Un număr mare de panouri solare de la Marine Corps Base Twentynine Palms din California demonstrează angajamentul armatei americane față de sursele alternative de energie.
Prin combinarea a două sau mai multe surse de energie, sistemele hibride de alimentare sunt din ce în ce mai considerate ca fiind cea mai eficientă modalitate de a oferi soldaților demontați electricitatea de care au nevoie pentru a-și menține echipamentele electronice în funcțiune pentru perioade îndelungate departe de sursele tradiționale de energie.
La bazele de operare avansată și la instalațiile de teatru militar mai mari, aceste tehnologii, doar la scară mai mare, câștigă popularitate ca mijloc de reducere a dependenței de generatoarele diesel tradiționale. Armata SUA, în calitate de cel mai mare consumator de combustibili fosili lichizi din lume, lucrează pentru a-și reduce consumul pentru a-și reduce „coada” logistică și pierderile asociate de oameni și proprietăți ca urmare a atacurilor asupra convoaielor de aprovizionare. „Armata are o perspectivă unică asupra energiei regenerabile; ei nu îl folosesc pentru a fi „verzi”, ci mai degrabă pentru a-și crește capacitățile și rezistența la luptă, a spus Phil Robinson de la Protonex Technology. - Prin urmare, investițiile în tehnologii fiabile de management al energiei și energie alternativă au fost întotdeauna consistente și, prin urmare, eficiente. Destul de diferit de sectorul civil, unde investițiile în energie alternativă depind în mare măsură de prețul petrolului.”
Peter Podesser de la specialistul în celule de combustie SFC Energy a remarcat că combinația actuală de generatoare diesel și baterii cu plumb-acid este un sistem hibrid (sau mixt) care este complet matur din punct de vedere tehnologic. El a remarcat că în ultimii 10 ani a existat o cantitate imensă de muncă de dezvoltare în domeniul sistemelor hibride, în principal o combinație de generatoare solare și eoliene, baterii și celule de combustibil, dar desfășurarea lor în trupe este lentă. „Spre consternarea consumatorilor și a industriei, acest proces de implementare a durat pur și simplu mai mult decât se aștepta toată lumea. Dar dacă te uiți la industria de apărare, în practică, de regulă, este nevoie de zece ani pentru a introduce noi tehnologii.”
În parte, el atribuie acest lucru naturii în schimbare a războaielor, în special a celor purtate de Occident în ultimul deceniu. Astfel de conflicte, cum ar fi operațiunile conduse de SUA în Irak și Afganistan, au fost caracterizate de amenințări asimetrice. Au fost întâlniți în mod regulat de grupuri de patrulare individuale și de forțe speciale, care, într-un fel sau altul, aveau nevoie de energie pentru a-și îndeplini sarcinile. „Structura cererii s-a schimbat”, a spus Podesser. - Energia autonomă este o direcție promițătoare. De obicei, nu trebuie să vă întoarceți la o bază mare, unde energia este abundentă. Ai un număr mare de oameni care sunt departe de bază multe zile și în același timp trebuie să lucreze. Dezvoltarea energiei autonome este o consecință a unei schimbări în structura amenințării.”
O pilă de combustie este un dispozitiv care generează eficient curent continuu și căldură dintr-un combustibil bogat în hidrogen printr-o reacție electrochimică. Acesta este un sistem mult mai eficient în comparație cu motoarele cu ardere internă.
incubator militar
Deși armata a condus dezvoltarea sistemelor energetice hibride din punct de vedere tehnologic, dar când vine vorba de implementarea proiectelor, structurile comerciale și chiar guvernamentale le-au ajuns din urmă. Jeff Helm de la Saft Batteries susține că Armata SUA și Corpul Marin lucrează la sisteme de alimentare expediționare care au stabilit tendința pentru hibridizare în acest domeniu, dar în ceea ce privește implementarea practică, serviciile de urgență non-militare, industria petrolului și gazelor și altele. i-au depășit.care au suficiente fonduri de cumpărat și au mare nevoie de surse mobile de energie. „Armata este ca un incubator”, a remarcat Helm, „tehnologia din interior s-a maturizat, iar alții sunt angajați în comercializare”. El a explicat că armata se uită în primul rând la sectorul civil pentru a reduce costul noilor tehnologii înainte de a le introduce și adapta în scopuri militare. „Finanțarea mare pentru cercetare și dezvoltare nu se traduce întotdeauna în finanțare pentru achiziții”.
