Serwis używa cookies. Korzystając z serwisu wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki. Zapoznaj się z polityką prywatności.
zamknij   

szukaj

2014-03-07 12:02:24

Systemy napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego – cz. II

     Systemy napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego pojawiające się na nowobudowanych lub modernizowanych okrętach podwodnych mniej więcej od czasów schyłku zimnej wojny wyraźnie wpłynęły na zwiększenie potencjału klasycznych jednostki spalinowo-elektrycznych. Choć ogniwa paliwowe, silniki Stirlinga, czy system MESMA różnią się pod względem przyjętych rozwiązań technicznych i sposobu działania, wszystkie jednak powstały w podobnym celu. Ich konstruktorom przyświecała bowiem chęć wydłużenia czasu, jaki klasyczny okręt spalinowo-elektryczny może spędzić pod wodą, zwiększając jego skrytość działania i możliwości operacyjne. Choć aktualnie eksploatowane systemy tego rodzaju wypełniają wciąż jedynie rolę pomocniczą i nie są w stanie zapewnić osiągów zbliżonych do tych, jakie uzyskują jednostki o napędzie nuklearnym, to zwiększają możliwości op na tyle, że stały się niezwykle pożądanym rozwiązaniem. Ta część artykułu ma za zadanie przybliżenie aktualnie oferowanych rozwiązań tego typu.

Silnik Stirlinga – od Szwecji po Japonię

   Rozpatrując aktualnie eksploatowane systemy AIP pod katem doświadczeń eksploatacyjnych należy zauważyć, że zdecydowanie najdłuższą historią operacyjnego wykorzystania poszczycić może się system opracowany przez szwedzkiego Kockumsa (aktualnie ThyssenKrupp Marine Systems AB) wykorzystujący silniki Strlinga. Choć te ostatnie nie są  wynalazkiem nowym, albowiem legitymują się blisko dwustuletnią historią (patent silnika wynalezionego przez Roberta Stirlinga został zastrzeżony w 1816 roku), to nowością było jednak wykorzystanie ich do napędu okrętów podwodnych. W tym celu wykorzystano silniki opracowane przez szwedzką firmę United Stirling AB, której udziałowcem był Kockums.

   Nim doszło do zastosowania silnika na okręcie podwodnym szwedzkiej floty, w połowie lat osiemdziesiątych XX wieku Kockums zabudował na cywilnej jednostce badawczej Saga silnik Stirlinga wraz z instalacją tlenową firmy AGA Cryo. Doświadczenia uzyskane w trakcie realizacji tego projektu stanowiły fundament do opracowania efektywnego systemu napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego przeznaczonego do zastosowań militarnych. Sam silnik Stirlinga, jak głosi definicja, jest tłokową maszyną roboczą pracującą w obiegu zamkniętym z dowolnym gazem roboczym oraz z regeneracją ciepła przy stałej objętości. Charakterystyczną cechą silników Stirlinga jest zaś to, że ciepło niezbędne do ich działania może pochodzić z różnych źródeł, tj. spalania np. ropy, lub z energii słonecznej itp. W przypadku silników stosowanych na szwedzkich i japońskich okrętach podwodnych powstaje ono w ciśnieniowej komorze spalania oddzielonej od samego silnika. Paliwem w tym przypadku jest olej napędowy spalany przy udziale tlenu pochodzącego z okrętowej instalacji tlenowej, w której tlen magazynowany jest w postaci ciekłej, w zbiornikach kriogenicznych. Następnie ciepło wytwarzane w procesie spalania przekazywane jest na gaz roboczy we wnętrzu zasadniczego silnika, a ten z kolei, rozprężając się napędza tłok wytwarzając energię mechaniczną. Następnie tłok przemieszcza gaz roboczy do strefy chłodzącej, gdzie gaz zmniejsza swoją objętość, cofając tłok. Wytworzona energia mechaniczna wykorzystywana jest do napędu generatora elektrycznego wytwarzającego prąd przemienny, konwertowany następnie na prąd stały. Gazem roboczym w rozwiązaniu stosowanym prze Kockumsa jest hel. Ponieważ ciśnienie w komorze spalania jest wyższe niż ciśnienie otaczającej wody morskiej, na głębokości 300 m, możliwe jest usuwanie spalin za burtę bez dodatkowego kompresora. W przypadku systemu AIP oferowanego przez Kockumsa czas jego pracy limitowany jest zasadniczo zapasem zmagazynowanego ciekłego tlenu.

