Reklama
Reklama
Reklama

Francuski napęd AIP odsłania swoje tajemnice

10 sierpnia 2019, 10:20
Mise_enEau_04
Malezyjskie okręty podwodne typu Scorpène mogą teraz bez problemu być wyposażone w nowy system AIS typy FC2G. Fot. Naval Group

Koncern stoczniowy Naval Group opublikował film, w którym pokazano sposób działania nowej generacji napędu niezależnego od powietrza AIP (Air Indepencence Propulsion) FC2G, proponowanego również dla polskiej Marynarki Wojennej razem z okrętami podwodnymi typu Scorpène. Ponieważ film ten był bez jakiegokolwiek opisu, dlatego spróbujemy w najprostszy sposób wyjaśnić, jak działa francuski system AIP i czym się on różni od innych rozwiązań tego rodzaju.

Zdjęcia modeli laboratoryjnych francuskiego napędu niezależnego od powietrza AIP (Air Independente Propulsion) drugiej generacji FC2G (Fuel Cell. 2nd Generation) były już prezentowane wielokrotnie. Tym razem jednak Francuzi postanowili pokazać: jak cały układ ma działać i jak będzie on w praktyce rozmieszczony na okręcie podwodnym. Przynajmniej takie były oficjalne założenia materiału filmowego opublikowanego przez koncern Naval Group na kanale YouTube.

W rzeczywistości film ten ma dwie, zasadnicze wady. Po pierwsze jest to materiał animowany i nie pokazano w nim zdjęć rzeczywistych elementów, które według Naval Group z powodzeniem przeszły już próby laboratoryjne i są gotowe do montażu na okrętach podwodnych. Po drugie Francuzi zaprezentowali w animacji, co się dzieje w systemie, jednak nie opowiedzieli, jak. W podkładzie do filmu jest bowiem tylko muzyka.

image
Widok z góry na sekcję napędu AIP od strony rufy – z tyłu widoczny zbiornik na tlen. Fot. Naval Group

Dla osób nie specjalizujących się w napędach niezależnych od powietrza cały ten materiał nie spełnił więc swojego zadania, ponieważ nie wyjaśnił dwóch, najważniejszych spraw:

  • czym to, co proponują Francuzi (Naval Group) dla okrętów podwodnych typu Scorpène różni się od tego, co proponują Niemcy (TKMS) dla okrętów podwodnych typu 212?
  • jak system FC2G w rzeczywistości działa?

Postaramy się teraz to wyjaśnić, jednak pomimo filmu ujawnionego przez Naval Group, nadal w dużej części opierając się na domysłach i niestety często używając słowa „prawdopodobnie”.

Jak wytwarza się energię elektryczną na zanurzonym okręcie podwodnym?

Do czasu wprowadzenia napędu niezależnego od powietrza konwencjonalne okręty podwodne (nieatomowe) mogły przebywać pod wodą tylko dzięki bateriom akumulatorów. Ich pojemność była jednak na tyle mała, że pozwalała na pływanie w zanurzeniu przez maksymalnie 3 do 5 dni (do około siedmiu przy zastosowaniu akumulatorów litowo-jonowych). By te akumulatory ponownie naładować okręt podwodny musi używać silników Diesla, co wymaga wynurzenia lub pływania tuż pod powierzchnią, wykorzystując chrapy do usuwania spalin i poboru powietrza.

Taka operacja zwiększa prawdopodobieństwo odnalezienia okrętu, ponieważ silniki Diesla są bardzo hałaśliwe, a chrapy mogą zostać wykryte przez nowoczesne radary zamontowane np. na morskich samolotach patrolowych. Zaradzić temu można stosując napęd niezależny od powietrza, który pozwala na wydłużenie czasu przebywania pod wodą do nawet trzech tygodni.

Systemy AIP są dzielone na dwie kategorie: termiczne i elektrochemiczne. Systemy termiczne obejmują trzy rodzaje rozwiązań:

  • Tłokowy silnik spalinowy o spalaniu zewnętrznym, pracujący w obiegu zamkniętym (tzw. silnik Sterlinga);
  • Turbina parowa o obiegu zamkniętym Rankine’a;
  • Tłokowy silnik spalinowy o obiegu zamkniętym CCD (closed cycle engines).

W silnikach Sterlinga energia cieplna wytwarzana w procesie spalania oleju napędowego z wykorzystaniem ciekłego tlenu jest zamieniana na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną (z wykorzystaniem generatorów). Zaletami tych silników jest są mała szumność i wydajność zależna od ilości dostępnego na okręcie tlenu. Wadami są mała prędkość gwarantowana pod wodą na tym napędzie (do 6 w) i konieczność magazynowania dużych ilości tlenu. System ten jest cały czas rozwijany i zastosowano go (lub planuje się go zastosować) na szwedzkich okrętach podwodnych typu Gotland i A26, japońskich typu Souryu i na chińskich jednostkach typu Yuan.

Turbina parowa o obiegu zamkniętym Rankine’a została zastosowana tylko przez francuski koncern stoczniowy DCNS (obecnie Naval Group) w systemie MESMA (Module d'Energie Sous-Marine Anaérobie). Działanie tego systemu przypomina napęd jądrowy z tą różnicą, że ciepło potrzebne do wytworzenia pary w wymienniku ciepła, wytworzone w obiegu pierwotnym nie pochodzi z reakcji jądrowej, ale jest efektem spalania w komorze „reaktora” mieszanki tlenu z etanolem. Wytworzona tam para zasila następnie turbinę gazową, a ta z kolei turbogenerator, czyli źródło energii elektrycznej dla okrętu.

image
Miejsce instalowania sekcji napędu niezależnego od powietrza II generacji typu GC2G na okręcie podwodnym. Fot. Naval Group

Wadami tego rozwiązania są: stosunkowo mała sprawność i konieczność zagwarantowania dla okrętu dużego zapasu tlenu. Zaletami modułu MESMA są: niezawodność, bezpieczeństwo i kompaktowość. System ten mieści się bowiem w jednej sekcji okrętowej o długości około 9 m, którą z łatwością można wbudować do już gotowych okrętów podwodnych typu Scorpène i Agosta 90B. Moduł MESMA zamontowano jak dotąd tylko na pakistańskim okręcie podwodnym „Hamza” (typu Agosta 90B).

