CC BY
133
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 2006. Т. 6, №3. С.160-161
УДК 621.355
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
В. М. Алашкин, Ю. А. Батраков, Б. И. Туманов, А. Н. Кукушкин,
П. И. Николенко, С. Д. Севрук, В. Г. Удальцов
Федеральное космическое агентство ФГУПНПК «Альтернативная энергетика» («АльтЭн»),
Электроугли, Россия
Поступила в редакцию 23.04.06 г.
Представлен опыт разработки и применения источников энергии различных электрохимических систем для использования в наземных и бортовых системах электропитания современной и перспективной ракетно-космической техники, подводных аппаратов, электронной техники и других обьектов с высокими специфическими требованиями к источникам электропитания
Our experience of the design and application of power sources based on various electrochemical systems for surface and rocket-borne power systems of modern and promising rocket-space vehicles, submarine vehicles, electronic hardware, and other objects with high specific requirements to power sources is presented.
Федеральное Государственное унитарное предприятие «Научно-производственный комплекс источников тока “Альтернативная энергетика”» (ФГУП НПК «АльтЭн») специализируется в области разработки и производства источников энергии для ракетно-космической и авиационной техники.
Коллектив предприятия имеет более чем 30летний опыт организации и проведения научных, системных и прикладных исследований, опытноконструкторских и других работ в обеспечении создания и развития автономных бортовых и наземных генераторов прямого преобразования химической энергии в электрическую (электрохимические генераторы (ЭХГ), первичные химические источники тока (ХИТ) и аккумуляторы). В настоящее время НПК «АльтЭн» ведёт работы по трём основным направлениям: литиевые первичные ХИТ и аккумуляторы для систем автономного электропитания ракетно-космических систем, бортовые авиационные аккумуляторные батареи (АБ), воздушно-алюминиевые (ВА) ЭХГ. На предприятии действует система качества разработки и производства, сертифицированная по 180 9001.
Использование методов математического моделирования и системного подхода при проектировании источников энергии в сочетании с гибкой технологией производства позволяет обеспечить оптимальные характеристики систем электропитания для каждого конкретного потребителя.
Благодаря использованию системного подхода к исследованию и проектированию источников энергии в результате НИР и ОКР, выполненных НПК «АльтЭн» в течение последних двух десятилетий, разработаны и внедрены в серийное производство литиевые ХИТ, по уровню характеристик не имеющие аналогов в мировой практике. Эти источники предназначены для использования в наземных
и бортовых системах электропитания современной и перспективной ракетно-космической техники, подводных аппаратов, электронной техники и других областей с высокими специфическими требованиями к источникам электропитания. Литиевые ХИТ 14ФУЛ-600, (рис. 1) — эксплуатируются более 10 лет в системах автономного энергоснабжения.
Бортовые литиевые батареи — типажный ряд 12ФУЛ-150, ФУЛ-15ОМ (рис. 2) — успешно прошли лётные испытания на разгонном блоке «Бриз-М». Батареи допускают произвольную пространственную ориентацию, не требуют технического обслуживания и специальной подготовки перед включением на нагрузку, поэтому монтаж источника питания на изделие осуществляется непосредственно на заводе-изготовителе разгонного блока.
Литиевые ХИТ НИК «АльтЭн» нашли применение в системах гарантированного электроснабжения Государственной службы точного времени и мониторинга окружающей среды.
НПК «АльтЭн» разработаны и серийно производятся никель-кадмиевые бортовые АБ, применимые для всех типов боевых и транспортных самолётов и вертолётов ВВС. Указанные АБ разработаны с использованием ноу-хау и отдельных комплектующих мирового лидера в этой области — фирмы HAWKER (VARTA®). АБ производства НИК «АльтЭн» обеспечивают автономный запуск авиадвигателя в диапазоне температур от -30 до +50°C и срок эксплуатации 10-12 лет. Характерная особенность, определяющая новые полезные свойства этих батарей, — способность к высокофорсированному заряду. После трёх запусков авиадвигателя ёмкость батареи при заряде от бортовой сети за 15 минут восстанавливается до уровня 90% от исходного значения.