 

   System napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego wykorzystujący silniki Stirlinga stał się juz w praktyce standardowym wyposażeniem okrętów podwodnych budowanych przez szwedzkiego Kockumsa. Fot. J.A. Wilbourn Sims/US Navy

  Energia elektryczna wytworzona przez system AIP wykorzystywana jest w pierwszej kolejności przede wszystkim od bezpośredniego napędzania głównego silnika elektrycznego okrętu. Może jednak zostać użyta również do ładowania baterii akumulatorów.

   Wracając do historii zastosowania systemu AIP wykorzystującego silniki Stirlinga, należy zaznaczyć, że prace modernizacyjne nad pierwszym okrętem wyposażonym we wspomniany system prowadzono między listopadem 1987 roku a listopadem następnego roku. Powtórne wcielenie Näckena, a więc jednostki typu A14, do służby odbyło się 11 maja 1989 roku. W wyniku modernizacji okręt otrzymał dodatkową ośmiometrową sekcję kadłuba. Mieściła ona dwa, pracujące bez dopływu powietrza atmosferycznego, silniki Stirlinga V4-275R Mk I o sumarycznej mocy 150 kW, zbiorniki z ciekłym tlenem oraz systemy kontrolne. Dzięki temu zabiegowi znacznie do 14 dni wydłużył się okres patrolowania w zanurzeniu. Z wykorzystaniem silników Stirlinga prototypowy Näcken mógł osiągać w zanurzeniu prędkość 5 węzłów. Próby morskie, jakim poddano jednostkę po instalacji systemu AIP wypadły na tyle zachęcająco, iż wkrótce okręt powrócił do linii. Doświadczenia wyniesione z modernizacji Näckena oraz jego dalszej eksploatacji zaowocowały wprowadzeniem napędu AIP wykorzystującego silniki Stirlinga, już jako seryjnego wyposażenia jednostek typu A19. Te ostatnie okręty wyposażono w parę silników V4-275R, jednak w udoskonalonej wersji Mk II. W drugiej kolejności, w ramach pakietu modernizacyjnego analogiczny napęd otrzymały dwie jednostki typu A17, Södermanland i Ostergötland, eksploatowane przez szwedzką flotę. Porozumienie dotyczące ich modernizacji zawarto w 1999 roku, a przebudowa została dokonana w stoczni w Karlskronie. Zakończono ją odpowiednio we wrześniu 2003 roku oraz październiku 2004 roku. Oba okręty otrzymały dodatkowe sekcje kadłuba o długości 12 metrów mieszczące dwa, pracujące bez dopływu powietrza atmosferycznego, silniki Stirlinga typu V4-275R Mk III. Każda ze wspomnianych sekcji kadłuba ma wyporność około 400 ton i neutralną pływalność. W konsekwencji długość zmodernizowanych jednostek zwiększyła się do 60,5 metra, a wyporność podwodna osiągnęła około 1500 ton. Według dostępnych danych systemy zamontowane na jednostkach szwedzkich mają pozwalać na poruszanie się pod wodą przez dwa tygodnie z prędkością 5 węzłów.

