Večina sodobnih podmornic je opremljenih z dizelsko-električnimi elektrarnami. Takšne naprave imajo značilne pomanjkljivosti, zato se iščejo priročne in donosne alternative. Kot kaže praksa, sodobna raven tehnologije omogoča ustvarjanje učinkovitih elektrarn za nejedrske podmornice, govorimo pa o sistemih različnih arhitektur.
Težave in rešitve
Glavna pomanjkljivost dizelsko-električnih podmornic je potreba po rednem polnjenju baterij z dizelskim generatorjem. Če želite to narediti, mora podmornica plavati na površje ali se premikati na globini periskopa - kar povečuje verjetnost, da jo bo sovražnik odkril. Hkrati trajanje potapljanja na baterije običajno ne presega več dni.
Očitna alternativa dizlu je jedrska elektrarna, vendar njena uporaba zaradi kompleksnosti in visokih stroškov ni vedno možna in upravičena. V zvezi s tem se že več desetletij preučuje vprašanje ustvarjanja zračno neodvisnih elektrarn (VNEU) z želenimi lastnostmi in brez pomanjkljivosti dizelsko-električnih sistemov. Številne nove tovrstne tehnologije so bile uspešno uveljavljene, druge pa naj bi začeli uporabljati v bližnji prihodnosti.
Na splošno obstaja več pristopov k ustanovitvi VNEU. Prvi vključuje obnovo dizelskega generatorja z uporabo drugega motorja, ki je manj zahteven za vstopni zrak. Drugi predlaga proizvodnjo električne energije s pomočjo ti. gorivne celice. Tretjič, izboljšati baterije, vklj. vse do zavračanja lastne generacije.
Stirlingova alternativa
Prva nejedrska podmornica s polnopravnim VNEU, ki je bila dana v uporabo, je bila leta 1996 švedska ladja Gotland. Ta podmornica je imela dolžino 60 m in izpodriv 1600 ton, nosila pa je tudi 6 torpednih cevi dveh kalibrov. Njegova elektrarna je bila zgrajena na osnovi standardne dizelske električne energije in dopolnjena z novimi sestavnimi deli.
Površinsko vožnjo in proizvodnjo energije zagotavljata dva dizelska motorja MTU 16V-396 in par generatorjev Hedemora V12A / 15-Ub. Propeler v vseh načinih poganja elektromotor. V potopljenem položaju podmornica namesto dizlov zažene Stirlingov motor tipa Kockums v4-275R z uporabo tekočega goriva in utekočinjenega kisika. Rezerva slednjega vam omogoča, da ostanete pod vodo do 30 dni brez potrebe po vzponu. Poleg tega je Stirlingov motor manj hrupen in ne razkriva tudi podmornice.
Po projektu Gotland so bile zgrajene tri nove podmornice; druga in tretja stavba sta bili naročeni leta 1997. V začetku leta 2000 je bil izveden projekt s kodo Södermanland. Predvideval je posodobitev dveh dizelsko-električnih podmornic tipa Västergötland z namestitvijo VNEU iz projekta Gotland. Japonska se je začela zanimati za švedski razvoj. Po licenci je sestavila VNEU za podmornice tipa "Soryu". Zaradi velikih dimenzij in prostornine japonske podmornice nosijo štiri motorje v4-275R hkrati.
Podmorniške turbine
Med razvojem projekta Scorpène so francoski ladjedelniki predlagali svojo različico VNEU na osnovi alternativnega motorja. Takšno instalacijo, imenovano Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), so potencialnim kupcem ponudili za uporabo na novo zgrajenih podmornicah.
Projekt MESMA je predlagal poseben parno turbinski motor, ki ga poganja etanol in stisnjen zrak. Z izgorevanjem mešanice alkohola in zraka naj bi nastala para za turbino, ki poganja generator. Predlagano je bilo, da se produkti zgorevanja v obliki ogljikovega dioksida in vodne pare pod visokim tlakom odvajajo na krov v celotnem območju delovnih globin. Po izračunih bi lahko podmornica Scorpène z VNEU MESMA ostala pod vodo do 21 dni.
Tovarno MESMA so ponudili različnim strankam. Na primer, načrtovali so ga za uporabo v projektu Scorpène-Kalvari za Indijo. Vendar je pilotna naprava pokazala premajhne zmogljivosti, zanimanje za projekt pa se je močno zmanjšalo. Posledično so nove francoske dizelsko -električne podmornice še vedno opremljene z dizelskimi motorji - čeprav so razvijalci že napovedali novo posodobitev z uvedbo drugih obetavnih rešitev.
Leta 2019 so ruski ladjedelniki napovedali razvoj bistveno novega VNEU, ki temelji na plinskoturbinskem motorju z zaprtim ciklom. Vključuje rezervoarje za utekočinjen kisik: izhlapi in se dovaja v motor. Predlaga se, da se izpušni plini zamrznejo in odvržejo le, ko se pojavijo na varnem območju. Podoben VNEU se razvija v okviru projekta P-750B.
Gorivna celica
Do konca devetdesetih let je Nemčija ustvarila svojo različico VNEU. Leta 1998 se je začela gradnja glavne podmornice novega projekta tipa 212, opremljene s podobnim sistemom. Nemški projekt je vključeval uporabo sistema Siemens SINAVY, ki združuje elektromotor in vodikove gorivne celice. Za gibanje po površini je bil zadržan dizelski generator.
