Väčšina moderných ponoriek je vybavená dieselovo-elektrickými elektrárňami. Takéto zariadenia majú charakteristické nevýhody, a preto sa hľadá praktické a výnosné alternatívy. Ako ukazuje prax, moderná úroveň technológie umožňuje vytvárať efektívne elektrárne pre nejadrové ponorky a hovoríme o systémoch rôznych architektúr.
Problémy a riešenia
Hlavnou nevýhodou dieselelektrických ponoriek je potreba pravidelného dobíjania batérií pomocou dieselového generátora. Na to musí ponorka vyplávať na povrch alebo sa pohybovať v hĺbke periskopu - čo zvyšuje pravdepodobnosť odhalenia nepriateľom. Trvanie potápania na batérie zároveň spravidla nepresahuje niekoľko dní.
Zjavnou alternatívou k nafte je jadrová elektráreň, ale jej použitie nie je vždy možné a odôvodnené kvôli zložitosti a vysokým nákladom. V tejto súvislosti sa niekoľko desaťročí študovala otázka vytvárania vzduchovo nezávislých elektrární (VNEU) s požadovanými vlastnosťami a bez nevýhod dieselelektrických systémov. Mnoho nových technológií tohto druhu bolo úspešne uvedených do prevádzky a v blízkej budúcnosti sa očakáva uvedenie ďalších do prevádzky.
Vo všeobecnosti existuje niekoľko prístupov k tvorbe VNEU. Prvá zahŕňa prestavbu naftového generátora pomocou iného motora, ktorý je menej náročný na prichádzajúci vzduch. Druhý navrhuje výrobu elektriny pomocou tzv. palivové články. Treťou je vylepšenie batérií vč. až do odmietnutia vlastnej generácie.
Stirlingova alternatíva
Prvou nejadrovou ponorkou s plnohodnotným VNEU, uvedenou do prevádzky, v roku 1996 bola švédska loď Gotland. Táto ponorka mala dĺžku 60 m a výtlak 1600 ton a niesla aj 6 torpédometov dvoch kalibrov. Jeho elektráreň bola postavená na základe štandardného dieselelektrického motora a doplnená o nové komponenty.
Povrchový chod a generovanie energie zabezpečujú dva dieselové motory MTU 16V-396 a dvojica generátorov Hedemora V12A / 15-Ub. Vrtuľu vo všetkých režimoch poháňa elektromotor. V ponorenej polohe ponorka namiesto dieselov štartuje Stirlingov motor typu Kockums v4-275R, pričom používa kvapalné palivo a skvapalnený kyslík. Rezerva druhého menovaného vám umožňuje zostať pod vodou až 30 dní bez toho, aby ste museli stúpať. Stirlingov motor je navyše menej hlučný a demaskuje aj ponorku.
Podľa projektu Gotland boli postavené tri nové ponorky; druhá a tretia budova boli uvedené do prevádzky v roku 1997. Na začiatku roku 2000 bol implementovaný projekt s kódom Södermanland. Zabezpečila modernizáciu dvoch dieselelektrických ponoriek typu Västergötland s inštaláciou VNEU z projektu Gotland. Japonsko sa začalo zaujímať o švédsky vývoj. Na základe licencie zostavila VNEU pre ponorky typu „Soryu“. Vďaka svojim veľkým rozmerom a výtlaku nesú japonské ponorky štyri motory v4-275R naraz.
Ponorkové turbíny
Pri vývoji projektu Scorpène navrhli francúzski stavitelia lodí vlastnú verziu VNEU založenú na alternatívnom motore. Takáto inštalácia, nazývaná Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), bola ponúknutá potenciálnym zákazníkom na použitie v novovybudovaných ponorkách.
Projekt MESMA navrhol špeciálny parný turbínový motor poháňaný etanolom a stlačeným vzduchom. Spaľovaním zmesi alkoholu a vzduchu sa mala vyrábať para pre turbínu poháňajúcu generátor. Spaľovacie produkty vo forme oxidu uhličitého a vodných pár pod vysokým tlakom boli navrhnuté na vypúšťanie cez palubu v celom rozsahu prevádzkových hĺbok. Podľa výpočtov by ponorka Scorpène s VNEU MESMA mohla zostať pod vodou až 21 dní.
Závod MESMA bol ponúkaný rôznym zákazníkom. Plánovalo sa napríklad použitie v projekte Scorpène-Kalvari pre Indiu. Pilotný závod však vykazoval nedostatočný výkon a záujem o projekt bol výrazne znížený. Výsledkom je, že nové francúzske naftovo -elektrické ponorky sú stále vybavené naftovými motormi - aj keď vývojári už avizovali novú modernizáciu so zavedením ďalších sľubných riešení.
V roku 2019 ruskí stavitelia lodí oznámili vývoj úplne nového VNEU založeného na motore s plynovou turbínou s uzavretým cyklom. Obsahuje nádrže na skvapalnený kyslík: odparuje sa a dodáva sa do motora. Výfukové plyny sa navrhujú zmraziť a vyhodiť iba vtedy, ak sa povrchovo upravia v bezpečnej oblasti. Podobné VNEU sa vyvíja v rámci projektu P-750B.
Palivový článok
Do konca deväťdesiatych rokov vytvorilo Nemecko vlastnú verziu VNEU. V roku 1998 sa začala výstavba hlavnej ponorky nového projektu typu 212, vybaveného podobným systémom. Nemecký projekt zahŕňal použitie systému Siemens SINAVY, ktorý kombinuje elektromotor a vodíkové palivové články. Na pohyb po povrchu bol zachovaný naftový generátor.
