Цена топлива
Новейшие аккумуляторы (вверху) и более рациональная эксплуатация таких систем, как, например, мобильные генераторы (внизу) содействуют эффективному использованию энергии
Поскольку запасы ископаемого топлива ограничены, а стоимость его высока, военные ищут альтернативы нынешним методам энергоснабжения своих баз и оборудования на театре военных действий (ТВД). Посмотрим, как промышленность способствует продвижению инноваций в этой сфере.
«Начиная с 2001 года в Ираке и Афганистане более 3000 американских солдат и контрактников потеряли свои жизни или были ранены при атаках на транспортные колонны снабжения топливом и водой», – говорится в статистических данных министерства обороны.
Впрочем, снижение потребления топлива на 10% в течение пяти лет позволило бы сохранить жизнь и здоровье 35 солдатам из транспортных колонн снабжения топливом за тот же период; эти данные взяты из исследования аудиторской компании Deloitte, опубликованного в 2009 году. На данный момент данных за период 2009-2014 годы по потерям, связанным с колоннами снабжения водой и топливом, представлены не были.
До этого было подсчитано, что в каждом из 24 топливных конвоев был один раненый или убитый. Например, в 2007 году только в Ираке и Афганистане американской армией было проведено 6030 топливных конвоев. Это привело к появлению нового законопроекта, представленного Сенату в этом году, Акта энергетической безопасности 2014 министерства обороны, цель которого – помочь военным операциям стать более энергоэффективными и меньше рассчитывать на ископаемые виды топлива.
Целью является не только экономия средств в бюджете Пентагона, но также снижение потребности в топливных конвоях и, в конечном счете, снижение рисков для военнослужащих.
Министерство обороны США в настоящее время является единственным крупнейшим потребителем топлива, которому необходимо около 90 миллионов баррелей нефти общей стоимостью почти 15 миллиардов долларов в год. 75% от этой суммы идет на удовлетворение потребностей действующих войск, а к 2025 году запланировано ее увеличение на 11%.
Совместная работа
Не только США обратили серьезное внимание не только на топливную эффективность, но и на так называемую «умную энергетику». В 2012 году НАТО создала рабочую группу по определению самых перспективных энергосберегающих решений и инициирования многонациональных проектов с целью их координации. НАТО также рассмотрела возможности интеграции концепции умной энергетики в документы, определяющие стратегию и стандарты альянса.
После совещания в мае 2012 года была создана Группа по умной энергетике SENT (Smart Energy Team), она финансируется по программе НАТО «Наука для мира и безопасности». Руководство группой осуществляется литовским центром энергетической безопасности НАТО и объединенным департаментом окружающей среды шведских вооруженных сил. В группу входят эксперты из восьми стран, включая шесть союзников (Канада, Германия, Литва, Нидерланды, Великобритания и США) и двух партнеров (Австралия и Швеция).
«Мы хотим, чтобы солдаты и командиры понимали, что экономия энергии оказывает прямое влияние на безопасность и жизни солдат», – сказала офицер по вопросам умной энергетики в штаб-квартире НАТО Сьюзан Михаэлис. – Она освобождает ресурсы для основной миссии НАТО, которая в настоящее время направлена на защиту топливных конвоев».
Она добавила, что SENT рассматривает соглашения по стандартизации в рамках НАТО по «умной энергетике, которые должны включать установку интеллектуальных расходомеров в существующих военных лагерях; общее проектирование будущих лагерей; обучение и участие экспертов; общую подготовку, включенную в общий военный курс обучения; и схему поощрения офицеров, преуспевших в сокращении потребления топлива».
Полные накладные расходы
Военные США и НАТО провели расчеты так называемой полной вмененной стоимости топлива FBCF (fully burdened cost of fuel), в которых учитываются все эксплуатационные факторы в цепи поставки энергии, включая транспортировку, инфраструктуру, людские ресурсы, обслуживание, обеспечение безопасности и аккумулирование энергии.
Следовательно, пройдя по всей своей логистической цепочке один галлон (3,785 литра) топлива стоимостью до 3,50 долларов в скважине в США (77 центов за литр) может достичь цены свыше 100 долларов за галлон (22 доллара за литр) после поставки на передовую в северо-восточный Афганистан.
Согласно этим расчетам, альтернативные источники энергии и решения в сфере умной энергетики, которые не могут быть с финансовой точки зрения конкурентны в быту в связи со своими высокими начальными капитальными затратами, становятся все более оправданы на поле боя.