Trzecim rodzajem systemu termicznego AIP jest niezastosowany jak dotąd w praktyce układ napędowy CCD oparty o standardowe silniki Diesla. W zanurzeniu mogą one pracować standardowo wykorzystując chrapy (na głębokości peryskopowej) lub w obiegu zamkniętym pod wodą wykorzystując przechowywaną w specjalnych zbiornikach mieszankę tlenu i argonu. Plany zastosowania tego rodzaju napędu AIP przez Niemców przy modernizacji okrętów typu 209 zostały jednak zarzucone ze względu na słabą wydajność, hałas i warunki bezpieczeństwa.

Niemiecki koncern stoczniowy zdecydował się na inne rozwiązanie - elektrochemiczny napęd niezależny od powietrza oparty o ogniwa paliwowe. Zaletami takiego napędu są stosunkowo duża sprawność, brak konieczności usuwania spalin za burtę oraz mała szumność. Wadą jest konieczność chłodzenia elektrolitu oraz niebezpieczeństwo związane z magazynowaniem tlenu i wodoru, które zmieszane mogą stanowić mieszankę wybuchową. Francuzi teraz pokazali, że część z tych wad można wyeliminować.

Wspólne cechy najnowszego niemieckiego i francuskiego napędu AIP

Wbrew pozorom zespół ogniw paliwowych - najważniejszy element elektrochemicznych napędów niezależnych od powietrza proponowanych wcześniej przez Niemców, a obecnie również przez Francuzów, jest w obu przypadkach praktycznie taki sam. Ze względu na globalizację może się więc zdarzyć, że ta część systemu napędowego, która bezpośrednio wytwarza energię elektryczną na okrętach podwodnych typu Scorpène i typu 212, może być dostarczona przez tego samego producenta (tak jak to się już dzieje np. w przypadku baterii akumulatorów okrętowych).

Główna różnica pomiędzy niemieckim i francuskim rozwiązaniem polega na sposobie dostarczania do tych ogniw potrzebnych im do działania dwóch czynników: tlenu i wodoru. To właśnie te dwa gazy w wyniku reakcji elektrochemicznej pozwalają na otrzymanie energii elektrycznej. W niemieckich i francuskich systemach reakcja ta przebiega w tego samego rodzaju ogniwach paliwowych PEM z polimerową membraną elektrolityczną (polimer electrolyte membrane), działających w bardzo podobny sposób.

Wyjaśniając najogólniej, każde takie ogniwo składa się z czterech najważniejszych elementów: anody, katody oraz rozdzielających te elektrody membrany PEM i elektrolitu. Nie jest to akumulator, tak więc wewnątrz ogniw energia nie jest gromadzona ,ale wytwarzana. Proces ten wymaga ciągłego dostarczenia paliwa (wodór i tlen) i po przerwaniu dopływu tych gazów „produkcja” energii zostaje przerwana.

W procesie wytwarzania energii elektrycznej w rejon anody (w źródłach prądu jest to elektroda ujemna) dostarczany jest wodór, który ulega „utlenieniu” uwalniając protony H+ (kationy wodorowe) oraz elektrony e w reakcji 2H24H+ + 4e. Elektrony te są następnie przekazywane zewnętrznym połączeniem (wytwarzając „po drodze” prąd ładujący baterie akumulatorów) do anody (elektroda dodatnia) w rejon której dostarczany jest z kolei tlen. Następuje wtedy redukcja tlenu w reakcji O2 + 4e2O2-, w wyniku której tworzone są aniony tlenkowe 2O2-.

Aniony te łączą się następnie z kationami wodorowymi (4H+), przechodzącymi w elektrolicie z rejonu katody w rejon anody przez półprzepuszczalną membranę rozdzielającą te elektrody (blokującą jednocześnie ruch anionów tlenkowych w drugą stronę - od katody do anody). W wyniku reakcji łączenia anionów tlenkowych i kationów wodorowych (2O2− + 4H+2H2O) powstaje woda, która poza energią jest jedyną, „usuwalną” pozostałością całego procesu zachodzącego w ogniwach.

Jest to najprostszy sposób wyjaśniający procesy zachodzące w ogniwach paliwowych, które jednak zarówno w rozwiązaniu francuskim, jak i niemieckim mogą być o wiele bardziej skomplikowane. Generalna zasada działania pozostaje jednak taka sama, podobnie jak dwa najważniejsze produkty potrzebne do reakcji (tlen i wodór) oraz dwa produkty otrzymywane w tej reakcji (energia elektryczna oraz woda). O wiele bardziej skomplikowana jest również budowa samych ogniw (ww. opis dla uproszczenia nie uwzględnia np. budowy membrany, obecności elektrolitu jako przewodnika jonowego oraz systemu jego chłodzenia).

Pomimo tego generalnie ogniwa paliwowe są proste w budowie i cechują się dużą sprawnością (dochodzącą do 70%). Mają też wady, którymi jest m.in. konieczność stosowania gazów o bardzo dużej czystości. I tu pojawia się najważniejsza różnica pomiędzy rozwiązaniami proponowanymi przez niemiecki koncern TKMS i francuski Naval Group, dotycząca sposobu dostarczania wodoru i tlenu do ogniw paliwowych.

