Převážná část moderních ponorek je vybavena dieselelektrickými elektrárnami. Taková zařízení mají charakteristické nevýhody, a proto se provádí hledání pohodlných a výnosných alternativ. Jak ukazuje praxe, moderní úroveň technologie umožňuje vytvářet efektivní elektrárny pro nejaderné ponorky a mluvíme o systémech různých architektur.
Problémy a řešení
Hlavní nevýhodou dieselelektrických ponorek je potřeba pravidelného dobíjení baterií pomocí dieselagregátu. K tomu musí ponorka vyplavat na povrch nebo se pohybovat v hloubce periskopu - což zvyšuje pravděpodobnost detekce nepřítelem. Současně doba potápění na baterie obvykle nepřesáhne několik dní.
Zjevnou alternativou k naftě je jaderná elektrárna, ale její použití není vždy možné a odůvodněné kvůli složitosti a vysokým nákladům. V tomto ohledu je již několik desetiletí studována otázka vytváření vzduchem nezávislých elektráren (VNEU) s požadovanými charakteristikami a bez nevýhod dieselelektrických systémů. Řada nových technologií tohoto druhu byla úspěšně uvedena do provozu a v blízké budoucnosti se očekává uvedení dalších do provozu.
Obecně existuje několik přístupů k vytvoření VNEU. První zahrnuje přestavbu dieselového generátoru pomocí jiného motoru, který je méně náročný na vstupující vzduch. Druhý navrhuje výrobu elektřiny pomocí tzv. palivové články. Třetím je vylepšení baterií vč. až do odmítnutí vlastní generace.
Stirlingova alternativa
První nejadernou ponorkou s plnohodnotným VNEU, uvedenou do provozu, byla v roce 1996 švédská loď Gotland. Tato ponorka měla délku 60 m a výtlak 1600 tun a nesla také 6 torpédometů dvou ráží. Jeho elektrárna byla postavena na základě standardního dieselelektrického motoru a doplněna o nové komponenty.
Povrchový běh a generování energie zajišťují dva diesely MTU 16V-396 a dvojice generátorů Hedemora V12A / 15-Ub. Vrtuli ve všech režimech pohání elektromotor. V ponořené poloze ponorka namísto dieselových motorů spouští Stirlingův motor typu Kockums v4-275R s využitím kapalného paliva a zkapalněného kyslíku. Rezerva posledně jmenovaného vám umožňuje zůstat pod vodou až 30 dní, aniž byste museli stoupat. Stirlingův motor je navíc méně hlučný a neodmaskuje také ponorku.
Podle projektu Gotland byly postaveny tři nové ponorky; druhá a třetí budova byla uvedena do provozu v roce 1997. Na začátku roku 2000 byl realizován projekt s kódem Södermanland. Zajistila modernizaci dvou dieselelektrických ponorek typu Västergötland s instalací VNEU z projektu Gotland. Japonsko se začalo zajímat o švédský vývoj. Na základě licence sestavila VNEU pro ponorky typu „Soryu“. Kvůli svým velkým rozměrům a výtlaku nesou japonské ponorky čtyři motory v4-275R najednou.
Ponorkové turbíny
Během vývoje projektu Scorpène navrhli francouzští stavitelé lodí vlastní verzi VNEU založenou na alternativním motoru. Taková instalace, nazvaná Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), byla nabídnuta potenciálním zákazníkům k použití na nově postavených ponorkách.
Projekt MESMA navrhl speciální motor parní turbíny poháněný ethanolem a stlačeným vzduchem. Spalováním směsi alkoholu a vzduchu se měla vyrábět pára pro turbínu pohánějící generátor. Spalovací produkty ve formě oxidu uhličitého a vodní páry pod vysokým tlakem byly navrženy k vypouštění přes palubu v celém rozsahu provozních hloubek. Podle výpočtů by ponorka Scorpène s VNEU MESMA mohla zůstat pod vodou až 21 dní.
Závod MESMA byl nabídnut různým zákazníkům. Bylo například plánováno použití v projektu Scorpène-Kalvari pro Indii. Pilotní závod však vykazoval nedostatečný výkon a zájem o projekt byl výrazně snížen. Díky tomu jsou nové francouzské dieselelektrické ponorky stále vybaveny naftovými motory - přestože vývojáři již oznámili novou modernizaci se zavedením dalších slibných řešení.
V roce 2019 oznámili ruští stavitelé lodí vývoj zcela nového VNEU založeného na motoru s plynovou turbínou s uzavřeným cyklem. Obsahuje nádrže na zkapalněný kyslík: odpařuje se a je dodáván do motoru. Výfukové plyny se navrhují zmrazit a vyhodit pouze při vynořování v bezpečném prostoru. Podobné VNEU je vyvíjeno v rámci projektu P-750B.
