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, suvremena tehnološka razina omogućuje stvaranje učinkovitih elektrana za nuklearne podmornice, a govorimo o sustavima različite arhitekture.
Problemi i rješenja
Glavni nedostatak dizel-električnih podmornica je potreba za redovitim punjenjem baterija pomoću dizel generatora. Da bi to učinila, podmornica mora isplivati na površinu ili se kretati na dubini periskopa - što povećava vjerojatnost otkrivanja od strane neprijatelja. Istodobno, trajanje ronjenja na baterije obično ne prelazi nekoliko dana.
Očigledna alternativa dizelu je nuklearna elektrana, ali njezina uporaba nije uvijek moguća i opravdana zbog složenosti i visokih troškova. S tim u vezi, već nekoliko desetljeća proučava se pitanje stvaranja zračno neovisnih elektrana (VNEU) sa željenim karakteristikama i bez nedostataka dizelsko-električnih sustava. Niz novih tehnologija ove vrste uspješno je uveden u rad, a puštanje u rad drugih očekuje se u bliskoj budućnosti.
Općenito, postoji nekoliko pristupa stvaranju VNEU -a. Prvi uključuje obnovu dizelskog generatora pomoću drugog motora koji je manje zahtjevan za ulazni zrak. Drugi predlaže proizvodnju električne energije pomoću tzv. gorive ćelije. Treće je poboljšati baterije, uklj. sve do odbacivanja vlastite generacije.
Stirlingova alternativa
Prva nuklearna podmornica s punopravnim VNEU-om, puštena u uporabu, 1996. bio je švedski brod Gotland. Ova podmornica imala je duljinu od 60 m i istisnina 1600 tona, a nosila je i 6 torpednih cijevi dva kalibra. Njegova elektrana izgrađena je na temelju 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. Rezerva potonjeg omogućuje 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 puštene su u rad 1997. Početkom 2000 -ih proveden je projekt sa Södermanlandovim kodom. Predviđala je modernizaciju dviju dizel-električnih podmornica tipa Västergötland ugradnjom VNEU-a iz projekta Gotland. Japan se zainteresirao za švedski razvoj. Pod licencom je sastavila VNEU za podmornice tipa "Soryu". Zbog velikih dimenzija i istisnine, japanske podmornice nose četiri motora v4-275R odjednom.
Podmorničke turbine
Tijekom razvoja projekta Scorpène francuski su brodograditelji predložili vlastitu verziju VNEU -a temeljenu 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. Izgaranjem smjese alkohol-zrak trebala se proizvesti para za turbinu koja pokreće generator. Predloženo je da se produkti izgaranja u obliku ugljičnog dioksida i vodene pare pod visokim tlakom ispuštaju na more kroz cijeli raspon radnih dubina. Prema izračunima, 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 naglo je smanjen. Zbog toga su nove francuske dizel -električne podmornice još uvijek opremljene dizelskim motorima - iako su programeri već najavili novu modernizaciju s uvođenjem drugih obećavajućih rješenja.
Ruski su brodograditelji 2019. najavili razvoj temeljno novog VNEU-a temeljenog na plinskoturbinskom motoru zatvorenog ciklusa. Uključuje spremnike za ukapljeni kisik: isparava i dovodi se u motor. Predlaže se da se ispušni plinovi smrznu i izbace samo kada isplivaju na sigurno područje. Sličan VNEU razvija se u okviru projekta P-750B.
Gorivna ćelija
Krajem devedesetih Njemačka je stvorila vlastitu verziju VNEU -a. Godine 1998. započela je izgradnja glavne podmornice novog projekta Type 212, opremljene sličnim sustavom. Njemački projekt uključivao je upotrebu sustava Siemens SINAVY, koji kombinira elektromotor i vodikove gorivne ćelije. Za kretanje po površini zadržan je dizel generator.
SINAVY kompleks uključuje Siemens PEM gorivne ćelije s protonskom izmjenom na bazi metalnog hidrida iz spremnika ukapljenog kisika. 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 nastaje struja.
Autonomija podmornice "212" doseže 30 dana. Važna prednost VNEU SINAVY -a je gotovo potpuno odsustvo buke tijekom 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 razdoblju 2006.-2017. četiri od tih brodova ušla su u službu u španjolskoj floti. Na temelju "212" nastao je projekt "214" koji predviđa očuvanje postojećeg VNEU -a. Takve podmornice vrlo su popularne na međunarodnom tržištu. Narudžbe zaprimljene iz četiri zemlje za više od 20 brodova. Već je izgrađeno 15 brodova koji su isporučeni kupcima.
Valja 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 klupske testove, a u budućnosti će se testirati na pokusnom brodu.
Podmornica na baterije
Pojava bitno novih motora i generacijskih sredstava ne isključuje potrebu daljnjeg razvoja postojećih tehnologija i jedinica. Tako akumulatori već poznatih i svladanih tipova zadržavaju visoku vrijednost. U projektima koji obećavaju čak se smatraju jedinim izvorom energije za sve sustave.
U japanskoj brodogradnji opažaju se znatiželjni procesi. Japan je bio jedna od prvih zemalja koja je svladala VNEU sa Stirlingovim motorom, ali 2015. i 2017. godine. dvije podmornice modificiranog projekta Soryu položene su bez takvih sustava. Prostor za standardne baterije i VNEU jedinice dobio je za moderne litij-ionske baterije. Zbog toga se trajanje ronjenja udvostručilo u usporedbi s baterijama prethodne generacije.
Od 2018. godineu tijeku je izgradnja podmornica novog projekta Taigei, izvorno razvijenog pomoću dizelsko-električne instalacije i litij-ionskih baterija. Glavni brod novog projekta već je porinut, a od prošle godine grade se još dva trupa. Ukupno se planira izgraditi sedam podmornica s prihvaćanjem u uporabu od 2022. godine.
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 puno najhrabrijih odluka. Konkretno, podmornica je dobila samo baterije s njihovim postavljanjem u sve dostupne količine, uklj. između izdržljivih i lakih tijela. Baterije se moraju napuniti u podnožju 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 sustava s određenim značajkama i prednostima razvijene su, testirane, uvedene u projekte i stavljene u uporabu. Međutim, čak i najnovije instalacije neovisne o zraku imaju određene nedostatke. Ostaju složeni i skupi, kako za proizvodnju tako i za rad.
Unatoč prednostima u taktičko-tehničkim karakteristikama, podmornice s VNEU-om još ne mogu zamijeniti dizel-električne podmornice "tradicionalne" arhitekture. Štoviše, potonji razvijaju i koriste najsuvremenije tehnologije i komponente. Upečatljiv primjer takvog natjecanja između različitih klasa je razvoj japanske podmorničke flote, koja se vratila dizelsko-električnoj shemi na novoj tehničkoj razini.
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. Oni dobivaju priliku izabrati najbolju opciju za elektranu koja najbolje zadovoljava sve zahtjeve.
