на судне вырабатывается двумя турбогенераторами суммарной мощностью 100 МВт
  2. Судно может находиться на удалении от берега до 50 км (для расчётов принять 50 км)
  3. Глубина моря в точке подводных кабелей к судну до 100 м (для расчётов принять 100 м)

Гипотеза:

Для того чтобы передавать электроэнергию по подводным кабелям от судна, оснащённого атомной электростанцией, на береговой или морской стационарный объект, можно использовать систему с помощью крепления подводных кабелей к всплывающему швартовому бую, который фиксируется в заданной географической точке и присоединяется ко дну якорными цепями. Швартовый буй размещается в корпусе судна и крепится к турели на которой устанавливается поворотное контактное устройство.

Направления проекта

Подводные кабели
Швартовный буй
Подвижное контактное устройство
Система динамического позиционирования
Турель
3D-модель судна

Подводные кабели

Перед нами стояла задача передать электроэнергию с судна, оснащённого ядерной энергетической установкой, к наземной инфраструктуре на расстояние до 50 км. В ходе работы было выявлено, что для передачи электроэнергии напряжением 10 кВ, которую вырабатывает судовой генератор, требуется большое количество кабелей, которое технологически сложно подключить к судну. В связи с чем, нами было принято решение сократить количества кабелей увеличением напряжения силовой электрической сети до 110 кВ. Для этого потребовалось установить дополнительное устройство - повышающий трансформатор.

Швартовый буй и турель

При глубине порядка 100 метров с учётом того, что клюз буя находится на высоте около 6 метров относительно уровня воды нами была подсчитана оптимальная длина якорной цепи - 300 метров. Так же нам удалось написать программу на языке C++ которая позволила, как значительно уменьшить объём вычислений, так и ускорить их. Пользуясь данными полученными в ходе вычислений мы пришли к выводу, что высота буя будет составлять 6 м, диаметр 7 м, а объём буя должен будет составлять не менее 250 м³.
На основе всех этих вычислений мы составили 3D-модель. Снизу к бую подключены кабели и якорные цепи. При захождении швартового буя внутрь судна, буй подсоединяется к турели, которая может вращаться вокруг своей оси, независимо от самой плоскости судна, что позволяет исключить возможность, перекручивания кабеля.
Так же мы поработали над системой управления всплытием и погружением буя. Сжатый воздух из баллонов проходит по трубам, через открытый кабель продувки в балластную цистерну, там через открытый шпигат выходит вода, а так как воздух под высоким давлением, он выталкивает воду за борт. Из-за это цистерна опустошается, а буй всплывает.
Что бы погрузить буй, необходимо открыть клапан вентиляции, через который выйдет лишний воздух в цистерне, а через открытый шпигат в цистерну попадёт вода. Тем самым цистерна наполнится водой и буй погрузится.
Запасы воздуха в баллонах пополняются через выход к судну с помощью насосов. Для этого имеется отдельный клапан. Все клапаны регулируются блоком управления, а блок управления получает команды по кабелю, который выходит вместе с силовым высоковольтным кабелем.

Подвижное контактное устройство

Сложность заключается в подключении силового кабеля к судну обеспечения электроэнергии, а именно, нельзя допустить изменение положения и деформацию силового кабеля. Поэтому нам необходимо - разработать подвижное контактное устройство, обеспечивающее плотный контакт силового подводного кабеля с электроэнергетической системой судна, учитывая отклонения, волнения и вращения судна на поверхности воды.
Контактное устройство представляет собой токоприёмник основанный на аналогии взаимодействия щёток и коллектора в коллекторном электродвигателе, с целью обеспечить способность вращения контактного устройства около выводных контактов кабеля.
Конструкция КУ состоит из турели, с вращающейся вокруг своей оси, фундамента, на котором установлено КУ и трёх шин, сопряжённых с каждой фазой кабеля, посредством электрографитовых щёток.

Система динамического позиционирования

Система динамического позиционирования (СДП) – это комплекс оборудования, который обеспечивает удержание судна в заданной точке с заданным курсовым углом.

В состав системы динамического позиционирования входят: Azipod, подруливающее устройство, турель, навигационное оборудование
Курсовой угол объекта (судна, швартовного буя, турели) — это угол между диаметральной плоскостью объекта и земным меридианом, проходящим через географическую точку расположения объекта.
При подключении судна к швартовому бую необходимо:
  1. Совместить центр турели с географической точкой швартового буя;
  2. Поворотом турели контактного устройства совместить диаметральную плоскость турели с курсовым углом установки швартового буя.
При противодействии ветровой нагрузки:
  1. Совместить диаметральную плоскость судна с направлением ветра;
  2. Совместить диаметральную плоскость турели с курсовым углом установки швартового буя;

Турель

Турель – вращающаяся платформа, предназначенная для присоединения швартовного буя и размещения подвижного контактного устройства. Вращение турели обеспечивается гидроприводами.







3D-модель судна

Судно состоящее из 4 частей, было разделено на части из-за того что принтер не может печатать крупные детали. Для большей наглядности судна ещё созданы мелкие детали, как шлюпки и вертолет.
Разработаны 3D-модели основного оборудования: СОЭ, швартовный буй, подвижное контактное устройство, азипод, носовое подруливающее устройство, турель для крепления швартовного буя. На основании 3D-модели изготовлены и собраны действующие макеты.

Планы

Включение наших идей в каталог проектных решений АО ЦКБ "Айсберг".

Наша команда

  • Джимакаев Юсуп
  • Гусев Марк
  • Дианов Роман
  • Филько Николай
  • Фадеев Максим
  • Латышев Андрей
  • Маняпов Арслан
  • Андриянова Екатерина

Педагоги

  • Морозов Андрей Владимирович
    Ведущий научный сотрудник АО "ГНЦ РФ-ФЭИ"
  • Дорогов Юрий Валерьевич
    Преподаватель
  • Петрученя Владимир Васильевич
    Преподаватель
  • Феденева Анна Витальевна
    Стажёр
  • Гаврилов Андреей Юрьевич
    Эксперт
  • Соловьёв Сергей Леонидович
    Эксперт
Фотоотчёт
Контакты
Pvv@iceberg.sp.ru
Dorogov@iceberg.sp.ru