Het grootste deel van de moderne onderzeeërs is uitgerust met diesel-elektrische centrales. Dergelijke apparaten hebben kenmerkende nadelen, daarom wordt gezocht naar handige en winstgevende alternatieven. Zoals de praktijk laat zien, maakt het moderne niveau van technologie het mogelijk om efficiënte energiecentrales te creëren voor niet-nucleaire onderzeeërs, en we hebben het over systemen met verschillende architecturen.
Problemen en oplossingen
Het grootste nadeel van dieselelektrische onderzeeërs is de noodzaak om de batterijen regelmatig op te laden door middel van een dieselgenerator. Om dit te doen, moet de onderzeeër naar de oppervlakte drijven of op periscoopdiepte bewegen - wat de kans op detectie door de vijand vergroot. Tegelijkertijd is de duur van duiken op batterijen meestal niet langer dan enkele dagen.
Een voor de hand liggend alternatief voor diesel is een kerncentrale, maar het gebruik ervan is vanwege de complexiteit en hoge kosten niet altijd mogelijk en verantwoord. In dit verband wordt al tientallen jaren de kwestie van het creëren van luchtonafhankelijke energiecentrales (VNEU) met de gewenste kenmerken en zonder de nadelen van diesel-elektrische systemen bestudeerd. Een aantal van dit soort nieuwe technologieën is met succes in gebruik genomen en de ingebruikname van andere wordt op korte termijn verwacht.
Over het algemeen zijn er verschillende benaderingen voor de oprichting van VNEU. De eerste omvat het ombouwen van de dieselgenerator met een andere motor die minder belastend is voor de inkomende lucht. De tweede stelt de opwekking van elektriciteit voor met behulp van de zogenaamde. brandstofcellen. De derde is het verbeteren van batterijen, incl. tot de verwerping van zijn eigen generatie.
Stirlings alternatief
De eerste niet-nucleaire onderzeeër met een volwaardige VNEU die in 1996 in de vaart werd genomen, was het Zweedse schip Gotland. Deze onderzeeër had een lengte van 60 m en een waterverplaatsing van 1600 ton, en droeg ook 6 torpedobuizen van twee kalibers. De krachtcentrale is gebouwd op basis van een standaard diesel-elektrisch en aangevuld met nieuwe componenten.
Oppervlaktestroom en stroomopwekking worden verzorgd door twee MTU 16V-396-diesels en een paar Hedemora V12A / 15-Ub-generatoren. De propeller wordt in alle standen aangedreven door een elektromotor. In ondergedompelde positie start de onderzeeër, in plaats van diesels, een Stirlingmotor van het type Kockums v4-275R, gebruikmakend van vloeibare brandstof en vloeibaar gemaakte zuurstof. Dankzij de reserve van de laatste kun je tot 30 dagen onder water blijven zonder te hoeven opstijgen. Daarnaast maakt de Stirlingmotor minder lawaai en ontmaskert de onderzeeër ook niet.
Drie nieuwe onderzeeërs werden gebouwd volgens het Gotland-project; het tweede en derde gebouw werden in 1997 in gebruik genomen. Aan het begin van de jaren 2000 werd een project met de Södermanland-code uitgevoerd. Het voorzag in de modernisering van twee dieselelektrische onderzeeërs van het type Västergötland met de installatie van VNEU van het Gotland-project. Japan raakte geïnteresseerd in Zweedse ontwikkelingen. Onder licentie verzamelde ze VNEU voor onderzeeërs van het type "Soryu". Vanwege hun grote afmetingen en verplaatsing hebben Japanse onderzeeërs vier v4-275R-motoren tegelijk.
Onderzeese turbines
Tijdens de ontwikkeling van het Scorpène-project hebben Franse scheepsbouwers hun eigen versie van VNEU voorgesteld op basis van een alternatieve motor. Een dergelijke installatie, genaamd Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), werd aangeboden aan potentiële klanten voor gebruik op nieuw gebouwde onderzeeërs.