Podesser a fost de acord cu el, menționând că din 2000 până în 2010, Statele Unite și Germania au depus mult efort pentru dezvoltarea pilelor portabile de combustibil. Cea mai mare parte a lucrărilor a fost condusă de un grup de lucru NATO, care include SFC, dar după încetarea operațiunilor militare ale Alianței în Afganistan la sfârșitul ultimului deceniu, a urmat inevitabil o încetinire a ritmului de lucru. „În ceea ce privește funcționarea efectivă a acestora, revenim din nou la implementarea lentă de către structurile de stat... Prima etapă de dezvoltare este determinată în principal de cheltuielile militare, dar apoi de introducerea multor lucruri, de exemplu, panouri solare și pile de combustibil. , are loc în sfera civilă.”
De obicei, sunt așteptați primii utilizatori militari ai pilelor portabile de combustie noi, cum ar fi cele de la SFC. În primul rând, acestea sunt forțe speciale și alți specialiști precum avansați aviaţie observatori. Aceste unități, fiind elemente cheie ale forțelor armate, operează în prim-plan și îndeplinesc o mulțime de sarcini specifice, adesea pe jos și izolat de forțele principale, astfel încât au nevoie de surse de energie pentru a opera tot felul de sisteme și echipamente.
Tunnerul aerian înainte solicită sprijin aerian apropiat. S-au dus vremurile în care singurele mijloace erau un post de radio, un binoclu și o hartă. Acum tunnerul are o mulțime de dispozitive și toate au nevoie de electricitate
Dificultăți expediționare
„Tehnologiile energetice expediționare trebuie să fie ușoare, portabile și suficient de robuste pentru a fi utilizate în primele linii, fiind în același timp cele mai complexe din punct de vedere tehnic”, spune Robinson de la Protonex. . Astăzi, armata acceptă sisteme de management al energiei care cântăresc mai puțin de jumătate de kilogram pentru aprovizionare, acestea putând fi transportate în geanta de soldat. Acestea conțin zeci de mii de linii de cod de program pentru a evalua automat sursele de energie alternative și tradiționale disponibile, pentru a obține energie dintr-o sursă mai eficientă, pentru a transforma această energie în forma necesară și pentru a o acumula în cea mai capacitivă baterie sau alt dispozitiv. Deoarece aceste sisteme sunt complet automate, nu este nevoie ca utilizatorul să facă distincția între volți și amperi.”
Protonex SPM-622 combină conversia puterii de înaltă eficiență, managementul puterii echipamentelor și tehnologiile de stocare a energiei într-un singur produs; este capabil să furnizeze energie din diverse surse la aproape orice echipament militar portabil
În rândul armatei americane, potrivit lui Helm, în frunte se află Corpul Marin, deoarece esența sa expediționară face necesară reducerea sarcinii logistice prin toate mijloacele. El a citat ca exemplu programul MEHPS (Mobile Electric Hybrid Power Systems). Ca unul dintre mai multe programe de sisteme de energie ale Corps Expeditionary Force, MEHPS este dezvoltat în opțiuni hibride ușoare și hibride medii, inclusiv panouri solare, baterii litiu-ion și un generator.