Skąd pochodzi wodór dochodzący do ogniw paliwowych na okrętach podwodnych?

Film ujawniony przez koncern Naval Group w rzeczywistości nie pokazuje, jak wytwarzana jest energia elektryczna, ale jak dostarczane są gazy potrzebne do zrealizowania tego procesu w ogniwach paliwowych. W przypadku tlenu francuskie i niemieckie napędy AIP teoretycznie się nie różnią, ponieważ gaz ten pochodzi ze specjalnego zbiornika.

Diametralnie różny jest natomiast sposób dostarczania wodoru. Na niemieckich okrętach podwodnych pochodzi on bowiem ze specjalnych zbiorników, do których musi być wcześniej załadowany. Takich cylindrycznych, stalowych zbiorników jest kilka, a wodór dla bezpieczeństwa jest w nich przechowywany w postaci wodorków metali w wypełniającym te zbiorniki stopie Hydralloy CTM (opracowanym przez niemiecką firmę GfE). Gaz z tego stopu uwalniany jest dopiero wtedy, gdy do zbiornika dostarczy się ciepło.

image
Sposób rozmieszczenia zbiornika z tlenem (duży niebieski cylinder w górnej części kadłuba) i zbiorników z wodorem (mniejsze niebieskie cylindry w dolnej części kadłuba) na okręcie podwodnym typu 212A. Fot. M.Dura

Zaletą takiego rozwiązania są prosta droga dostarczania wodoru, z łatwą możliwością kontrolowania czystości tego gazu oraz trzykrotnie większa ilość przechowywanego gazu niż gdyby przechowywano go w stanie płynnym (w zbiornikach o takiej samej objętości). Wadami tej części niemieckiego systemu AIP są niebezpieczeństwo wybuchu, trudność w uzupełnianiu zbiorników (które dodatkowo zajmują dużo miejsca) oraz ich waga. Niebezpieczeństwo wybuchu wynika ze stosunkowo długiej drogi dostawy wodoru do ogniw paliwowych i samego sposobu jego magazynowania. Niemcy starają się je zmniejszyć wprowadzając np. rygorystyczne standardy jeżeli chodzi o rurociągi przesyłowe (które mają podwójne ścianki i specjalny system kontroli).

image
Uzupełnianie wodoru w niemieckim systemie AIP na okrętach podwodnych typu 212A jest w miarę proste, ale może być przeprowadzone tylko przez specjalistyczne firmy dostawcze. Fot. M.Dura

Gorzej jest, jeżeli chodzi o uzupełnianie wodoru w zbiornikach, który może być dostarczany do dowolnego portu, ale tylko przez sprawdzone firmy, rygorystycznie trzymające się standardów czystości. Jest to więc bardzo trudne do zrealizowania na morzu i trudne w przypadku zamieszania wywołanego trwającym konfliktem zbrojnym lub kryzysem (ze względu m.in. na surowe przepisy dotyczące transportu wodoru). Same zbiorniki są również dodatkowym balastem, i to mało wydajnym (ze 130 do 160 ton transportowanych wodorków uzyskuje się nie więcej niż 2% wodoru).

Francuzi postanowili zaradzić temu problemowi zastępując zbiorniki z wodorem systemem wytwarzającym ten wodór ze standardowego paliwa okrętowego (które  zasila również silniki diesla). Materiał filmowy opublikowany przez Naval Group pokazuje właśnie, jak to zostało zrobione.

Teoretycznie taki wodór można by było otrzymywać z innych substancji, takich jak metanol etanol, itp. Francuzi jednak wybrali olej napędowy uznając, że:

  • ma on najwyższy punkt zapłonu, zmniejszając ryzyko pożaru, a więc poprawiając bezpieczeństwo;
  • jest to najmniej toksyczne paliwo dla załogi;
  • jest on łatwy „w obsłudze” pod względem procedur załadunku i rozładunku na pokładzie – w tym na morzu;
  • istnieje już wypracowany system logistyczny jeżeli chodzi o dostawy i utrzymywanie odpowiedniej jakości paliwa;
  • jest to paliwo, z którym załoga potrafi doskonale się obchodzić;
  • ma on lepszą wartość energetyczną i zawartość wodoru, co zwiększa wydajność reformingu;
  • jest to paliwo, które może być przydatne na okręcie nawet, gdy system AIP nie jest wykorzystywany (w odróżnieniu od zbiorników z wodorem, które w takim przypadku są po prostu „zbędnym” balastem).

Jak działa francuski system AIP typu FC2G?

W filmie opublikowanym przez Navl Group od razu rzuca się w oczy ważna zaleta, jaką posiada nowy, francuski system AIP typu FC2G – czyli kompaktowość. Eliminując konieczność rozlokowywania na okręcie kilku zbiorników z wodorem i jednego z tlenem oraz rurociągów doprowadzających gaz do ogniw paliwowych, Francuzi mogli bowiem tak zaprojektować nowy napęd niezależny od powietrza, by mieścił się on w jednej sekcji okrętu podwodnego o szerokości około 8 m.

Sekcja taka ma dwa wyraźnie wydzielone moduły: tlenowy i energetyczny. W pierwszym przechowywany jest skroplony tlen o standardowej jakości, a więc łatwy do uzupełnienia. Zapas tego tlenu może być wykorzystywany zarówno dla potrzeb napędu AIP, jak również do regeneracji powietrza wewnątrz okrętu.

image
Główne elementy wchodzące w skład systemu AIP typu FC2G. Fot. Naval Group

O wiele bardziej skomplikowany jest moduł energetyczny, którego najważniejszymi elementami wykazanymi w filmie są: reformer, „wymiennik” (shift), blok oczyszczającej membrany oraz zespół kilku ogniw paliwowych PEM. Przy czym reformer i „wymiennik” mają kształt cylindryczny i stoją pomiędzy zbiornikiem tlenu a resztą sekcji AIP. W największym skrócie: reformer służy do uzyskiwania z oleju napędowego mieszaniny gazów z wodorem, dwa kolejne elementy są wykorzystywane do oczyszczanie tej mieszaniny i wyodrębnienia z niej czystego wodory, natomiast ogniwa paliwowe służą do wytwarzania energii elektrycznej.