Президент компании Earl Energy Даг Морхэд сказал, что «честно говоря, когда за галлон начинаешь платить 15 долларов, многое в новой технологии приобретает смысл».
Действительно, если комбинированная система выработки солнечной энергии и резервного аккумулирования энергии неэкономична для дома и быта, то она бесценна при развертывании в войсках, особенно если посмотреть на это с учетом всех составляющих в FBCF.
В июне 2013 года на учениях НАТО Capable Logistician 2013 в Словакии нидерландская армия продемонстрировала палатку, покрытую солнечными элементами. Армия уже установила 480 квадратных метров солнечных панелей в Мазари-Шарифе в Афганистане, которые в настоящее время генерируют 200 кВтч. По словам эксперта по энергетике в нидерландской армии подполковника Харма Ренеса «инвестиции уже оправдались».
В русле тенденций
Американское министерство обороны проводит ежегодные соревнования по оборонным энергетическим технологиям Defense Energy Technology Challenge (DETC) для того, чтобы быть в русле новейших тенденций по умной энергетике и выбрать те из них, которые можно было двинуть вперед с целью помочь военным значительно снизить их зависимость от ископаемого топлива. Пентагон выделил 9 миллиардов долларов на программы энергетической эффективности на 2013–2017 годы.
В ноябре 2013 года компания Sierra Energy со своей энергоустановкой FastOx была выбрана в качестве победителя соревнований DETC 2013, проводившихся в рамках ежегодной встречи по оборонной энергетике.
Президент компании Sierra Energy Майк Харт сказал: «Американские военные имеют целый директорат, который занимается ликвидацией отходов и проблемами снижение зависимости от ископаемого топлива, поскольку это делает их уязвимыми со стратегической точки зрения. Решение, способное вырабатывать свою собственную энергию, значительно влияет на некоторые аспекты, включая повышенную безопасность, независимость и экологическую устойчивость».
«Наша технология, превращающая мусор в топливо, в 2009 году была определена в качестве ключевой и поэтому тестовый центр возобновляемой энергии министерства обороны включил ее в свой приоритетный список. В некоторых случаях, при переработке 10 тонн мусора мы можем произвести около 500 кВтч электроэнергии без нарушения ее подачи».
Установка FastOx от компании Sierra Energy
Невыщелочный шлак
Об этой технологии в двух словах. Нагнетается кислород и пар, нагревая отходы до 2200°C (без горения); это позволяет использовать любой материал при условии, что он содержит углерод. Любые остаточные металлы, золы или неорганические вещества расплавляются в жидкость, которая сливается на дно, что позволяет восстанавливать металлы. Остаток выходит в виде невыщелоченного шлака, который можно использовать для дорожного покрытия. Два выработанных газа (70% окиси углерода и 30% водорода) идут в топливные элементы, которые выделяют только тепло и воду.
«Эта модульная система может быть заброшена в любой район», – заметил Харт. В настоящее время система дорабатывается для того, чтобы ее можно было упаковать в шесть-семь стандартных контейнеров ISO с целью быстрого и упрощенного развертывания.
Скорее всего, технология топливных элементов станет предпочтительным вариантом, которая позволит заменить дизельные генераторы в полевых условиях, особенно в небольших подразделениях. Немецкий институт химической технологии Fraunhofer разрабатывает портативный водородный топливный элемент для немецких вооруженных сил, который бесшумно способен генерировать электроэнергию мощностью 2 кВт. Система использует солнечную энергию для разделения воды на кислород и водород.
Впрочем, руководитель проекта в австралийской независимой компании по выработке энергии Eniquest Крис Эндрюс прокомментировал всеобщий интерес к альтернативным топливным системам и повышенное использование возобновляемой энергии: «Наш опыт на военном рынке показывает, что при нынешней технологии потребность в мобильности, упрощенной транспортировке, быстрой установке, простоте, прочности и предсказуемости поставок перевешивает преимущества сокращения использования ископаемого топлива».
Компания Eniquest поставляет афганской армии различные бесшумные генераторы и станции распределения электроэнергии переменного и постоянного тока. Эндрюс заметил: «Улучшения в технологии, особенно в технологии хранения энергии/аккумуляторов, которая может посоперничать с удельной энергией ископаемого топлива, будут важны при уходе от использования ископаемого топлива в военных приложениях».
Ближайшие цели
В то время в среднесрочной и долгосрочной перспективе акцент может быть сделан на постепенном исключении зависимости от ископаемого топлива, ближайшей целью является значительное сокращение его использования за счет самых разных методов.