© В. М. АЛАШКИН, Ю. А. БАТРАКОВ, Б. И. ТУМАНОВ, А. Н. КУКУШКИН, П. И. НИКОЛЕНКО, С. Д. СЕВРУК, В. Г. УДАЛЬЦОВ, 2006
Опыт разработки и применения источников питания для систем автономного энергоснабжения
В настоящее время НГЖ «АльтЭн» совместно с ФГУП «НИИЭИ» разработал литий-ионный аккумулятор нового поколения для использования в качестве бортового источника питания перспективных космических аппаратов (рис. 3).
НПК «АльтЭн» совместно с МАИ выполняет разработки перспективных источников питания для автономной энергетики. Новые высокоэффективные системы децентрализованного энергоснабжения на основе энергоустановок (ЭУ) с воздушноалюминиевыми (ВА) химическими источниками тока (ХИТ) представляют собой механически перезаряжаемые источники многоразового действия с высокими энергетическими характеристиками. Они отличаются полной экологической чистотой как в процессе эксплуатации, так и в процессе производства и утилизации отработавших свой срок службы ЭУ и ХИТ.
Расчётные оценки и накопленный нами к настоящему времени опыт разработок показывают, что в этих установках в зависимости от мощности, времени разряда, применяемого электролита и конструктивного исполнения может быть реализована удельная энергия по массе 720-3060 кДж/кг (200850 Вт-ч/кг) и 900-3600 кДж/л (250-1000 Вт-ч/л) по объёму, что более чем на порядок превышает таковую для традиционных систем. Нами разработан целый функциональный ряд модульных ЭУ с ВА ХИТ различной мощности. Этот ряд позволяет перекрыть диапазон мощностей от единиц Вт до десятков кВт. Созданы опытные образцы ЭУ с источниками, использующими как щелочные, так и солевые электролиты с различными добавками и специально разработанным анодным сплавом (рис. 4).
При эксплуатации этих ЭУ обеспечивается многократный механический перезаряд в отсутствие энергосети, возможность приготовления электролита в полевых условиях, возможность полной регенерации электролита, а также возможность полной регенерации или коммерческой реализации продукта реакции — гидроксида алюминия. Последний является промежуточным продуктом при производстве алюминия по общепринятому способу Байера и легко может быть регенерирован до алюминия по существующей промышленной технологии. Таким образом, алюминий, по существу, является энергоносителем, что
позволяет говорить о создании основ «алюминиевой энергетики» для распределённого энергоснабжения объектов, удалённых от энергосетей.
Анализ потребностей в автономных источниках энергии и особенностей рассматриваемой электрохимической системы позволяет сделать вывод, что ВА ХИТ и ЭУ на их основе могут быть наиболее эффективно использованы в качестве резервных, аварийных или основных источников энергии в телекоммуникационных системах, для децентрализованного электроснабжения удалённых и трудно доступных объектов в качестве индивидуальных источников энергоснабжения, для заряда аккумуляторов в отсутствие электросети, в наземных и водных транспортных средствах.
В авиации ВА ХИТ целесообразно использовать в качестве аварийных источников и для энергоснабжения наземного технологического оборудования. Очень перспективно их применение в качестве основных источников энергии малоразмерных дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (электролётов). Такие аппараты могут эффективно использоваться в системах мониторинга состояния окружающей среды, для наблюдения за дорожным движением, в системах разведки и обеспечения подспутниковой связи и тому подобных приложениях.
В космических программах ВА ХИТ также могут служить аварийными источниками, однако наиболее перспективно их применение в тех случаях, когда начало активной работы аппарата отодвинуто от момента старта на длительный или неопределённый срок. Характерными примерами могут служить спускаемые аппараты для исследования планет, их спутников и астероидов, а также средства автономного перемещения космонавта в открытом космосе («космический мотоцикл»).
Естественно, при этом целесообразно использование связанного хранения кислорода, что может сделать срок хранения до активации практически неограниченным. Наиболее подходящим источником кислорода следует признать пероксид водорода, так как при его разложении генерируются кислород и вода, причём в необходимом соотношении.