Pisząc już bardziej szczegółowo: proces wytwarzania energii elektrycznej w systemie AIP typu FC2G rozpoczyna się dostarczeniem do reformera: tlenu ze zbiornika z sekcji tlenowej (na filmie tor dostawczy zaznaczony kolorem zielonym), oleju napędowego ze standardowego zbiornika okrętowego (na filmie tor dostawczy zaznaczony kolorem oliwkowym) oraz pary wodnej (czego na filmie nie zaznaczono). To właśnie w reformerze, pod dużym ciśnieniem i prawdopodobnie w wysokiej temperaturze, w drodze reformingu autotermicznego, ze standardowego paliwa okrętowego wytwarza się wodór (którego tor przesyłowy jest na filmie zaznaczony na fioletowo).

Poza wodorem w wyniku reformingu otrzymywane są również para wodna, dwutlenek węgla i tlenek węgla. Cała ta mieszanina gazów (określana również w literaturze fachowej jako „gaz syntetyczny”) jest przekazywana do „wymiennika”, który w wyniku konwersji eliminuje z niej tlenek węgla (przekształcając go w dwutlenek węgla) oraz wyodrębniając z wody wodór (zwiększając tym samym zawartość wodoru w gazie syntetycznym do maksymalnego, dostępnego poziomu i praktycznie eliminując tlenek węgla mogący „zaszkodzić” ogniwom paliwowym).

image
Droga jaką dostarczane są tlen i wodór do ogniw paliwowych we francuskim systemie AIP typu FC2G. Fot. Naval Group

Tak wzbogacony gaz syntetyczny jest z kolei przesyłany do bloku membrany, który przepuszcza już tylko czysty wodór kierując go do zespołu ogniw paliwowych. Oddzielnym torem do tych ogniw przesyłany jest również tlen z modułu tlenowego (na filmie tor dostawczy zaznaczony kolorem zielonym), który jednak wcześniej mieszany jest z azotem (czego na filmie już nie pokazano). Zastosowanie takiej mieszaniny gazów ma według Francuzów znacząco zwiększać żywotność ogniw paliwowych.

Zalety francuskiego rozwiązania

Przyjęty przez Francuzów sposób budowy całego system AIP typu FC2G daje możliwość jego zastosowania również na okrętach podwodnych, które zostały wcześnie zbudowane lub zaprojektowane. Napęd ten mogą więc otrzymać (poprzez dodania zbudowanej gdzie indziej sekcji) w przyszłych programach modernizacyjnych zarówno brazylijskie, chilijskie, malezyjskie i francuskie Scorpène jak i australijskie Barracudy – nawet jeżeli wcześniej o tym nie myślano.

image
Dedykowana sekcja dla napędu niezależnego od powietrza II generacji typu FC2G może być przygotowywana już dla wykorzystywanego okrętu podwodnego. Fot. M.Dura

Sekcja ta jest przy tym budowana w taki sam sposób jak sam kadłub, a więc jej dodanie nie ogranicza maksymalnej głębokości zanurzenia okrętu podwodnego. System napędu niezależnego od powietrza nie sprawia też problemu jeżeli chodzi o obsługę, ponieważ sterowanie AIP może się odbywać ze zintegrowanego systemu zarządzania okrętem IPMS (Integrated Platform Management System) przez tylko jednego operatora.

Według Naval Group FC2G charakteryzuje się niespotykaną na innych tego rodzaju rozwiązaniach autonomicznością. Próby długoterminowe przeprowadzone w marcu 2019 r. w ośrodku testowym Indret w Nantes potwierdziły, że ten nowej generacji AIP gwarantuje działanie okrętom podwodnym w zanurzeniu nawet przez 18 dni (21 dni po doliczeniu pracy na akumulatorach) przy utrzymaniu założonej wydajności głównych elementów systemu oraz uproszczonym sposobie konserwacji i obsługi

image
Systemu AIP typu FC2G w czasie prób w ośrodku testowym Indret w Nantes. Fot. Naval Group

 Testy te wykazały dodatkowo:

  • Zmniejszenie sygnatury akustycznej dzięki poprawie wydajności systemu odzyskiwania wodoru (powyżej 99%) i zastosowaniu cichych pomp;
  • Zwiększenie żywotności ogniw paliwowych dzięki czystości wynoszącej ponad 99,999% wytworzonego w systemie wodoru (według Francuzów jest to czystość większa niż w przypadku wodoru uwalnianego w zbiornikach ze stopu Hydralloy CTM);
  • Możliwość kilkakrotnego uruchamiania i wyłączania systemu AIP podczas jednego rejsu.

Ale Francuzi do zalet swojego rozwiązania zaliczają dodatkowo:

  • Brak ograniczeń jeżeli chodzi o temperaturę wody morskiej, która może rozpocząć proces uwalniania wodoru w zbiornikach poprzez ogrzewanie znajdujących się wewnątrz wodorków;
  • Pozbycie się problemu zanieczyszczania wodorków mogących zwiększyć koszty ich utrzymywania podczas jego całego cyklu życia;
  • Ograniczenie miejsca, gdzie wykorzystuje się wodór do jednej sekcji kadłuba (nie ma potrzeby transportowania wodoru do i ze zbiorników).
  • Pozbycie się problemów logistycznych związanych z dostawą czystego wodoru.