Komplex SINAVY zahŕňa protónové výmenné palivové články Siemens PEM na báze hydridu kovu z nádrže na skvapalnený kyslík. Pre väčšiu bezpečnosť sú v priestore medzi robustnými a ľahkými krytmi umiestnené kovové hydridové a kyslíkové nádoby. Počas prevádzky VNEU sa vodík získaný z hydridu kovu spolu s kyslíkom privádza do špeciálnych membrán a elektród, kde vzniká prúd.
Autonómia ponorky "212" dosahuje 30 dní. Dôležitou výhodou VNEU SINAVY je takmer úplná absencia hluku počas prevádzky pri dostatočne vysokom výkone. Súčasne je ťažké vyrábať a prevádzkovať a má aj ďalšie nevýhody.
Pre nemecké námorníctvo bolo postavených šesť 212 ponoriek. V rokoch 2006-2017. štyri z týchto lodí vstúpili do služby v španielskej flotile. Na základe „212“bol vytvorený projekt „214“, ktorý zabezpečuje zachovanie existujúceho VNEU. Takéto ponorky sú na medzinárodnom trhu veľmi obľúbené. Prijaté objednávky zo štyroch krajín na viac ako 20 lodí. 15 lodí už bolo vyrobených a dodaných zákazníkom.
Je potrebné poznamenať, že VNEU na báze palivových článkov sa vyvíja nielen v Nemecku. Paralelne s projektom MESMA vo Francúzsku bol vyvinutý variant ponorky Scorpène s využitím palivových článkov. Práve tieto ponorky boli predané do Indie. Teraz sa vytvárajú prvky novej generácie. Predtým bolo oznámené, že jeho palivové články sa vyvíjajú v Rusku. VNEU tohto typu už prešlo skúšobnými testami a v budúcnosti bude testované na experimentálnej lodi.
Batériová ponorka
Vzhľad zásadne nových motorov a generačných prostriedkov nevylučuje potrebu ďalšieho rozvoja existujúcich technológií a jednotiek. Vysokú hodnotu si teda uchovávajú akumulátory už známych a zvládnutých typov. V sľubných projektoch sú dokonca považovaní za jediný zdroj energie pre všetky systémy.
V japonskej stavbe lodí sa pozorujú kuriózne procesy. Japonsko bolo jednou z prvých krajín, ktoré zvládli VNEU so Stirlingovým motorom, ale v rokoch 2015 a 2017. dve ponorky upraveného projektu Soryu boli položené bez takýchto systémov. Priestor pre štandardné batérie a jednotky VNEU bol poskytnutý pre moderné lítium-iónové batérie. V dôsledku toho sa dĺžka potápania v porovnaní s batériami predchádzajúcej generácie zdvojnásobila.
Od roku 2018prebieha výstavba ponoriek nového projektu Taigei, pôvodne vyvinutého pomocou dieselelektrickej inštalácie a lítium-iónových batérií. Vedúca loď nového projektu už bola spustená a od minulého roku sa stavajú ďalšie dva trupy. Celkovo sa plánuje výstavba siedmich ponoriek s prijatím do prevádzky od roku 2022.
Existuje mnoho projektov ultra malých ponoriek vybavených iba batériami. V budúcnosti môže táto architektúra nájsť uplatnenie vo „veľkých“projektoch. Francúzski stavitelia lodí nedávno predstavili koncepčný projekt SMX31E, ktorý kombinuje mnoho najtrúfalejších rozhodnutí. Najmä ponorka dostala iba batérie s ich umiestnením vo všetkých dostupných objemoch, vč. medzi odolnými a ľahkými telami. Batérie je potrebné nabiť na základni pred odchodom na more.
Odhaduje sa, že pri plnom nabití bude SMX31E schopný zostať ponorený 30-60 dní, v závislosti od rýchlosti jazdy a celkovej spotreby energie. Súčasne sa plánuje zaistenie plnej prevádzkyschopnosti všetkých štandardných a doplnkových zariadení, komplexov atď.
V procese evolúcie
V posledných desaťročiach teda došlo k významnému pokroku v oblasti VNEU pre nejadrové ponorky. Boli vyvinuté, testované, zavedené do projektov a uvedené do prevádzky rôzne varianty takýchto systémov s určitými vlastnosťami a výhodami. Avšak aj najnovšie inštalácie nezávislé od vzduchu majú určité nevýhody. Zostávajú zložité a nákladné na výrobu aj prevádzku.
Napriek výhodám v taktických a technických vlastnostiach, ponorky s VNEU zatiaľ nemôžu nahradiť dieselelektrické ponorky „tradičnej“architektúry. Navyše tieto vyvíjajú a tiež používajú najmodernejšie technológie a komponenty. Pozoruhodným príkladom takejto konkurencie medzi rôznymi triedami je vývoj japonskej ponorkovej flotily, ktorá sa vrátila k schéme naftovej a elektrickej energie na novej technickej úrovni.
Konkurencia medzi vzduchovo nezávislými a naftovo-elektrickými zariadeniami bude podľa všetkého v dohľadnej budúcnosti pokračovať-a zatiaľ neexistuje jasný favorit. Zároveň je zrejmé, že víťazmi sú námorné sily sveta. Získajú príležitosť vybrať si najlepšiu možnosť pre elektráreň, ktorá najlepšie spĺňa všetky požiadavky.