Het MESMA-project stelde een speciale stoomturbinemotor voor, aangedreven door ethanol en perslucht. De verbranding van het alcohol-luchtmengsel zou stoom produceren voor de turbine die de generator aandrijft. Verbrandingsproducten in de vorm van kooldioxide en waterdamp onder hoge druk werden voorgesteld om over het hele bereik van operationele diepten overboord te worden geloosd. Volgens berekeningen zou de Scorpène-onderzeeër met VNEU MESMA tot 21 dagen onder water kunnen blijven.
De MESMA-fabriek werd aan verschillende klanten aangeboden. Het was bijvoorbeeld de bedoeling om het te gebruiken in het Scorpène-Kalvari-project voor India. De proeffabriek presteerde echter onvoldoende en de belangstelling voor het project nam sterk af. Als gevolg hiervan zijn de nieuwe Franse dieselelektrische onderzeeërs nog steeds uitgerust met dieselmotoren - hoewel de ontwikkelaars al een nieuwe modernisering hebben aangekondigd met de introductie van andere veelbelovende oplossingen.
In 2019 kondigden Russische scheepsbouwers de ontwikkeling aan van een fundamenteel nieuwe VNEU op basis van een gasturbinemotor met gesloten cyclus. Het omvat tanks voor vloeibare zuurstof: het verdampt en wordt aan de motor geleverd. Er wordt voorgesteld om uitlaatgassen alleen te bevriezen en weg te gooien als ze in een veilige omgeving aan de oppervlakte komen. Een soortgelijke VNEU wordt ontwikkeld in het kader van het P-750B-project.
Brandstofcel
Tegen het einde van de jaren negentig had Duitsland zijn eigen versie van VNEU gecreëerd. In 1998 begon de bouw van de koponderzeeër van het nieuwe Type 212-project, uitgerust met een soortgelijk systeem. Het Duitse project omvatte het gebruik van het Siemens SINAVY-systeem, dat een elektromotor en waterstofbrandstofcellen combineert. Voor beweging aan de oppervlakte werd een dieselgenerator behouden.
Het SINAVY-complex omvat Siemens PEM protonenuitwisselingsbrandstofcellen op basis van metaalhydride uit een tank voor vloeibaar gemaakte zuurstof. Voor extra veiligheid bevinden zich metaalhydride- en zuurstofcontainers in de ruimte tussen de robuuste en lichtgewicht behuizingen. Tijdens de werking van de VNEU wordt de waterstof die uit het metaalhydride wordt gewonnen, samen met zuurstof, naar speciale membranen en elektroden gevoerd, waar stroom wordt opgewekt.
De autonomie van de onderzeeër "212" bereikt 30 dagen. Een belangrijk voordeel van VNEU SINAVY is de vrijwel volledige afwezigheid van geluid tijdens bedrijf bij voldoende hoge prestaties. Tegelijkertijd is het moeilijk te vervaardigen en te bedienen en heeft het ook andere nadelen.
Zes 212 onderzeeërs werden gebouwd voor de Duitse marine. In 2006-2017. vier van deze schepen kwamen in dienst bij de Spaanse vloot. Op basis van "212" werd het project "214" gecreëerd, dat zorgt voor het behoud van de bestaande VNEU. Dergelijke onderzeeërs zijn erg populair op de internationale markt. Bestellingen ontvangen uit vier landen voor meer dan 20 boten. Er zijn al 15 schepen gebouwd en afgeleverd aan klanten.
Opgemerkt moet worden dat VNEU op basis van brandstofcellen niet alleen in Duitsland wordt ontwikkeld. Parallel aan het MESMA-project in Frankrijk werd een variant van de Scorpène-onderzeeër ontwikkeld met gebruikmaking van brandstofcellen. Het waren deze onderzeeërs die aan India werden verkocht. Nu worden elementen van een nieuwe generatie gecreëerd. Eerder werd gemeld dat zijn brandstofcellen in Rusland worden ontwikkeld. Een VNEU van dit type heeft de banktests al doorstaan en zal in de toekomst worden getest op een experimenteel schip.