Jedynym problemem francuskiego rozwiązania napędu AIP nowej generacji jest to, że nie zostało ono jeszcze zastosowane na żadnej jednostce pływającej i sprawdzone w działaniu w warunkach "bojowych". Niemiecki napęd niezależny od powietrza jest natomiast wykorzystywany na co najmniej trzydziestu operacyjnych okrętach podwodnych (niemieckich, włoskich, greckich, portugalskich oraz południowokoreańskich) i chwalony przez załogi, które nigdy (przynajmniej oficjalnie) nie miały z nim większych problemów technicznych.

image
Systemu AIP typu FC2G w czasie prób w ośrodku testowym Indret w Nantes. Fot. Naval Group
Reklama
KomentarzeLiczba komentarzy: 22
Reklama
Boczek
środa, 14 sierpnia 2019, 16:10

"W silnikach Sterlinga [...] są mała szumność i wydajność zależna od ilości dostępnego na okręcie tlenu. Jest to silnik tłokowy z wydechem na zewnątrz tym samym sygnatura akustyczna jest na tyle mała, na ile dobre są podjęte zabiegi aby ją zredukować. Analogicznie do francuskiego ogniwa, gdzie nie ma tłoków za to jest wydech i duża ilość komponentów ruchomych - pompy, kompresory. "...Wadami są mała prędkość gwarantowana pod wodą na tym napędzie (do 6 w) i konieczność magazynowania dużych ilości tlenu." - prędkość zależy od mocy i tym samym od ilości wbudowanych modułów. Ilość tlenu jest dużo mniejsza niż w systemie francuskim, jako że sprawność systemu Stirlinga jest o 30-50% wyższa. Systemu niemieckiego 2x. ### "Wbrew pozorom zespół ogniw paliwowych [...] proponowanych wcześniej przez Niemców, a obecnie również przez Francuzów, jest w obu przypadkach praktycznie taki sam". - Nie, są to systemy absolutnie różne. Bezpieczny niemiecki, niskotemperaturowy, polimerowy - odporny na udar, bez-serwisowy (tylko sprawdzanie), brak możliwości zatrucia CO, o bardzo wysokiej sprawności 60-70%. Niebezpieczny francuski wysokotemperaturowy, ceramiczny (ogniwa) z nierozwiązanym problemem udaru, serwis - tu brak doświadczenia, bo nie istnieje, z dużym potencjałem zatrucia CO, o niskiej sprawności (najniższa ze wszystkich systemów) < 30-35% (z pamięci). ### Niemiecki koncern stoczniowy zdecydował się [...] na - elektrochemiczny napęd niezależny od powietrza oparty o ogniwa paliwowe. Zaletami takiego napędu są stosunkowo duża sprawność..." Prawidłowym jest - szczególnie wysoka sprawność - na poziomie 60-70% realnie (straty elektryczne maja wszyscy ~takie same), co nawet czyni pracę systemu tańszą w porównaniu do generatorów dieslowskich. ### "...mała szumność" - dla H2 praktycznie zerowa - prawie całkowity brak komponentów ruchomych. ### "Wadą jest konieczność chłodzenia elektrolitu..." - ??? nie ma tam jakiegokolwiek elektrolitu! i jakiegokolwiek chłodzenia woda poreakcyjna ma 80°C i jest potrzebna do uwalniania H2 z wodorków. ### "... niebezpieczeństwo związane z magazynowaniem tlenu i wodoru, które zmieszane mogą stanowić mieszankę wybuchową" - brak jakiegokolwiek niebezpieczeństwa - inaczej niż w systemie francuskim, z racji montażu zbiorników poza kadłubem i braku wysokich temperatur. Przed samym ogniwem systemy są identyczne - czysty H2 i czysty O2. ### "Francuzi teraz pokazali, że część z tych wad można wyeliminować." - nie da się jak opisałem powyżej. Jeszcze raz, system niemiecki nie ma w stosunku do francuskiego jakichkolwiek wad - nawet uwzględniając często powtarzany zarzut konieczności pozyskiwania H2, jest błędny, bowiem jest on powszechnie dostępny w odróżnieniu do bezsiarkowego diesla w systemie francuskim - trudno dostępnego nawet w Europie i horrendalnie drogiego. "Pomimo tego generalnie ogniwa paliwowe są proste w budowie i cechują się dużą sprawnością (dochodzącą do 70%)." - należy zrozumieć, że ta sprawność to sprawność samego ogniwa, a nie systemu. Tu niekorzystnie wpływa na system francuski niska sprawność procesu reformera, gdzie traci się ponad połowę energii, czego brak w Stirlingu i systemie niemieckim. Aby to zrozumieć, należy zrozumieć, że w przypadku systemu niemieckiego miał miejsce outsourcing i wszelkie straty związanie z pozyskaniem H2 miały miejsce na lądzie. ### "Wadami tej części niemieckiego systemu AIP są niebezpieczeństwo wybuchu," - nie ma jakiegokolwiek niebezpieczeństwa wybuchu. Testy przestrzelenia zbiorników tego dowiodły. Ponadto znajdują się one poza kadłubem i są zanurzone w wodzie. ### "...trudność w uzupełnianiu zbiorników (które dodatkowo zajmują dużo miejsca) oraz ich waga...." - nie ma jakiejkolwiek trudności. Problemem jest tlen, a nie wodór. Zarówno zbiorniki O2 jak i H2 znajdują się na zewnątrz i posiadają swoja własną wyporność nie obciążając wyporności samego OP jak w systemie francuskim. "Niebezpieczeństwo wybuchu wynika