Većina modernih podmornica opremljena je dizel-električnim elektranama. Takvi uređaji imaju karakteristične nedostatke, zbog čega se provodi potraga za prikladnim i isplativim alternativama. Kao što pokazuje praksa, suvremeni nivo tehnologije omogućuje stvaranje efikasnih elektrana za nuklearne podmornice, a govorimo o sistemima različite arhitekture.
Problemi i rješenja
Glavni nedostatak dizel-električnih podmornica je potreba za redovnim punjenjem baterija pomoću dizel generatora. Da bi to učinili, podmornica mora isplivati na površinu ili se kretati na dubini periskopa - što povećava vjerovatnoću otkrivanja od strane neprijatelja. Istodobno, trajanje ronjenja na baterije obično ne prelazi nekoliko dana.
Očigledna alternativa dizelu je nuklearna elektrana, ali njegova upotreba nije uvijek moguća i opravdana zbog složenosti i visokih troškova. S tim u vezi, nekoliko desetljeća proučavalo se pitanje stvaranja zračno neovisnih elektrana (VNEU) sa željenim karakteristikama i bez nedostataka dizel-električnih sistema. Brojne nove tehnologije ove vrste uspješno su puštene u rad, a puštanje u rad drugih očekuje se u bliskoj budućnosti.
Općenito, postoji nekoliko pristupa stvaranju VNEU -a. Prvi uključuje obnovu dizel generatora pomoću drugog motora koji je manje zahtjevan za ulazni zrak. Drugi predlaže proizvodnju električne energije pomoću tzv. gorivne ćelije. Treći je poboljšanje baterija, uklj. sve do odbacivanja vlastite generacije.
Stirlingova alternativa
Prva nuklearna podmornica s punopravnim VNEU-om, puštena u upotrebu, 1996. bio je švedski brod Gotland. Ova podmornica imala je dužinu od 60 m i istisnine 1600 tona, a nosila je i 6 torpednih cijevi dva kalibra. Njegova elektrana izgrađena je na bazi standardne dizel-električne energije i dopunjena novim komponentama.
Površinski rad i proizvodnju energije osiguravaju dva MTU 16V-396 dizela i par Hedemora V12A / 15-Ub generatora. Propeler u svim načinima rada pokreće elektromotor. U potopljenom položaju, podmornica, umjesto dizela, pokreće Stirlingov motor tipa Kockums v4-275R, koristeći tekuće gorivo i ukapljeni kisik. Rezerve potonjeg omogućuju vam da ostanete pod vodom do 30 dana bez potrebe za usponom. Osim toga, Stirlingov motor manje je bučan i ne otkriva podmornicu.
Tri nove podmornice izgrađene su prema projektu Gotland; druga i treća zgrada su puštene u rad 1997. Početkom 2000 -ih implementiran je projekat sa Södermanlandovim kodom. Predviđala je modernizaciju dviju dizel-električnih podmornica tipa Västergötland s ugradnjom VNEU iz projekta Gotland. Japan se zainteresovao za švedski razvoj. Pod licencom je sastavila VNEU za podmornice tipa "Soryu". Zbog velikih dimenzija i zapremine, japanske podmornice nose četiri motora v4-275R odjednom.
Podmorničke turbine
Tokom razvoja projekta Scorpène, francuski brodograditelji predložili su vlastitu verziju VNEU -a zasnovanu na alternativnom motoru. Takva instalacija, nazvana Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), ponuđena je potencijalnim kupcima za upotrebu na novoizgrađenim podmornicama.
Projekt MESMA predložio je poseban parni turbinski motor pogonjen etanolom i komprimiranim zrakom. Sagorijevanjem mješavine alkohola i zraka trebalo je proizvesti paru za turbinu koja pokreće generator. Predloženo je da se produkti sagorijevanja u obliku ugljičnog dioksida i vodene pare pod visokim tlakom ispuštaju preko cijelog raspona radnih dubina. Prema proračunima, podmornica Scorpène s VNEU MESMA mogla bi ostati pod vodom do 21 dan.
Postrojenje MESMA ponuđeno je raznim kupcima. Na primjer, planirano je da se koristi u projektu Scorpène-Kalvari za Indiju. Međutim, pilot postrojenje pokazalo je nedovoljne performanse, a interes za projekt je naglo smanjen. Kao rezultat toga, nove francuske dizel -električne podmornice još uvijek su opremljene dizel motorima - iako su programeri već najavili novu modernizaciju s uvođenjem drugih obećavajućih rješenja.
Ruski su brodograditelji 2019. najavili razvoj fundamentalno novog VNEU-a zasnovanog na plinskoturbinskom motoru zatvorenog ciklusa. Uključuje spremnike za ukapljeni kisik: isparava i dovodi se u motor. Predlaže se da se ispušni plinovi zamrznu i izbace samo kada isplivaju na sigurno područje. Sličan VNEU razvija se u okviru projekta P-750B.
Goriva ćelija
Krajem devedesetih Njemačka je stvorila vlastitu verziju VNEU -a. Godine 1998. započela je izgradnja glavne podmornice novog projekta Type 212, opremljene sličnim sistemom. Njemački projekt uključivao je upotrebu Siemens SINAVY sistema, koji kombinira elektromotor i vodikove gorivne ćelije. Za kretanje po površini zadržan je dizel generator.