 

   Powyższy schemat przedstawia w uproszczony sposób zasadę działania systemu AIP wykorzystującego silnik Stirlinga. Grafika Michał Gajzler/Dziennik Zbrojny

   Analogiczny pakiet modernizacyjny otrzymały również pozostałe dwie jednostki typu A17, wycofane ze służby w Svenska Marinen i sprzedane do Singapuru za 128 mln USD w listopadzie 2005 roku. Dawne Västergötland i Hälsingland już po modernizacji dołączyły do floty Singapuru jako Swordsman i Archer odpowiednio w 2010 i 2009 roku.

   Szwedzkie systemy napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego trafiły również na pokłady okrętów podwodnych powstających w Japonii i przeznaczone dla Japońskich Morskich Sił Samoobrony. Produkowane na licencji przez japoński koncern Kawasaki Heavy Industries silniki Stirlinga V4-275R zabudowano bowiem na nowych okrętach podwodnych typu Sōryū. W przeciwieństwie do okrętów szwedzkich, z których każdy wyposażono w dwa silniki Stirlinga, każda ze wspomnianych jednostek japońskich otrzymuje po cztery silniki tego rodzaju. Zwiększenie ilości zabudowanych silników Stirlinga jest o tyle łatwo zrozumiałe, że oceaniczne okręty japońskie charakteryzują się ponad dwukrotnie większą wypornością podwodną od okrętów typu A17 czy A19. Ogółem przewidziano budowę 10 jednostek typu Sōryū. Wcielenie pierwszej z nich do służby nastąpiło w marcu 2009 roku. Nim doszło do rozpoczęcia seryjnej produkcji jednostek typu Sōryū, szwedzkie rozwiązania zostały przetestowane na należącym do typu Harushio okręcie Asashio. Wypełniający od 2000 roku zadania szkolne okręt został w 2001 przebudowany na jednostkę testową, dedykowaną do prób systemu napędu niezależnego od powietrza. Przebudowa objęła, podobnie jak w przypadku modernizowanych szwedzkich okrętów typu A17, przecięcie okrętu, a następnie zabudowę dodatkowej, dziesięciometrowej, sekcji mieszczącej silniki Stirlinga. Prowadzone od 2002 roku, a zakończone rok później próby przyniosły pozytywne rezultaty. Zaowocowało to zatwierdzeniem w 2004 roku seryjnej budowy okrętów typu Sōryū, których projekt bazuje na poprzedniej serii japońskich op typu Oyashio.

   Zaletą silników Stirlinga w porównaniu do klasycznych silników wysokoprężnych jest ich niższa sygnatura akustyczna, dodatkowo zostały one w dźwiękochłonnych modułach. Silniki Strilinga oferowane przez Kockumsa mają również charakteryzować się niskim poziomem wibracji oraz niską sygnaturą w podczerwieni i niską sygnaturą magnetyczną. Wedle producenta odznaczają się również niskimi kosztami cyklu życia i nie wymagają rozbudowanej infrastruktury do wsparcia eksploatacji. Z drugiej strony silniki Stirlinga mają charakteryzować się niższą efektywnością niż ogniwa paliwowe. W przypadku ich zastosowania należy również liczyć się z pewnymi ograniczeniami maksymalnej głębokości zanurzenia, a to ze względu na ograniczenia związane z koniecznością usuwania spalin za burtę. Większe niż w przypadku ogniw paliwowych jest także zużycie ciekłego tlenu. Pewnym mankamentem jest również ograniczona moc instalowanych silników Strilinga.

MESMA

   Kolejnym z systemów napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego, który trafił do seryjnej produkcji stał się francuski system MESMA, czyli Module d’Energie Sous-Marine Autonome. Podobnie jak inne obecnie oferowane systemy AIP ma on pozwolić na wydłużenie czasu przebywania okrętu podwodnego w zanurzeniu, w tym przypadku czas ten ma dochodzić do ponad trzech tygodni. Bazą dla systemu jest turbina parowa pracującą w układzie zamkniętym, a za jego opracowanie odpowiedzialna była grupa przemysłowa kierowana przez DCNS. W jej skład wchodziły również firmy Air Liquide, Thermodyn, Techniatome oraz Bertin.