Cerințele pentru o variantă hibridă ușoară de cinci kilowați includ restricții privind masa componentelor individuale, astfel încât acestea să poată fi transportate de două sau patru persoane. Acestea sunt generatorul AMMPS (Advanced Medium Mobile Power Sources) pentru cinci kilowați și generatorul tactic silențios TQG (Tactical Quiet Generator) pentru trei kilowați. Sistemul trebuie să fie ușor și suficient de mic pentru a fi transportat pe diferite tipuri de vehicule. Armata SUA vrea ca această opțiune să ofere cel puțin trei ore de funcționare și cel puțin opt ore de supraveghere silențioasă și să nu consume mai mult de 7,5 litri de combustibil pe zi. Cerințele de fiabilitate definesc 500 de ore de funcționare.
Versiunea hibridă MEHPS medie poate avea componente care necesită 4 până la 6 persoane pentru a ridica, generatorul său AMMPS ar trebui să furnizeze cel puțin 10 și, de preferință, 15 kW. Sistemul trebuie să fie inclus în remorca uşoară LTT-MCC (Light Tactical Trailer Marine Corps Chassis). Cerințele de supraveghere silențioasă sunt aceleași, de la trei până la opt ore, dar pentru că este concepută pentru a furniza mai mulți consumatori, cerințele de consum de combustibil sunt extinse: pragul este de 27,2 litri pe zi, iar ținta este de 22 de litri pe zi. Programul MEHPS se află în prezent în faza de dezvoltare și pre-producție și este programat să înceapă livrările în 2018. Potrivit lui Helm, sarcina principală în integrarea acestui tip de sistem este gestionarea energiei, adică software-ul de conversie și gestionare a puterii care controlează stabilizatorii de tensiune și invertoarele responsabile pentru conversia AC în DC.
consumul de soare
Energia solară devine o marfă. Potrivit lui Podesser, „Este vorba într-adevăr de posibilitățile sistemelor de energie solară flexibile, stivuitoare, cu peliculă subțire. Aveți nevoie de ele să fie ușoare, dar elementul cheie este robustețea și longevitatea în lumea reală, astfel încât aceste sisteme să poată supraviețui pe teren.” Unul dintre furnizorii de astfel de sisteme este compania americană PowerFilm. Ea a fost selectată în martie 2017 de armata americană și Thales pentru a-și asigura contractul de 49 de milioane de dolari UBC (Universal Battery Charger). Ca sursă de energie a fost ales un panou solar pliabil de 120 W de la PowerFilm. Acesta furnizează curent electric UBC, care, la rândul său, este capabil să încarce diferite tipuri de baterii, ceea ce permite echipei sau plutonului să lucreze cel puțin 72 de ore fără a reîncărca bateriile în locurile în care nu există o sursă de alimentare centralizată. PowerFilm spune că panoul solar ușor, robust și „extrem de portabil” se pliază cu ușurință în geanta unui soldat și poate fi desfășurat rapid în timpul opririlor pentru a asigura o putere fiabilă și sigură.
Încărcătorul adaptiv de baterie Protonex poate fi folosit în mașini de 28 sau 12 volți sau la munte cu un panou solar portabil; adaptează automat curentul de încărcare la puterea de intrare disponibilă
În ceea ce privește bateriile, Podesser a remarcat că nivelul ridicat de dezvoltare datorat cerințelor pentru transportul electric militar cu densitate energetică și putere în creștere ridică câteva întrebări privind siguranța. „Unele dintre noile substanțe chimice, fie ionii de litiu sau de altă natură, trebuie să li se acorde multă atenție, deoarece aveți o cantitate uriașă de energie și nu ar trebui să fie o amenințare”. Pe de altă parte, celulele de combustie pot fi făcute mai mici, mai ușoare și mai eficiente din punct de vedere energetic, cu un consum minim de combustibil și costuri minime. Cu toate acestea, beneficiile reale vin cu combinația potrivită.