ze stosunkowo długiej drogi dostawy wodoru do ogniw paliwowych i samego sposobu jego magazynowania. Niemcy starają się je zmniejszyć wprowadzając np. rygorystyczne standardy jeżeli chodzi o rurociągi przesyłowe (które mają podwójne ścianki i specjalny system kontroli)." Droga nie jest długa, a krótka - bezpośrednio przy ogniwie H2 wprowadzany jest do kadłuba. Magazynowanie jest absolutnie bezpieczne i odporne na przestrzelenie pociskiem karabinowym. Rurociągi z wodorem są zawsze! dwuścienne, również w przypadku systemu francuskiego, tyle że w systemie francuskim jest ich więcej i w niebezpiecznym miejscu - w pobliżu produkcji H2 w temp 900 °C! "Gorzej jest, jeżeli chodzi o uzupełnianie wodoru w zbiornikach, który może być dostarczany do dowolnego portu, ale tylko przez sprawdzone firmy, rygorystycznie trzymające się standardów czystości." Nie ma żadnych rygorystycznych standardów czystości - jest to drugi (od dołu) stopień czystości stosowany "hurtowo" przemyśle. Może to robić dowolna firma. Certyfikacja nie ma tu nic wspólnego z jakością gazu. Jakość gazu jest wymagana wg. EN. ### "...130 do 160 ton transportowanych wodorków uzyskuje się nie więcej niż 2% wodoru." - To informacja, którą ktoś sobie niedawno wymyślił, bo do niedawna jest kolportowana. Tam jest ca 25-30 cylindrów (zdjęcie) - część stanowią butle sprężonego powierza. Są to cylindry o średnicy zbliżonej do typowych butli z gazami technicznymi o długości ca. 6 m. Przy 150 t i 25 cylindrach każdy miałby masę ca. 6 t - coś pomiędzy uranem i ołowiem. Nie ma to jednak znaczenia bowiem w tym systemy uzyskujemy najlepsze parametry ze wszystkich. Czyli najdłuższy czas przebywania pod wodą i największa odległość, którą można pokonać bez wynurzania się. ### " Francuzi jednak wybrali olej napędowy uznając, że: [...] ma on lepszą wartość energetyczną i zawartość wodoru, co zwiększa wydajność reformingu" - porównujemy tu diesel z metanolem, a nie z wodorem. Niezależnie od tego najwyższą wydajność ma system na bazie H2. Stąd w niemieckim systemie 20-30 dni pod wodą i przejście Atlantyku bez wynurzania. ### "...jest to paliwo, które może być przydatne na okręcie. nawet, gdy system AIP nie jest wykorzystywany (w odróżnieniu od zbiorników z wodorem, które w takim przypadku są po prostu „zbędnym” balastem)." - Akurat niejako balastem na 212A jest diesel, bo AIP to podstawowy napęd taktyczny w rejonie operacyjnym. ### "Francuzi mogli bowiem tak zaprojektować nowy napęd niezależny od powietrza, by mieścił się on w jednej sekcji okrętu podwodnego o szerokości około 8 m." - w systemie niemieckim to jeden moduł o wielkości 1/4 przekroju i długości ca. 1-1,2 m dla metanolu i dla wodoru to mniej niż 1/4 przekroju i długości 2-2,5 m. Zapasy są poza kadłubem w przestrzeni pomiędzy mocnym i lekkim, która i tak jest potrzebna ze względu na stealth - tylko Niemcy tak robią, aby unikać naklejana powłok anechoicznych. ### "Zalety francuskiego rozwiązania" - brak, system ma same wady. ### "zmniejszenie sygnatury akustycznej dzięki [...] zastosowaniu cichych pomp" - brak w systemie niemieckim. ### "Zwiększenie żywotności ogniw paliwowych dzięki czystości wynoszącej ponad 99,999% " - brak problemu w systemie niemieckim. Ogniwa mają żywotność OP. ### "Możliwość kilkakrotnego uruchamiania i wyłączania systemu AIP podczas jednego rejsu." - w systemie niemiecki dowolna ilość razy w takcie minutowym. Francuski to 0,5 h na rozruch i nieco mniej na zatrzymanie. ### "Brak ograniczeń jeżeli chodzi o temperaturę wody morskiej, która może rozpocząć proces uwalniania wodoru w zbiornikach poprzez ogrzewanie znajdujących się wewnątrz wodorków;" - nie ma takiej wody w oceanach. Patrz Izrael i Singapur (30°C na 30m). ### "Pozbycie się problemu zanieczyszczania wodorków mogących zwiększyć koszty ich utrzymywania podczas jego całego cyklu życia;" nie ma takiego problemu, mają żywotność OP. Ponadto są im starsze tym lepsze ze względu na powstające rysy. ### "Ograniczenie miejsca, gdzie wykorzystuje się wodór do jednej sekcji kadłuba (nie ma potrzeby transportowania wodoru do i ze zbiorników)." - nie ma takiego problemu. Patrz opis wyżej. ### "Pozbycie się problemów logistycznych związanych z dostawą czystego wodoru." - problemem jest nie wodór a bezsiarkowy diesel. ### Podsumowując, francuski system ten może miałby zaletę, gdyby na pokładzie zainstalować odsiarczanie zwykłego diesla okrętowego. Pozostanie jednak mało efektywny, niebezpieczny i generujący wiele sygnatur. Poprzez swoją niską efektywność, dla OP o wyporności 1800-2000 t, czas pracy w zanurzeniu nie przekroczy 14 dni, a zasięg 1500-2000 mil. Wynika to z małej sprawności.

