Nowsze baterie (góra) i lepsze zarządzanie systemami, takimi jak mobilne generatory (dół) przyczyniają się do efektywnego wykorzystania energii
Ponieważ paliwa kopalne są rzadkie i kosztowne, wojsko poszukuje alternatyw dla obecnych metod dostarczania energii do swoich baz i sprzętu teatru działań (TMD). Zobaczmy, jak przemysł napędza innowacje w tym obszarze
„Od 2001 r. ponad 3000 amerykańskich żołnierzy i kontrahentów w Iraku i Afganistanie straciło życie lub zostało rannych w atakach na konwoje z paliwem i wodą”, podają statystyki Departamentu Obrony.
Jednak zmniejszenie zużycia paliwa o 10% w ciągu pięciu lat uratowałoby życie i zdrowie 35 żołnierzy z konwojów transportowych w tym samym okresie; dane te pochodzą z badania przeprowadzonego przez firmę audytorską Deloitte, opublikowanego w 2009 roku. Na chwilę obecną brak jest danych za okres 2009-2014 o stratach związanych ze słupami zaopatrzenia w wodę i paliwo.
Wcześniej szacowano, że w każdym z 24 konwojów z paliwem był jeden ranny lub zabity. Na przykład w 2007 r. w samym Iraku i Afganistanie armia amerykańska przeprowadziła 6030 konwojów z paliwem. Doprowadziło to do nowej ustawy przedstawionej Senatowi w tym roku, Ustawy o bezpieczeństwie energetycznym Departamentu Obrony z 2014 r., która ma na celu pomóc operacjom wojskowym stać się bardziej wydajnymi energetycznie i mniej polegać na paliwach kopalnych.
Celem jest nie tylko zaoszczędzenie pieniędzy w budżecie Pentagonu, ale także zmniejszenie zapotrzebowania na konwoje z paliwem, a ostatecznie zmniejszenie ryzyka dla personelu wojskowego.
Departament Obrony USA jest obecnie największym konsumentem paliwa, zużywając około 90 milionów baryłek ropy przy koszcie prawie 15 miliardów dolarów rocznie. 75% tej kwoty przeznacza się na potrzeby sił aktywnych, a do 2025 roku planowane jest jej zwiększenie o 11%.
Współpraca
Nie tylko Stany Zjednoczone przywiązują dużą wagę nie tylko do efektywności paliwowej, ale także do tzw. „inteligentnej energii”. W 2012 roku NATO utworzyło grupę roboczą w celu zidentyfikowania najbardziej obiecujących rozwiązań energooszczędnych i zainicjowania wielonarodowych projektów w celu ich koordynacji. NATO rozważało także możliwość włączenia koncepcji smart energy do dokumentów określających strategię i standardy sojuszu.
Po spotkaniu w maju 2012 r. powołano SENT (zespół ds. inteligentnej energii), który jest finansowany w ramach programu NATO Science for Peace and Security. Grupą zarządza Litewskie Centrum Bezpieczeństwa Energetycznego NATO oraz Połączony Departament Ochrony Środowiska Szwedzkich Sił Zbrojnych. W skład zespołu wchodzą eksperci z ośmiu krajów, w tym sześciu państw członkowskich (Kanady, Niemiec, Litwy, Holandii, Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych) oraz dwóch partnerów (Australia i Szwecja).
„Chcemy, aby żołnierze i dowódcy zrozumieli, że oszczędności energii mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo i życie żołnierzy” – powiedziała Susan Michaelis, inteligentna oficer ds. energii w kwaterze głównej NATO. „Uwalnia zasoby dla podstawowej misji NATO, która obecnie koncentruje się na ochronie konwojów paliwowych”.
Dodała, że SENT rozważa porozumienia standaryzacyjne NATO dotyczące „inteligentnej energii, co powinno obejmować instalację inteligentnych liczników w istniejących obozach wojskowych; ogólny projekt przyszłych obozów; szkolenie i udział ekspertów; szkolenie ogólne objęte ogólnym szkoleniem wojskowym; oraz system nagród dla funkcjonariuszy, którym udało się zmniejszyć zużycie paliwa.”
Pełne koszty ogólne
Wojsko USA i NATO przeprowadziło tak zwane obliczenia w pełni obciążonego kosztu paliwa (FBCF), które uwzględniają wszystkie czynniki operacyjne w łańcuchu dostaw energii, w tym transport, infrastrukturę, zasoby ludzkie, konserwację, bezpieczeństwo i magazynowanie energii.
W związku z tym jeden galon (3,785 litra) paliwa kosztującego do 3,50 USD za galon (77 centów za litr) w amerykańskim odwiercie (77 centów za litr) może osiągnąć ponad 100 USD za galon (22 USD za litr) po dostarczeniu do linia frontu do północno-wschodniego Afganistanu.
Zgodnie z tymi wyliczeniami, alternatywne źródła energii i inteligentne rozwiązania energetyczne, które nie mogą być konkurencyjne finansowo w życiu codziennym ze względu na wysokie początkowe koszty kapitałowe, mają coraz większe uzasadnienie na polu walki.