   Pomijając sposób wytworzenia pary, zasada działania systemu MESMA zbliżona jest do działania siłowni okrętowej wykorzystującej reaktory jądrowe. Konwencjonalny zespół wytwarzania pary pracuje w tym przypadku przy udziale ciekłego tlenu i oleju napędowego, które są spalane w specjalnej komorze. Wytworzone w ten sposób ciepło służy do wytworzenia pary w wymienniku ciepła. Para wodna napędza następnie turbinę, ta zaś turbogenerator elektryczny. Prąd elektryczny wytworzony w ten sposób dostarczany jest do akumulatorów, lub odbiorników na okręcie. MESMA pracuje w tzw. cyklu Rankine’a, przy czym czynnikiem roboczym układu jest woda. Produkty uboczne procesu spalania, dwutlenek węgla i woda usuwane są poza burtę. System może pracować w całym zakresie głębokości dopuszczalnego zanurzenia dla okrętów. Po przeprowadzeniu studiów i prób instalacji wydalania produktów spalania MESMA-y DCNS zapewnia, że usuwany dwutlenek węgla rozpuszcza się całkowicie w wodzie w odległości mniejszej niż 3 m od jednostki. Działanie napędu MESMA ma, wedle zapewnień producenta, nie zwiększać ani sygnatury termicznej, ani pola hydroakustycznego wyposażonego weń okrętu.

   W skład systemu MESMA wchodzą zbiornik ciekłego tlenu oraz zbiornik paliwa, wymiennik ciepła, turbina, alternator, skraplacz, armatura oraz system sterowania. Cały system zamknięty jest w module o długości 9 m, choć może być ona inna, w zależności od wymagań zamawiającego przekładających się na pojemność zbiorników z tlenem i paliwem, co wpływa na długość modułu. O ile początkowo informowano, że jako paliwo wykorzystywany jest etanol, o tyle wszystkie późniejsze doniesienia mówią o zastosowaniu standardowego oleju napędowego. MESMA odznacza się co prawda niższą sprawnością w stosunku do ogniw paliwowych (20% w stosunku do 60-65%) jednak ma niewątpliwie kilka istotnych zalet, takich jak prostota konstrukcji, bezpieczeństwo, wyeliminowanie niebezpiecznego wodoru czy dostępność reagentów. Zdaniem DCNS, MESMA zapewnia większą elastyczność wykorzystania operacyjnego niż napędy AIP oparte na ogniwach paliwowych. Uruchomienie systemu ma wymagać mniej czasu i zdecydowanie mniej energii elektrycznej niż systemów opartych na ogniwach paliwowych. Tym samym wykorzystanie systemu, z punktu widzenia bilansu energetycznego okrętu, ma być opłacalne już przy krótszych jednorazowych okresach wykorzystania. Wedle zapewnień producenta, MESMA ma charakteryzować się również najniższymi kosztami cyklu życia, spośród aktualnie oferowanych systemów napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego, a jej serwisowanie nie wymaga interwencji producenta okrętu. Co warte zaznaczenia, moc jaką dysponuje MESMA jest również większa od tej, generowanej przez pojedynczy silnik Stirlinga. System MESMA charakteryzuje się mocą 200 kW i może być wykorzystywany przy głębokościach operacyjnych nawet poniżej 350 m.