NAVY
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 12:15

...wątpię byśmy kupili to ,i watpię byśmy kupili cokolwiek ...

lord
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 11:10

Francuzi pracują nad bardzo ciekawym rozwiązaniem, myślę że warto byłoby od nich zakupić okręty podwodne i w ramach offsetu wziąć udział w pracach nad tą technologią, bo ona może być zastosowana w przyszłości w innych zastosowaniach.

ktos
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 10:47

Jak dla mnie roznice sa i to istotne. Niemcy zamontowali zbiornik z tlenem na zewnatrz kadluba sztywnego, Francuzi wewnatrz. Az nie chce sobie wyobrazac co sie stanie na frnacuzkim okrecie gdy dojdzie pozaru tej sekcji polaczonej z rozszczelnieniem instalacji tlenu. Mysle ze piec hutniczy to bedzie slabo przy tym co bedzie sie dzialo na okrecie. Niemcy widac o tym pomysleli.

ito
środa, 14 sierpnia 2019, 12:11

Np. bliski wybuch. Jak myślisz- jak wpłynie na połączenia zbiornik- kadłub? A w kadłubie mamy dodatkowe dziury. I bombę (zbiornik)leżącą praktycznie na kadłubie sztywnym bez żadnej separacji i bez osłony... Rozwiązania francuskie, pomijając już to, że wyniesienie zbiornika na zewnątrz prawdopodobnie jest problemem wyłącznie geometrii kadłuba, powoduje niedziurawienie kadłuba, dodatkową ochronę zbiornika, a sam zbiornik, jak wynika z rysunków, jest w osobnej sekcji. Blokuje ona przejście do rufowej części okrętu- pytanie czy ktokolwiek ma tam przebywać? Masz tam diesle, generatory i silnik elektryczny- wszystko obsługiwane z mostka. Czyli pomysł umieszczenia całego zespołu AIP w zamkniętej, autonomicznej sekcji nie jest taki zły. Oczywiście wartość jednego i drugiego rozwiązania będą warunkowały szczegóły.

Boczek
środa, 14 sierpnia 2019, 15:12

To udar na zbiornik wewnętrzny się nie przeniesie, a na zewnętrzny tak?

Szymon
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 00:54

Gaz syntezowy, a nie żaden syntetyczny.

Selmak
niedziela, 11 sierpnia 2019, 23:43

Atomówki lepsze i tyle ;

Urko
niedziela, 11 sierpnia 2019, 23:31

Nie jest całkiem prawdą, że taki system nigdy nie został wcześniej sprawdzony. Przecież to jest kopia tego samego rozwiązanie, które kilka lat temu Rosjanie próbowali zastosować w swoich podwodnych Łada-ch i co okazało się totalną klapą. Może Francuzi zrobią to lepiej, ale Rosjanie początkowo też byli bardzo optymistyczni i nawet w wersji laboratoryjnej wszystko działało jak trzeba i miało wystarczającą sprawność. Brutalna praktyka to skorygowała.

Zatroskany
niedziela, 11 sierpnia 2019, 22:13

Tymczasem w rosji nadal problemy z aip! Problem ,który nie ma końca?

Trepusz
niedziela, 11 sierpnia 2019, 20:54

Współczuję tym co muszą pływać na paruset metrach z zbiornikiem wodoru. Jeden mały wyciek i mamy drugiego Hinderburga z tym że szanse na przeżycie są równe zeru.

Boczek
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 17:58

Tam nie ma zbiorników wodoru, które mogły by się zapalić. Abstrahując od tego, że owe cylindry znajdują się poza kadłubem i w wodzie. Widać na zdjęciu.

Xanadu
niedziela, 11 sierpnia 2019, 20:15

Super artykuł, bardzo przystępny. Podziękowania dla autora.

Orlik
niedziela, 11 sierpnia 2019, 17:40

Prosze wspawac cały modul AIP do naszego Orła

minerve
niedziela, 11 sierpnia 2019, 15:26

Francuzi wykradli Niemcom technologię, zmienili to i owo w niewielkim zakresie, no i mają swój "wynalazek". Po drodze Rosjanie też już nabyli tę technologię, bo zarówno jedni jak i drudzy są mocno przeżarci rosyjskim szpiegostwem gospodarczym. Choć Niemiecki system jest pewny, bo sprawdzony, to francuski pewnikiem wyleci niebawem w powietrze z uwagi bylejakość produkcji, montażu, niedopracowania.