Onderzeeër op batterijen
Het verschijnen van fundamenteel nieuwe motoren en generatiemiddelen sluit de noodzaak van verdere ontwikkeling van bestaande technologieën en eenheden niet uit. Zo behouden accu's van reeds bekende en beheerste typen een hoge waarde. Bij kansrijke projecten worden ze zelfs beschouwd als de enige energiebron voor alle systemen.
In de Japanse scheepsbouw worden merkwaardige processen waargenomen. Japan was een van de eerste landen die VNEU onder de knie kreeg met een Stirlingmotor, maar dan in 2015 en 2017. twee onderzeeërs van het gewijzigde Soryu-project werden zonder dergelijke systemen gelegd. Er werd ruimte gegeven voor standaardbatterijen en VNEU-units voor moderne lithium-ionbatterijen. Hierdoor is de duikduur verdubbeld in vergelijking met de accu's van de vorige generatie.
Sinds 2018de bouw van onderzeeërs van het nieuwe Taigei-project, oorspronkelijk ontwikkeld met behulp van een diesel-elektrische installatie en lithium-ionbatterijen, is aan de gang. Het leidende schip van het nieuwe project is al te water gelaten en sinds vorig jaar zijn er nog twee casco's in aanbouw. In totaal is het de bedoeling om vanaf 2022 zeven onderzeeërs met acceptatie te bouwen.
Er zijn veel projecten van ultrakleine onderzeeërs, alleen uitgerust met batterijen. In de toekomst kan deze architectuur toepassing vinden in "grote" projecten. Onlangs presenteerden Franse scheepsbouwers het SMX31E-conceptproject, dat veel van de meest gedurfde beslissingen combineert. In het bijzonder ontving de onderzeeër alleen batterijen met hun plaatsing in alle beschikbare volumes, incl. tussen duurzame en lichtgewicht carrosserieën. De batterijen moeten aan de basis worden opgeladen voordat ze naar zee gaan.
Naar schatting zal de SMX31E, wanneer deze volledig is opgeladen, 30-60 dagen onder water kunnen blijven, afhankelijk van de rijsnelheid en het totale energieverbruik. Tegelijkertijd is het de bedoeling om de volledige bruikbaarheid van alle standaard en aanvullende apparaten, complexen, enz.
In het proces van evolutie
Zo is er de afgelopen decennia aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van VNEU voor niet-nucleaire onderzeeërs. Er zijn verschillende varianten van dergelijke systemen met bepaalde eigenschappen en voordelen ontwikkeld, getest, in projecten geïntroduceerd en in gebruik genomen. Zelfs de nieuwste luchtonafhankelijke installaties hebben echter bepaalde nadelen. Ze blijven complex en duur, zowel in productie als in gebruik.
Ondanks de voordelen in tactische en technische kenmerken, kunnen niet-onderzeeërs met VNEU diesel-elektrische onderzeeërs van "traditionele" architectuur nog niet verdringen. Bovendien ontwikkelen en gebruiken deze laatste ook de modernste technologieën en componenten. Een treffend voorbeeld van een dergelijke concurrentie tussen verschillende klassen is de ontwikkeling van de Japanse onderzeeërvloot, die op een nieuw technisch niveau terugkeerde naar het diesel-elektrische schema.
Blijkbaar zal de concurrentie tussen luchtonafhankelijke en dieselelektrische installaties de komende tijd voortduren - en een duidelijke favoriet is er nog niet. Tegelijkertijd is het duidelijk dat de marines van de wereld de winnaars zijn. Zij krijgen de kans om de beste optie te kiezen voor de energiecentrale die het beste aan alle eisen voldoet.