Kompleks SINAVY vključuje gorivne celice s protonsko izmenjavo Siemens PEM na osnovi kovinskega hidrida iz rezervoarja za utekočinjen kisik. Zaradi dodatne varnosti so v prostoru med robustnimi in lahkimi ohišji nameščene posode s kovinskim hidridom in kisikom. Med delovanjem VNEU se vodik, pridobljen iz kovinskega hidrida, skupaj s kisikom dovaja v posebne membrane in elektrode, kjer nastaja tok.
Avtonomija podmornice "212" doseže 30 dni. Pomembna prednost VNEU SINAVY je skoraj popolna odsotnost hrupa med delovanjem pri dovolj visokih zmogljivostih. Hkrati je težko izdelovati in upravljati, ima pa tudi druge pomanjkljivosti.
Za nemško mornarico je bilo zgrajenih šest 212 podmornic. V letih 2006–2017. štiri od teh ladij so začele delovati v španski floti. Na podlagi "212" je nastal projekt "214", ki predvideva ohranitev obstoječega VNEU. Takšne podmornice so zelo priljubljene na mednarodnem trgu. Naročila, prejeta iz štirih držav za več kot 20 čolnov. 15 ladij je bilo že zgrajenih in dostavljenih kupcem.
Treba je opozoriti, da se VNEU na osnovi gorivnih celic razvija ne le v Nemčiji. Vzporedno s projektom MESMA v Franciji je bila razvita varianta podmornice Scorpène z uporabo gorivnih celic. Te podmornice so bile prodane Indiji. Zdaj se ustvarjajo elementi nove generacije. Prej so poročali, da se njegove gorivne celice razvijajo v Rusiji. VNEU te vrste je že opravil klopne teste, v prihodnje pa ga bodo preizkušali na poskusni ladji.
Podmornica na baterije
Pojav bistveno novih motorjev in generacijskih sredstev ne izključuje potrebe po nadaljnjem razvoju obstoječih tehnologij in enot. Tako hranilne baterije že znanih in obvladljivih tipov ohranijo visoko vrednost. Pri obetavnih projektih veljajo celo za edini vir energije za vse sisteme.
V japonski ladjedelništvu opažamo radovedne procese. Japonska je bila ena prvih držav, ki je obvladala VNEU s Stirlingovim motorjem, vendar v letih 2015 in 2017. dve podmornici spremenjenega projekta Soryu sta bili položeni brez takšnih sistemov. Prostor za standardne baterije in enote VNEU je bil namenjen sodobnim litij-ionskim baterijam. Zaradi tega se je trajanje potapljanja v primerjavi z baterijami prejšnje generacije podvojilo.
Od leta 2018gradnja podmornic novega projekta Taigei, ki je bila prvotno razvita z uporabo dizelsko-električne instalacije in litij-ionskih baterij, je v teku. Vodilna ladja novega projekta je že izstreljena, od lani pa se gradita še dva trupa. Skupaj je načrtovano, da se od leta 2022 zgradi sedem podmornic s sprejemom v uporabo.
Obstaja veliko projektov ultra majhnih podmornic, opremljenih samo z baterijami. V prihodnosti bo ta arhitektura morda našla uporabo v "velikih" projektih. Nedavno so francoski ladjedelniki predstavili konceptni projekt SMX31E, ki združuje veliko najbolj drznih odločitev. Zlasti je podmornica prejela samo baterije z namestitvijo v vse razpoložljive količine, vklj. med trpežnimi in lahkimi ohišji. Pred odhodom na morje je treba baterije napolniti v bazi.
Ocenjuje se, da bo SMX31E, ko je popolnoma napolnjen, lahko potopljen 30-60 dni, odvisno od hitrosti vožnje in skupne porabe energije. Hkrati je načrtovano zagotoviti popolno delovanje vseh standardnih in dodatnih naprav, kompleksov itd.
V procesu evolucije
Tako je v zadnjih desetletjih na področju VNEU pri nejedrskih podmornicah prišlo do znatnega napredka. Različne različice takšnih sistemov z določenimi lastnostmi in prednostmi so bile razvite, preizkušene, uvedene v projekte in dana v uporabo. Vendar imajo tudi najnovejše naprave, neodvisne od zraka, določene pomanjkljivosti. Ostajajo zapleteni in dragi, tako za proizvodnjo kot za delovanje.
Kljub prednostim v taktičnih in tehničnih lastnostih podmornice z VNEU še ne morejo nadomestiti dizelsko-električnih podmornic "tradicionalne" arhitekture. Poleg tega slednji razvijajo in uporabljajo tudi najsodobnejše tehnologije in komponente. Izjemen primer takšne konkurence med različnimi razredi je razvoj japonske podmorniške flote, ki se je vrnila k dizelsko-električni shemi na novi tehnični ravni.
Očitno se bo konkurenca med zračno neodvisnimi in dizelsko-električnimi napravami nadaljevala v bližnji prihodnosti-očitnega favorita pa še ni. Hkrati je očitno, da zmagujejo svetovne mornarice. Dobijo priložnost, da izberejo najboljšo možnost za elektrarno, ki najbolje ustreza vsem zahtevam.