Один из подходов – это повышение эффективности уже находящихся на ТВД генераторов. Компания Earl Energy недавно заключила контракт с министерством обороны по программе мобильных гибридных энергетических систем Mobile Electric Hybrid Power Systems (MEHPS), который может привести к покупке около 50 установок FlexGen. Технология системы была принята ранее корпусом морской пехоты, который в 2010 году испытал в работе прототип на 6 кВт. Тогда было заявлено о том, что эта технология уменьшит потребление топлива на поле боя на более чем 80%.
Во время тестирования в Афганистане система Earl Energy FlexGen позволяла генераторам работать от трех до шести часов в день вместо прежней круглосуточной работы
«Это стало отражением того, как неэффективное производство энергии на поле боя на нынешнем этапе уравнивается всеми технологиями, которые мы имеем, – сказал Морхэд. – Энергосистемы подогнаны для пиковой выработки энергии, поскольку никогда нельзя допускать того, что у военных нет доступной энергии для обеспечения своих операций. И то же, к сожалению, относится к такой системе как, например, генератор. Они в этом оперативном пространстве работают круглосуточно, 365 дней в году, независимо от того, нужна ли энергия или нет. Это как с автомобилем, который вы никогда не глушите, даже когда вы его не используете».
В гибридной системе FlexGen используется автоматизированный дизель-генератор со стартстопными возможностями, который объединен с источниками возобновляемой энергии и большим устройством аккумулирования энергии. Генератор работает на полную мощность, а когда излишняя мощность, он заряжает аккумуляторы. Если аккумуляторы достаточно заряжены и справляются с потреблением электричества, тогда генератор выключается. Во время тестирования в Афганистане система позволяла работать генераторам от трех до шести часов в день при средней топливной экономичности более 50%.
В настоящее время компания Earl Energy является основным подрядчиком корпуса морской пехоты и разрабатывает переносную энергосистему следующего поколения мощностью 10 кВт. Компания продала 12 систем для опытной эксплуатации; в перспективе же новыми контрактами предусматривается приобретение до 50 систем FlexGen.
Энергоснабжение совершенствуется
Британское министерство обороны имеет интеллектуальную систему аккумулирования и управления энергоснабжением Power FOB, которая позволяет внедрять возобновляемые источники и энергосберегающие технологии. Система позволяет сэкономить до 30% топлива за счет аккумулирования энергии, выработанной дизель-генераторами и солнечными панелями, и перераспределять ее в нужный момент нужным потребителям.
Все эти технологии полагаются на продвинутые аккумуляторные решения для хранения энергии; в этом случае возобновляемые источники энергии могут стать действительно развертываемыми.
Морхэд добавил: «Ежедневная потребность солдата в киловатт-часах постоянно увеличивается, поскольку он носит на себе больше потребителей энергии, чем это было когда-либо прежде. Современному солдату необходимо в 10 раз больше энергии, чем 15 лет назад».
Британская компания Lincad производит линейку интеллектуальных литий-ионных аккумуляторов Lithium Ion Power Source (LIPS). Ее модель LIPS 5 стала самой успешной в каталоге компании; более 17 500 штук было поставлено британскому министерству обороны и другим заказчикам по всему миру. Как заметил один из руководителей компании: «Первый аккумулятор LIPS был выпущен в 2000 году, весил приблизительно 3,5 кг и имел емкость 12 Ач. Новейшая модель LIPS 10 весит столько же, но имеет емкость 23 Ач, резко снижая логистическую нагрузку на солдата».
Наряду с поставками долговечных перезаряжаемых аккумуляторов компания Lincad также производит линейку зарядных устройств. Представитель компании сказал, что «в последние годы быстро развивается технология аккумулирования солнечной энергии и поэтому появились решения Solar Charger и Power Scavenger от компании Lincad. Также возникла потребность в мобильной зарядке от машин во время движения. Транспортные средства уже вырабатывают энергию от своих генераторов и это реализовано в зарядном устройстве постоянного тока DC Vehicle Charger от Lincad. Появление этих зарядных устройств означает, что пользователям нет необходимости перевозить много аккумуляторов».
Порой солдаты переносят на себе до 10 кг аккумуляторов, которым необходима перезарядка, а большая емкость аккумуляторов и гибкие решения по их зарядке снижают необходимость в возвращении на базу, что может положительно повлиять на выполнение боевого задания.
Использованы материалы:
www.shephardmedia.com
www.earlenergy.com
www.sierraenergycorp.com
www.lincad.co.uk
Информация