Boczek
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 13:33

Systemy nie mają ze sobą nic wspólnego. Niemieckie ogniwo jest niskotemperaturowe (70-80°C), Francuskie wysokotemperaturowe (200-300°) + produkcja H2 900 °C - tym samym niemieckie bez sygnatury termicznej, francuskie z wysoką. Niemieckie NIE wymaga wodoru o wysokiej czystości, który jest dostępny każdym państwie (dysponuje nim nawet Bangladesz), francuski tak - jak wynika z artykułu. Francuski system wymaga paliwa diesla bezsiarkowego! - trudno dostępny nawet w Europie! (wymaga osobnych zbiorników paliwa (to nie to samo paliwo co do silników diesla), lub wymaga odsiarczania - czyli kolejna petrochemia na pokładzie. Niemiecki system nie posiada wydechu - sygnatura termiczna, chemiczna, akustyczna i galwaniczna odpadają. Niemiecki system jest bezszumowy, francuski nie, to przecież cała petrochemia z licznymi pompami i kompresorem dla wydechu. Wydech ogranicza ponadto głębokość zanurzenia. Niemiecki system jest bezpieczny, praca w niskich temperaturach i brak produkcji wodoru, H2 jest związany i O2 - obydwa poza kadłubem, francuski nie - to skomplikowana produkcja na pokładzie i tak jak niemiecki też wymaga dwuściennych rurociągów, jak każdy system na pokładzie, który transferuje medium na pokładzie, które jest jest bardziej palne niż F-44 - High Flashpoint Kerosene. Czyli już Jet-A1 wymaga orurowania o podwójnych ścianach z nadzorem przestrzeni pomiędzy nimi. Francuski system wymaga ponadto zabezpieczenia przed zatruciem ogniw CO powstałym przy rozkładzie diesla - brak w systemie niemieckim. Francuski system wymaga do pracy sztucznego powietrza i tym samym transportu dużych ilości azotu, aby go zmieszać z tlenem czego Francuzi nie pokazują. Start i zatrzymanie systemu niemieckiego są natychmiastowe, francuski potrzebuje na start i wygaszenie ca 1/2 godziny. Ponadto niemiecki system jest ~2-2,5 razy bardziej sprawny, tym samym konieczna 1/2-1/3 ilość O2 - Niemcy wykorzystują "spaliny" (H2O) dla celów sanitarnych, a nadmiar O2, konieczny dla każdego procesu "spalania" jest odzyskiwany w celu oddychania. Niemiecki system jest też, wielokrotnie mniejszy (3-4 razy) - jak widać na francuskiej grafice. Z tego wynika, że czas zanurzenia systemem niemieckim jest ca. 2 razy dłuższy. Sugerowane 3 tygodnie pod wodą są bardzo optymistyczne - są na pewno krótsze niż dla Sterlinga. To bardzo proste do zrozumienia - w niemieckim systemie wszelkie energochłonne procedury wynikające z produkcji H2 zostały dokonane na lądzie - niejako outsourcing. Dlatego system francuski ma sens dopiero dla OP o wyporności powyżej ~3000 t. Rosjanie nie dysponują jakąkolwiek z tych technologii. I las but not least - Japończycy próbują stworzyć taki system od 20 lat i celowość jego zastosowania w obliczu stosowania ogniw LIB jest coraz bardziej wątpliwa - nawet ostano zrezygnowali ze Strirlinga - raczej eksperymentalnie.

Fanklub Daviena
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 12:27

Tobie ktoś rozum ukradł a nie ogniwo paliwowe Niemcom. Pomysł teoretyczny ogniwa paliwowego jest niemiecko-szwajcarskiego chemika Christiana Schönbeina z 1838 a pierwsze zbudował na tej podstawie Walijczyk William Grove w 1839. Komercyjnie takie ogniwa produkował i sprzedawał brytyjski inżynier Francis Thomas Bacon od 1932. W 1946 jego prace zostały utajnione a następnie jego produkty użyte przez USA w programie kosmicznym. Reszta jest historią. W Sowietach prace naukowe o takich ogniwach pojawiły się w 1941. Sowieckie ogniwa do programu księżycowego wyprodukowano w 1966. W latach 1987-2005 w Rosji wyprodukowano ok. 100 ogniw do programu kosmicznego (choć ogólnie Rosjanie preferowali bardziej niezawodne nuklearne termoogniwa plutonowe). Na Buranie było ogniwo o mocy 10kW. W 1982 w Sowietach zrobiono kilka prototypów autobusów z napędem na ogniwa paliwowe. Gazprom, Norilsk Nikiel oraz rosyjskie ośrodki nuklearne i naukowe powołały spółkę do produkcji takich ogniw. Jak widać pomysł jest znany od pierwszej połowy XIXw. J. Korwin-Mikke twierdzi, że po wprowadzeniu socjalizmu postęp ludzkości się zatrzymał i prawie wszystko co wiemy, wynaleziono w XIXw a potem tylko to rozwijano (wynalazek fonografu Edisona to była zmiana jakościowa - dzisiejsze odtwarzacze mp3 to tylko ilościowe ulepszenie a nie przełom na miarę odkrycia, że dźwięk to fala akustyczna, której przebieg można zapisać i odtwarzać.). Jedynie fizyka kwantowa pochodzi z XXw, ale też jej podwaliny powstały pod koniec XIXw i przed Rewolucją Bolszewicką z 1917. :)

GB
wtorek, 13 sierpnia 2019, 11:26

Te wszystkie ogniwa, które wyprodukowano w ZSRR/Rosji było typowo rosyjskiej jakości i jak widać do rosyjskich okrętów podwodnych się nie nadają o czym świadczy historia budowy okrętów projektu 677. Aha, rosyjskie akumulatory litowo-jonowo też nie nadają się do OP, jak pokazała katastrofa Loszarika...

Urko
wtorek, 13 sierpnia 2019, 15:23

Widzę że śledziłeś historię wypadku na Łoszariku dłużej niż trwał szum w mediach... Moim zdaniem, najważniejszą rzeczą którą powinni Rosjanie przemyśleć, to zmiana podejścia do priorytetów co jest najważniejsze i co przede wszystkim należy ratować. A w Rosji nadal sprzęt jest ważniejszy. Podobno na Łoszariku można było uratować całą załogę, gdyby tylko instrukcje były inne i gdyby dowódca miał więcej swobody co do wydania komendy ewakuacji. Na pewno w tych czasach, strata wykwalifikowanych oficerów jest cięższa niż ratowanie eksperymentalnych baterii testowanych w starym pudle.

GB
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 12:20

Rosjanie od lat próbują zbudować AIP i jak do tej pory bez powodzenia. Przez co muszą budować przestarzałe pod tym względem okręty 636. Projekt 677, który miał być pierwszym ich projektem z AIP nie dość że notuje opóźnienia to jeszcze zamawiane okręty nie będą miały AIP. Kiedy w ogóle uda im się zbudować okręt z AIP to nawet trudno prognozować.

Szach mat w jednym ruchu.
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 09:20

Rosjanie już nabyli tą technologię? Lubię żarty,ale napisz gdzie ją zastosowali pochwal się!!

ech
poniedziałek, 12 sierpnia 2019, 01:37

minerve kolejny zapatrzony w mit niemieckiej motoryzacji ?

Reklama
Tweets Defence24
 
Reklama
Reklama