SINAVY kompleks uključuje Siemens PEM gorivne ćelije s izmjenom protona na bazi metalnog hidrida iz spremnika za ukapljeni kisik. Za dodatnu sigurnost, metalni hidridi i spremnici kisika smješteni su u prostoru između robusnih i lakih kućišta. Tijekom rada VNEU -a, vodik dobiven iz metalnog hidrida, zajedno s kisikom, dovodi se do posebnih membrana i elektroda, gdje se stvara struja.
Autonomija podmornice "212" doseže 30 dana. Važna prednost VNEU SINAVY -a je gotovo potpuno odsustvo buke tokom rada pri dovoljno visokim performansama. Istodobno, teško je proizvoditi i raditi, a ima i drugih nedostataka.
Za njemačku mornaricu izgrađeno je šest 212 podmornica. U periodu 2006-2017. četiri od ovih brodova ušla su u službu u španskoj floti. Na osnovu "212" nastao je projekat "214" koji predviđa očuvanje postojećeg VNEU -a. Takve podmornice vrlo su popularne na međunarodnom tržištu. Narudžbe primljene iz četiri zemlje za više od 20 brodova. 15 brodova je već izgrađeno i isporučeno kupcima.
Treba napomenuti da se VNEU na bazi gorivih ćelija razvija ne samo u Njemačkoj. Paralelno s projektom MESMA u Francuskoj, razvijena je varijanta podmornice Scorpène s upotrebom gorivnih ćelija. Upravo su te podmornice prodane Indiji. Sada se stvaraju elementi nove generacije. Ranije je objavljeno da se njegove gorivne ćelije razvijaju u Rusiji. VNEU ovog tipa već je prošao bench test, a u budućnosti će se testirati na eksperimentalnom brodu.
Podmornica na baterije
Pojava fundamentalno novih motora i proizvodnih sredstava ne isključuje potrebu za daljnjim razvojem postojećih tehnologija i jedinica. Tako akumulatori već poznatih i savladanih tipova zadržavaju visoku vrijednost. U perspektivnim projektima čak se smatraju jedinim izvorom energije za sve sisteme.
Zanimljivi procesi primjećuju se u japanskoj brodogradnji. Japan je bio jedna od prvih zemalja koja je savladala VNEU sa Stirlingovim motorom, ali 2015. i 2017. godine. dvije podmornice modificiranog projekta Soryu položene su bez takvih sistema. Prostor za standardne baterije i VNEU jedinice ostavljen je za moderne litijum-jonske baterije. Zbog toga se trajanje ronjenja udvostručilo u odnosu na baterije prethodne generacije.
Od 2018u toku je izgradnja podmornica novog projekta Taigei, prvobitno razvijenog pomoću dizel-električne instalacije i litijum-jonskih baterija. Glavni brod novog projekta već je porinut, a još dva trupa su u izgradnji od prošle godine. Ukupno se planira izgradnja sedam podmornica s prihvaćanjem u upotrebu od 2022.
Postoje mnogi projekti ultra malih podmornica, opremljenih samo baterijama. U budućnosti bi ova arhitektura mogla naći primjenu u "velikim" projektima. Nedavno su francuski brodograditelji predstavili konceptni projekt SMX31E, koji kombinira mnoge najhrabrije odluke. Konkretno, podmornica je dobila samo baterije s njihovim postavljanjem u sve dostupne količine, uklj. između izdržljivih i lakih kućišta. Baterije se moraju napuniti u bazi prije odlaska na more.
Procjenjuje se da će, kad se potpuno napuni, SMX31E moći ostati pod vodom 30-60 dana, ovisno o brzini vožnje i ukupnoj potrošnji energije. Istodobno se planira osigurati puna funkcionalnost svih standardnih i dodatnih uređaja, kompleksa itd.
U procesu evolucije
Tako je posljednjih desetljeća postignut značajan napredak na području VNEU-a za nuklearne podmornice. Različite varijante takvih sistema sa određenim karakteristikama i prednostima su razvijene, testirane, uvedene u projekte i stavljene u upotrebu. Međutim, čak i najnovije instalacije neovisne o zraku imaju određene nedostatke. Oni ostaju složeni i skupi, kako za proizvodnju tako i za rad.
Unatoč prednostima u taktičkim i tehničkim karakteristikama, podmornice s VNEU-om još ne mogu zamijeniti dizel-električne podmornice "tradicionalne" arhitekture. Štaviše, potonji razvijaju i koriste najsavremenije tehnologije i komponente. Upečatljiv primjer takve konkurencije između različitih klasa je razvoj japanske podmorničke flote, koja se vratila na dizel-električnu shemu na novom tehničkom nivou.
Očigledno, konkurencija između zračno neovisnih i dizel-električnih instalacija nastavit će se u doglednoj budućnosti-a zasad nema jasnog favorita. U isto vrijeme, očito je da su mornarice svijeta pobjednici. Dobivaju priliku izabrati najbolju opciju za elektranu koja najbolje ispunjava sve zahtjeve.