 

   Francuski system MESMA wykorzystujący turbinę gazową pracującą w obiegu zamkniętym znalazł zastosowanie m.in. na pakistańskich op typu Agosta 90B. Zasadę działania systemu przedstawia powyższy schemat. Grafika Michał Gajzler/Dziennik Zbrojny

   Instalacja tlenowa została odseparowana wewnątrz modułu MESMA. Wszystkie komponenty wchodzące w skład modułu AIP zostały posadowione na elastycznych podstawach, co przyczynia się do wytłumienia systemu. Szacowany zasięg okrętów wyposażonych w systemy AIP, przy tranzycie mieszanym, w położeniu podwodnym i nawodnym, ma przekraczać 10000 Mm. Typowy moduł z systemem MESMA ma 8,5 m długości i charakteryzuje się masą 200 ton. Pierwszą jednostką wyposażoną we wspomniany system był pakistański okręt podwodny typu Agosta 90B (inaczej typ Khalid) Hamza. Systemy tego typu zostały następnie zamówione również na pozostałych dwóch pakistańskich okrętów tego typu. Jak dotąd nie zostały jednak na żadnym z dostarczonych użytkownikom okrętów podwodnych typu Scorpène.

Ogniwa paliwowe

   Do miana najintensywniej rozwijanych systemów AIP aktualnie pretendować mogą jednak głównie systemy wykorzystujące ogniwa paliwowe. Same ogniwa paliwowe są urządzeniami elektrochemicznymi, których energia chemiczna paliwa jest przetwarzana bezpośrednio w energię elektryczną. W ich przypadku nie zachodzi proces spalania paliwa. Ogniwa paliwowe odznaczają się zasadniczo wysoką sprawnością, na poziomie około 70%, trzykrotnie wyższą niż silniki spalniowe.

   Ich rozwój, z myślą o zastosowaniu na okrętach podwodnych, rozpoczęto pod wpływem doniesień o wykorzystaniu ogniw paliwowych w pojazdach kosmicznych pojazdach kosmicznych biorących udział w programach Gemini i Apollo. To właśnie w z myślą o programach kosmicznych podobne systemy były bowiem tworzone w USA. Wiele lat później z doświadczeń amerykańskich firm projektujących ogniwa paliwowe przeznaczone dla programów kosmicznych mieli skorzystać mieli twórcy hiszpańskich op typu S-80. Jednak nim do tego doszło prace nad ogniwami paliwowymi przeznaczonymi dla okrętów podwodnych rozpoczęto w dwóch innych krajach. Były to ZSRR i Republika Federalna Niemiec.

   Wdrożenie do służby w WMF okrętów podwodnych o napędzie nuklearnym, choć wiązało się z zaniechaniem rozwoju większości dotychczas rozwijanych systemów napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego, nie doprowadziło jednak do całkowitego zaniechania prac nad nimi. Kontynuowano bowiem rozpoczęte w latach sześćdziesiątych XX wieku badania nad ogniwami paliwowymi, określanymi też mianem generatorów elektrochemicznych. W 1974 roku oficjalnie zatwierdzono plany budowy lądowych oraz pływających instalacji badawczych, które miały przetestować systemy nowego typu.

   Prace ogniwami paliwowymi prowadzone w ZSRR początkowo, jeszcze przed 1974 rokiem, prowadzone były przez biuro konstrukcyjne Lazurit, tworzące konstrukcję jednostek projektu 947. Miały one wykorzystywać do napędu generatory elektrochemiczne wykorzystujące roztwór nadtlenku wodoru. W wyniku decyzji podjętej w 1974 roku ostatecznie opracowano doświadczalną instalację wykorzystującą ogniwa paliwowe innej konstrukcji, dysponującą mocą 280 kW. Został on zamontowana na spalinowo-elektrycznym okręcie podwodnym S-273 należącym do projektu 613, znanym pod oznaczeniem kodowym NATO jako Whiskey. W tym celu okręt poddano znaczącej przebudowie – S-273 otrzymał cztery duże zbiorniki kriogeniczne służące do przechowywania 4 ton wodoru w temperaturze -252 °C oraz 32 ton tlenu w temperaturze -165 °C. Ich tankowanie trwało aż 160 godzin. Zbiorniki zamontowano przed i za kioskiem (parami po dwa) w poszerzonej sekcji kadłuba, przy czym częściowo wystawały one poza obrys kadłuba lekkiego. Eksperymentalne ogniwo paliwowe zostało zamontowane w miejscu jednego z silników diesla. Wraz z nim zamontowano generator EChG-280 napędzający jeden z dwóch wałów napędowych okrętu. Próby okrętu zmodyfikowanego wg projektu 613E Katran rozpoczęto w październiku 1988 roku. Potrwały one 6 miesięcy. Zweryfikowany czas marszu pod wodą z prędkością 2,5 węzła z wykorzystaniem ogniw paliwowych wyniósł 28 dni. Ostatecznie jednak prace nad powyższym systemem zarzucono na rzecz alternatywnych systemów tego rodzaju. Wśród nich znalazły się ogniwa paliwowe Kristal-27E mające zapewniać możliwość marszu z małą prędkością w zanurzeniu przez 15-20 dni. Zaoferowano je do zabudowy na modułowych okrętach typu Amur 1650/950. Prace nad rosyjskimi systemami napędu niezależnego od powietrza przeciągały się bardzo wyraźnie. Ostatecznie pierwsza jednostka rosyjska wyposażona w system AIP, okręt typu 677 Łada, ma rozpocząć służbę w 2016 roku.