Prezydent Earl Energy Doug Morehead powiedział: „Szczerze mówiąc, kiedy zaczynasz płacić 15 dolarów za galon, wiele nowych technologii ma sens”.
Rzeczywiście, jeśli połączony system magazynowania energii słonecznej i rezerwowej jest nieopłacalny dla domu i codziennego życia, to jest nieoceniony w wojsku, zwłaszcza gdy spojrzy się na niego ze wszystkimi komponentami w FBCF.
W czerwcu 2013 roku podczas ćwiczeń NATO Capable Logistician 2013 na Słowacji armia holenderska zademonstrowała namiot pokryty ogniwami słonecznymi. Armia zainstalowała już 480 metrów kwadratowych paneli słonecznych w Mazar-i-Sharif w Afganistanie, które obecnie generują 200 kWh. Według eksperta ds. energii w armii holenderskiej podpułkownika Harma Renesa „inwestycja już się opłaciła”.
Zgodnie z trendami
Departament Obrony Stanów Zjednoczonych organizuje coroczne wyzwanie technologiczne w zakresie energii obronnej (DETC), aby pozostać na bieżąco z najnowszymi trendami inteligentnej energii i wybrać te, które można posunąć naprzód, aby pomóc wojsku w znacznym zmniejszeniu zależności od paliw kopalnych. Pentagon przeznaczył 9 miliardów dolarów na programy efektywności energetycznej na lata 2013-2017.
W listopadzie 2013 roku Sierra Energy ze swoją elektrownią FastOx została wybrana zwycięzcą konkursu DETC 2013, który odbył się w ramach dorocznego spotkania poświęconego energii obronnej.
Prezes Sierra Energy, Mike Hart, powiedział: „Wojsko USA ma całą dyrekcję, która zajmuje się gospodarką odpadami i zmniejszaniem zależności od paliw kopalnych, ponieważ czyni to je strategicznie wrażliwymi. Rozwiązanie zdolne do wytwarzania własnej energii ma znaczący wpływ na kilka aspektów, w tym zwiększenie bezpieczeństwa, niezależności i zrównoważenia środowiskowego.”
„Nasza technologia przetwarzania odpadów na paliwo została uznana za kluczową w 2009 r., dlatego Centrum Testów Energii Odnawialnej Departamentu Obrony umieściło ją na swojej liście priorytetów. W niektórych przypadkach przetwarzając 10 ton odpadów, możemy wytworzyć około 500 kWh energii elektrycznej bez zakłócania jej dostaw.”
Instalacja FastOx firmy Sierra Energy
Żużel nieługujący
Ta technologia w pigułce. Wstrzykiwany jest tlen i para wodna, podgrzewające odpady do 2200 °C (brak spalania); pozwala to na użycie dowolnego materiału, o ile zawiera węgiel. Wszelkie resztki metali, popiół lub substancje nieorganiczne są przetapiane w ciecz, która jest odprowadzana na dno, umożliwiając odzyskanie metali. Pozostała część wychodzi jako nieługowany żużel, który można wykorzystać do układania nawierzchni. Dwa generowane gazy (70% tlenku węgla i 30% wodoru) trafiają do ogniw paliwowych, które uwalniają tylko ciepło i wodę.
„Ten system modułowy można zrzucić w dowolnym miejscu” - powiedział Hart. System jest obecnie udoskonalany, aby można go było pakować w sześć do siedmiu standardowych kontenerów ISO w celu szybkiego i łatwego wdrożenia.
Technologia ogniw paliwowych będzie prawdopodobnie preferowaną opcją zastępowania generatorów diesla w terenie, zwłaszcza w mniejszych jednostkach. Niemiecki Instytut Technologii Chemicznej Fraunhofer opracowuje przenośne wodorowe ogniwo paliwowe dla niemieckich sił zbrojnych, które jest w stanie po cichu generować 2 kW energii elektrycznej. System wykorzystuje energię słoneczną do dzielenia wody na tlen i wodór.
Jednak Chris Andrews, kierownik projektu w australijskiej niezależnej firmie produkującej energię Eniquest, skomentował powszechne zainteresowanie systemami paliw alternatywnych i zwiększonym wykorzystaniem energii odnawialnej: siła i przewidywalność dostaw przewyższają korzyści wynikające z ograniczenia zużycia paliw kopalnych.
Eniquest zaopatruje armię afgańską w różnorodne ciche alternatory oraz stacje dystrybucji prądu przemiennego i stałego. Andrews zauważył: „Ulepszenia w technologii, zwłaszcza w technologii magazynowania energii/baterii, która może konkurować z energią pochodzącą z paliw kopalnych, będą ważne dla odejścia od wykorzystywania paliw kopalnych w zastosowaniach wojskowych”.
Cele natychmiastowe
Chociaż można skupić się na stopniowym wycofywaniu zależności od paliw kopalnych w perspektywie średnio- i długoterminowej, bezpośrednim celem jest znaczne ograniczenie ich zużycia za pomocą różnych metod.