Urmărirea greutății
„Bateriile sunt o soluție excelentă pentru, să zicem, până la 24 de ore. Dacă apoi combinați bateria cu o celulă de combustie și un panou solar, puteți reduce masa totală a sistemului și, totuși, puteți crește timpul de funcționare, deoarece atâta timp cât soarele strălucește cu suficientă putere, panourile solare pot fi o sursă de energie și încărcați bateriile, iar pilele de combustibil vor servi drept asigurare. ...Hibridizarea sau combinarea este, desigur, cheia care va deschide cele mai bune perspective pentru consumator, spune Podesser. - Să luăm forțe de operațiuni speciale. În acest moment, putem elimina aproximativ 80% din masa bateriei din echipamentul standard al forțelor speciale pentru o misiune de patru zile, oferind o soluție integrată cu celule de combustie, baterii litiu-ion și panouri solare, cu o greutate totală de 9 kg. umerii lor. Într-o situație dificilă, rezervele suplimentare de apă și muniție, luate cu ele în schimbul masei salvate, pot salva viețile soldaților.
Phil Robinson a numit panourile solare, bateriile și celulele de combustibil parteneri naturali într-un sistem hibrid fiabil și eficient. „Prin adăugarea de baterii, un panou solar poate asigura adesea funcționare non-stop. Totuși, pentru a garanta o alimentare neîntreruptă în zilele scurte de iarnă, vreme înnorată, adică în condiții de iluminare insuficientă, seturile de panouri și baterii devin excesiv de mari. Adăugând celule de combustibil care sunt necesare numai când soarele este afară, panourile solare și bateriile pot fi adaptate la condiții medii, mai degrabă decât la condiții extreme.” Există și problema rentabilității investiției atunci când cantitatea de combustibil consumată depășește ceea ce guvernele sunt dispuse să plătească în dolari pe kilowatt oră.
Ca și în cazul multor tehnologii noi, problemele de uniformitate, interoperabilitate și standardizare sunt din ce în ce mai mult în mintea operatorilor. „Toată lumea vrea interfețe universale, dar nu există standarde pentru niciunul dintre aceste sisteme, astfel încât să nu obții economii de scară. Din acest punct de vedere, toate acestea sunt foarte individuale, totul depinde de condițiile clientului.
Panourile solare permit marinelor să încarce bateriile în timp ce se opresc în marș, în timp ce un sistem de alimentare „bionic”, sub forma unui dispozitiv de stocare a genunchiului, transformă mișcările corpului în curent electric.
evoluție
Jeff Helm a observat că sistemele de energie solară au parcurs un drum lung în ceea ce privește eficiența lor în transformarea luminii solare în curent electric. În cazul bateriilor, în special a celor cu litiu-ion, reducerea costurilor și duratele de viață mai lungi au sporit considerabil rentabilitatea investiției în tehnologiile conexe, care devin din ce în ce mai sofisticate și sunt acceptate de mai mulți participanți pe piață.
Cu o capacitate specifică ridicată, Helm spune că bateriile cu litiu sunt indispensabile pentru sistemele de stocare a energiei în afara rețelei și sunt din ce în ce mai mult asociate cu sisteme solare de încărcare și, în unele cazuri, cu turbine eoliene mici, cu generatoare diesel mici servind drept rezervă. În același timp, concurența din partea tehnologiei celulelor de combustibil este puternică. „Mulți producători sunt interesați de tipurile de ioni de litiu, precum și de soluții pe bază de fosfat de fier litiu. Unii producători au stăpânit chiar și producția de baterii cu oxid de litiu-titanat. Și o altă direcție promițătoare este sistemele nichel-mangan-cobalt, adică concluzia sugerează aici că tehnologia bateriilor litiu-ion a fost suficient de dezvoltată. Toți producătorii îl perfecționează pentru anumite sarcini. Există baterii, precum litiu-sulf, care au o capacitate specifică mare de încărcare, dar o tensiune de ieșire mică și o durată de viață foarte scurtă (50-60 de cicluri), dar pentru unele sarcini acest lucru poate avea sens... Litiu-aer sau sistemele cu litiu-oxigen sunt un alt domeniu în care sunt în curs de desfășurare cercetări ample, iar acest lucru se datorează energiei și capacității specifice record. Aceste tipuri de baterii vor apărea în următorii cinci până la zece ani.”