 

   S-273, czyli radziecka jednostka typu 613E, zmodyfikowana w celu przetestowania systemu napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego wykorzystującego ogniwa paliwowe. W oczy rzuca sie charakterystyczna, poszerzona, środkowa sekcja kadłuba oraz częściowo wystające poza obręb kadłuba lekkiego zbiorniki wodoru i tlenu. Foto: Biuro Konstrukcyjne Malachit

   W przeciwieństwie do problemów jakie napotkano przy opracowaniu systemów AIP wykorzystujących ogniwa paliwowe w Rosji, systemy tego typu z powodzeniem dopracowały i wdrożyły wspomniane już firmy niemieckie. Rozwiązanie opracowane przez Siemensa stało się również pierwszym z powodzeniem wdrożonym na seryjnie produkowanych okrętach podwodnych i przetestowanym w normalnej eksploatacji.

   Prace nad ogniwami paliwowymi również w RFN rozpoczęto pod wpływem informacji o zastosowaniu systemów tego rodzaju w pojazdach kosmicznych. Badania prowadzone w latach osiemdziesiątych XX wieku doprowadziły ostatecznie do przetestowania pod koniec lat 80-tych doświadczalnych ogniw paliwowych na okręcie typu 205 oznaczonym U-1. Testy prototypowego systemu napędu niezależnego od powietrza rozpoczęto jednak już wcześniej, bo na przełomie 1984 i 1985 roku, w stoczni HDW. Była to jednak wciąż jeszcze instalacja lądowa. Niedługo później rozpoczęto jednak przygotowania do zabudowy instalacji na wspominanym już okręcie podwodnym U-1. Przeprowadzone modyfikacje okrętu obejmowały zabudowę zbiorników wodoru na zewnątrz kadłuba sztywnego, instalację zbiornika ciekłego tlenu przed kioskiem oraz instalacji samego ogniwa paliwowego z systemami pomocniczymi i sterującymi. Doświadczalne ogniwo paliwowe z systemami pomocniczymi zabudowano w dodatkowej sekcji kadłuba wstawionej przed kioskiem. Moc ogniw początkowo była bardzo ograniczona i wynosiła jedynie 7 kW, z czasem jednak zwiększono ją do 100 kW. Próbna eksploatacja miała dostarczyć doświadczeń niezbędnych do dopracowania docelowego wariantu systemu, który został ostatecznie zainstalowany na okrętach typu 212A, z których pierwszy (U-31) został wcielony do służby w październiku 2005 roku.

   Bez względu na różnice w konstrukcji różnych ogniw paliwowych wszystkie posiadają trzy wspólne elementy. Są to anoda, katoda oraz elektrolit pozwalający na przepływ protonów od anody do katody. Elektrony natomiast przepływają do katody zewnętrznym obwodem elektrycznym wytwarzając prąd elektryczny umożliwiający zasilanie urządzeń.