Jednym z podejść jest zwiększenie wydajności generatorów już w teatrach. Earl Energy wygrał niedawno kontrakt z Departamentem Obrony na program Mobile Electric Hybrid Power Systems (MEHPS), który może doprowadzić do zakupu około 50 jednostek FlexGen. Technologia systemowa została wcześniej przyjęta przez Korpus Piechoty Morskiej, który przetestował prototyp o mocy 6 kW podczas działania w 2010 roku. Wtedy ogłoszono, że ta technologia zmniejszy zużycie paliwa na polu bitwy o ponad 80%.
Podczas testów w Afganistanie system Earl Energy FlexGen pozwolił generatorom pracować od trzech do sześciu godzin dziennie zamiast 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.
„Było to odzwierciedlenie tego, jak nieefektywna produkcja energii na polu bitwy jest teraz porównywana z całą posiadaną przez nas technologią” – powiedział Morehead. „Sieci są dostosowane do wytwarzania energii szczytowej, ponieważ wojsku nigdy nie powinno się dopuścić, aby brakowało dostępnej mocy do wspierania ich operacji. I to samo niestety dotyczy systemu takiego jak generator. Pracują w tej przestrzeni operacyjnej przez całą dobę, 365 dni w roku, niezależnie od tego, czy potrzebują energii, czy nie. To jak samochód, którego nigdy nie wyłączasz, nawet gdy z niego nie korzystasz.”
System hybrydowy FlexGen wykorzystuje zautomatyzowany generator wysokoprężny z funkcją start-stop, który jest połączony z odnawialnymi źródłami energii i dużym magazynem energii. Generator pracuje z pełną mocą, a gdy jest przeciążony, ładuje akumulatory. Jeśli akumulatory są wystarczająco naładowane, aby poradzić sobie ze zużyciem energii elektrycznej, generator wyłączy się. Podczas testów w Afganistanie system pozwolił generatorom pracować od trzech do sześciu godzin dziennie ze średnią wydajnością paliwa przekraczającą 50%.
Earl Energy jest obecnie głównym wykonawcą Korpusu Piechoty Morskiej i opracowuje przenośny system zasilania nowej generacji o mocy 10 kW. Firma sprzedała 12 systemów testowych; w przyszłości nowe kontrakty przewidują zakup do 50 systemów FlexGen.
Poprawia się zaopatrzenie w energię
Brytyjski Departament Obrony dysponuje Power FOB, inteligentnym systemem magazynowania i zarządzania energią, który umożliwia wprowadzanie odnawialnych źródeł i energooszczędnych technologii. System pozwala zaoszczędzić do 30% paliwa dzięki akumulacji energii generowanej przez generatory diesla i panele słoneczne oraz redystrybuować ją we właściwym czasie do właściwych odbiorców.
Wszystkie te technologie opierają się na zaawansowanych rozwiązaniach akumulatorowych do przechowywania energii; w takim przypadku odnawialne źródła energii mogą stać się naprawdę przydatne.
Morehead dodał: „Dzienne zapotrzebowanie żołnierza na kilowatogodzinę stale rośnie, ponieważ przewozi on więcej odbiorców energii niż kiedykolwiek wcześniej. Współczesny żołnierz potrzebuje 10 razy więcej energii niż 15 lat temu.”
Brytyjska firma Lincad produkuje linię inteligentnych baterii Lithium Ion Power Source (LIPS). Jej model LIPS 5 odniósł największy sukces w katalogu firmy; ponad 17 500 jednostek zostało dostarczonych do brytyjskiego Departamentu Obrony i innych klientów na całym świecie. Jak skomentował jeden z dyrektorów firmy: „Pierwszy akumulator LIPS został wydany w 2000 roku, ważył około 3,5 kg i miał pojemność 12 Ah. Najnowszy LIPS 10 waży tyle samo, ale ma pojemność 23 Ah, radykalnie zmniejszając obciążenie logistyczne żołnierza.”
Oprócz dostarczania trwałych akumulatorów, Lincad produkuje również linię ładowarek do akumulatorów. Rzecznik firmy powiedział: „W ostatnich latach technologia magazynowania energii słonecznej szybko się rozwinęła, dlatego pojawiły się rozwiązania Solar Charger i Power Scavenger firmy Lincad. Zaistniała również potrzeba mobilnego ładowania z samochodów podczas jazdy. Pojazdy już generują prąd ze swoich generatorów i jest to zaimplementowane w ładowarce samochodowej Lincad DC. Pojawienie się tych ładowarek oznacza, że użytkownicy nie muszą nosić ze sobą wielu akumulatorów.”
Żołnierze przewożą czasem do 10 kg akumulatorów, które trzeba doładować, a duża pojemność akumulatorów i elastyczne rozwiązania ładowania ograniczają konieczność powrotu do bazy, co może pozytywnie wpłynąć na wypełnienie misji bojowej.