Saft a ales un compus fosfat litiu fier pentru cea mai recentă baterie 6T. Are un factor de formă standard SUA și NATO; astfel de baterii de vehicule sunt folosite din ce în ce mai mult pentru a crea sisteme militare de alimentare în afara rețelei. Helm a comentat că „aceasta este o baterie destul de versatilă la cel mai bun preț. Am petrecut mult timp pentru a-i reduce costul.”
Unificarea bateriilor vehiculelor și a sistemelor de alimentare autonome ușurează viața trupelor de pe teren. „De fiecare dată când scoateți bateriile din mașină și creați o rețea electrică în afara rețelei sau invers”, a explicat Helm. În ceea ce privește costul și densitatea energiei, Saft a făcut un pas dincolo de latura pur tehnologică, utilizând o formulă comercială dovedită de fosfat de ioni de litiu pentru noua sa baterie 6T. Cu toate acestea, crearea unei baterii standard care ar putea fi folosită pentru o varietate de sarcini nu este cu adevărat trivială. „Dacă aveți nevoie de mai mulți kilowați-oră, puteți conecta mai multe baterii în paralel. Poate fi încărcat și din rețeaua de bord a vehiculului, nu are nevoie de încărcător special.”
Portabilitate
Helm, privind spre viitor, crede că în următorii cinci ani, operatorii vor avea nevoie de destul de multe sisteme de alimentare hibride comerciale adaptate la cerințele armatei. Totul pentru a economisi combustibil, a reduce volumul logisticii și a reduce riscurile. „Cred că armata va cumpăra sisteme comerciale de stocare a energiei, deoarece acestea sunt deja dezvoltate”.
Unul dintre noile produse SFC este celula de combustibil cu metanol Jenny 1200, cu o putere de proiectare de 50 de wați. Cartușele în trei dimensiuni standard cu metanol pur au avut ca rezultat o reducere semnificativă a greutății în comparație cu sistemele mai vechi de metanol/apă. Folosirea Jenny 1200 pentru a reîncărca bateriile reduce sarcina soldaților prin reducerea numărului de baterii de rezervă pe care trebuie să le transporte. Compania produce, de asemenea, celule de combustie de 500 W, precum EFOY Pro 12000, și a introdus recent un sistem de aceeași putere pentru vehicule și sarcini demontate, inclusiv alimentarea sistemelor de supraveghere. „Vom lansa o versiune militară a acestui articol anul viitor”, a spus Podesser.
Generatorul de celule de combustibil Jenny 1200 de 50 W reduce nevoia de a transporta baterii de rezervă. Încărcarea este automată și silentioasă. Generatorul nu necesită întreținere și nu are semne indicatoare termice
SFC a dezvoltat, de asemenea, celule de combustie care pot fi îngropate și „lasate” pentru alimentarea pe termen lung a sistemelor de sol nesupravegheate, cum ar fi senzori seismici și/sau camere, care pot fi lăsate nesupravegheate până la un an. Privind în perspectivă, Phil Robinson a remarcat creșterea sistemelor inteligente de management al energiei și de stocare a energiei care sunt evaluate în prezent de armata SUA. „Pe măsură ce Departamentul Apărării trece de la testare la dezvoltarea la scară largă, piața acestor tehnologii se va extinde doar”.
Materiale folosite:
www.shephardmedia.com
www.marines.mil
protonex.com
www.sfc.com
saftbatteries.com
www.armytimes.com
www.pinterest.com
www.wikipedia.org
ru.wikipedia.org