 

   Powyższy schemat wyjaśnia zasadę działania ogniwa paliwowego wykorzystującego membranę PEM. Grafika Michał Gajzler/Dziennik Zbrojny

   Zastosowany na jednostkach typu 212A oraz typu 214 system napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego wykorzystuje ogniwa paliwowe z polimerowymi membranami elektrolitycznymi PEM dostarczonymi przez firmę Siemens. Do pracy systemu niezbędne są ponadto wodór i tlen, magazynowane w postaci ciekłej w specjalnych zbiornikach, a efektem pracy systemu jest prąd elektryczny (stały, przekształcany następnie w prąd zmienny), ciepło i woda. Pakiety membran zostały osłonięte stalowymi ciśnieniowymi prostopadłościennymi osłonami. W trakcie pracy ogniwa nagrzewają się do temperatury 80 stopni °C i charakteryzują się wysoką sprawnością – na poziomie 65%. Zbiornik ciekłego tlenu, wyprodukowany przez firmy HDW i Linde, zabudowano we wnętrzu kadłuba sztywnego. Zaopatrzono go w wyparownik. Zbiorniki wodoru mają formę stalowych cylindrów i umożliwiają przechowywanie gazu w relatywnie niskiej temperaturze i ciśnieniu. Zbiorniki wodoru umieszczono pod kadłubem sztywnym. Systemy dosyłania wodoru mają podwójne ścianki, co ma na celu zwiększenie bezpieczeństwa. Ogniwa nie mają elementów ruchomych. Ogniwa na op typu 212A i 214 ogniwa zasilają bezpośrednio silnik główny (lub inne systemy, mogą teoretycznie również ładować baterie akumulatorów) przede wszystkim przy prędkości ekonomicznej. Zastosowany system AIP przynajmniej teoretycznie jest bezgłośny.

   Układ zainstalowany na jednostkach typu 212A ma nieco inną konfigurację niż ten zabudowany na eksportowych okrętach typu 214. W tym przypadku zbiornik ciekłego tlenu oraz mające formę stalowych cylindrów zbiorniki ciekłego wodoru umieszczono poza kadłubem sztywnym. Ich konstrukcja ma umożliwiać przechowywanie stosunkowo dużej objętości wodoru w stosunkowo niskiej temperaturze i ciśnieniu. Przewody armatury wodorowej we wnętrzu kadłuba sztywnego wyposażono, dla bezpieczeństwa, w podwójne ścianki, a więc mamy tu do czynienia z podobnym zabiegiem jak w przypadku op typu 214. W przypadku „wygaszenia” ogniw, są one wypełniane azotem. Łączna moc systemu AIP zastosowanego na op typu 212A jest zauważalnie wyższa niż ma to miejsce w przypadku op typu 214. Każdy z okrętów typu 212A otrzymał 9 modułów ogniw paliwowych BZM 34 o mocy 34 kW każdy, podczas gdy na okrętach typu 214 instalowane są po dwa moduły BZM 120 o mocy 120 kW każdy. Moduły prócz uzyskiwanych mocy różnią się między sobą wielkością i masą oraz liczbą wchodzących w skład każdego z nich indywidualnych ogniw. Wykorzystując ogniwa paliwowe okręty pokonać mogą odległość około 420 Mm idąc z prędkością 8 węzłów. Dla porównania, wykorzystując silnik diesla, jednostki typu 212A mogą pokonać – na powierzchni lub na chrapach – odległość rzędu 8000 Mm przy prędkości 8 węzłów.

 

   Ogólny schemat działania systemu napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego zastosowanego na okretach typu 212A i 214. Grafika Michał Gajzler/Dziennik Zbrojny

   Prócz okrętów typów 212A, 214 oraz pochodnej tych ostatnich, czyli op typu 209 PN, ogniwa paliwowe opracowane przez Siemensa trafiły również lub trafią na pokłady pojedynczego greckiego op typu 209/1200 (Poseidon) zmodernizowanego w ramach programu Neptune oraz drugiej serii op typu Dolphin budowanych w Niemczech na zamówienie MW Izraela.

Nieodległa przyszłość – rywalizacja trzech rozwiązań?

   Jak już wcześniej wspomniano dojrzałe systemy AIP zdobyły popularność na przełomie XX i XXI wieku. Spośród dostępnych rozwiązań tego rodzaju na seryjnych okrętach podwodnych szersze zastosowanie znalazły do tej pory trzy systemy oferowane przez producentów szwedzkich (silniki Stirlinga, choć Kockums aktualnie kontrolowany jest przez niemiecką ThyssenKrupp Marine Systems), niemieckich (ogniwa Siemensa/HDW) oraz francuskich (MESMA). Systemy te zostały przybliżone w powyższym artykule. Już jednak w nieodległej przyszłości należy spodziewać się dość wyraźnego poszerzenia oferty rozwiązań tego typu. W przypadku ostatecznego rozwiązania problemów technicznych trapiących hiszpański projekt okrętów typu S-80 kolejnym systemem AIP jaki wejdzie do służby staną się ogniwa paliwowe opracowane i promowany przez UTC Power, Navantię i Abengoa Hynegreen. W najbliższych latach ostatecznie powinny również wejść do służby rosyjskie systemy AIP. Niebawem należy także spodziewać się rozpoczęcia służby przez pierwsze chińskie okręty podwodne typu 041, których producent również oferuje instalację systemów AIP. W tym ostatnim przypadku spekuluje się jednak o zastosowaniu silników Stirlinga.

   O ile pierwsza para okrętów 212A włoskiej MW wykorzystuje system AIP z ogniwami opracowanymi przez niemieckiego Siemensa, to druga para okrętów tego typu prawdopodobnie może już otrzymać bezpieczniejsze ogniwa paliwowe wykorzystujące rozwiązania opracowane przez francuską firmę McPhy Energy. Wspomniane systemy, należące do ogniw klasy MHFC, w charakterze źródła wodoru wykorzystywać mają wodorek magnezu. Fot. X. Gamble/US Navy

   Prawdopodobnie jednak jedną z najciekawszych propozycji mogą okazać się ogniwa paliwowe opracowane przez francuską firmę McPhy Energy przygotowywane na zamówienie włoskiego koncernu stoczniowego Fincantieri. Wspomniane ogniwa mają bowiem należeć do ogniw typu MHFC (Metal hydride fuel cells) w których do magazynowania wodoru wykorzystywane są wodorki metali, w tym konkretnym przypadku wodorek magnezu. Ich zdecydowaną przewagą w stosunku do rozwiązań instalowanych do tej pory na okrętach typu 212A czy 214 jest zaś zdecydowanie większe bezpieczeństwo, bowiem wodór magazynowany jest nie w formie ciekłej a wspomnianego wodorku magnezu. Francuski producent demonstrował zaś już odporność dysków z wodorku magnezu na działanie ognia. Ponadto wspomniany system ma charakteryzować się zredukowanymi kosztami utrzymania systemu w sprawności. Na ile skuteczny okaże się nowy system AIP przekonamy się zapewne niebawem.

Michał Gajzler

Z początkami prac nad systemami napędu AIP można zapoznać się w pierwszej cześci artykułu poświęconego systemom napędu niezależnego od powietrza atmosferycznego.




Rejestracja

Funkcja chwilowo niedostępna

×

Logowanie

×

Kontakt

×
Fregaty rakietowe typu Sachsen (typ 124)

Fregaty rakietowe typu Sachsen (typ 124)

Zakres zadań i znaczenie niemieckiej marynarki wojennej w odniesieniu do całych sił zbrojnych tego państwa w ostatnim czasie uległy znacznemu zwięk...

więcej polecanych artykułów