Palivový článek
Do konce devadesátých let vytvořilo Německo vlastní verzi VNEU. V roce 1998 byla zahájena stavba hlavní ponorky nového projektu typu 212, vybaveného podobným systémem. Německý projekt zahrnoval použití systému Siemens SINAVY, který kombinuje elektromotor a vodíkové palivové články. Pro pohyb po povrchu byl zachován dieselový generátor.
Komplex SINAVY zahrnuje protonovou výměnu palivových článků Siemens PEM na bázi hydridu kovu z nádrže na zkapalněný kyslík. Pro větší bezpečnost jsou v prostoru mezi robustními a lehkými pouzdry umístěny kovové hydridové a kyslíkové nádoby. Během provozu VNEU je vodík získaný z hydridu kovu spolu s kyslíkem přiváděn do speciálních membrán a elektrod, kde vzniká proud.
Autonomie ponorky „212“dosahuje 30 dní. Důležitou výhodou VNEU SINAVY je téměř úplná absence hluku během provozu při dostatečně vysokém výkonu. Současně je obtížné vyrábět a provozovat a má také další nevýhody.
Pro německé námořnictvo bylo postaveno šest 212 ponorek. V letech 2006-2017. čtyři z těchto lodí vstoupily do služby ve španělské flotile. Na základě „212“byl vytvořen projekt „214“, který zajišťuje zachování stávajícího VNEU. Takové ponorky jsou na mezinárodním trhu velmi oblíbené. Obdrželi jsme objednávky ze čtyř zemí na více než 20 lodí. 15 lodí již bylo vyrobeno a dodáno zákazníkům.
Je třeba poznamenat, že VNEU na bázi palivových článků se vyvíjí nejen v Německu. Souběžně s projektem MESMA ve Francii byla vyvinuta varianta ponorky Scorpène s využitím palivových článků. Právě tyto ponorky byly prodány do Indie. Nyní se vytvářejí prvky nové generace. Dříve bylo oznámeno, že jeho palivové články jsou vyvíjeny v Rusku. VNEU tohoto typu již prošlo testy na lavičce a v budoucnu bude testováno na experimentální lodi.
Akumulátorová ponorka
Vzhled zásadně nových motorů a generačních prostředků nevylučuje potřebu dalšího vývoje stávajících technologií a jednotek. Vysokou hodnotu si tedy uchovávají akumulátory již známých a zvládnutých typů. Ve slibných projektech jsou dokonce považováni za jediný zdroj energie pro všechny systémy.
V japonské stavbě lodí jsou pozorovány kuriózní procesy. Japonsko bylo jednou z prvních zemí, které zvládly VNEU se Stirlingovým motorem, ale v letech 2015 a 2017. dvě ponorky upraveného projektu Soryu byly položeny bez takových systémů. Prostor pro standardní baterie a jednotky VNEU byl dán pro moderní lithium-iontové baterie. Kvůli tomu se doba potápění ve srovnání s bateriemi předchozí generace zdvojnásobila.
Od roku 2018probíhá výstavba ponorek nového projektu Taigei, původně vyvinutého pomocí dieselelektrické instalace a lithium-iontových baterií. Vedoucí loď nového projektu již byla spuštěna a od loňského roku jsou ve výstavbě další dva trupy. Celkem se plánuje výstavba sedmi ponorek s přijetím do služby od roku 2022.
Existuje mnoho projektů ultra malých ponorek, vybavených pouze bateriemi. V budoucnu může tato architektura najít uplatnění ve „velkých“projektech. Nedávno francouzští stavitelé lodí představili koncepční projekt SMX31E, který v sobě spojuje spoustu nejodvážnějších rozhodnutí. Zejména ponorka obdržela pouze baterie s jejich umístěním ve všech dostupných objemech vč. mezi odolnými a lehkými těly. Před odjezdem na moře je třeba baterie nabít na základně.
Odhaduje se, že při plném nabití vydrží SMX31E ponořit 30–60 dní, v závislosti na rychlosti jízdy a celkové spotřebě energie. Současně se plánuje zajištění plné provozuschopnosti všech standardních a doplňkových zařízení, komplexů atd.
V procesu evoluce
V posledních desetiletích tedy došlo k významnému pokroku v oblasti VNEU u nejaderných ponorek. Byly vyvinuty, testovány, zavedeny do projektů a uvedeny do provozu různé varianty takových systémů s určitými funkcemi a výhodami. I nejnovější instalace nezávislé na vzduchu mají určité nevýhody. Zůstávají složité a nákladné, jak na výrobu, tak na provoz.
Navzdory výhodám v taktických a technických charakteristikách nemohou ponorky s VNEU zatím nahradit dieselelektrické ponorky „tradiční“architektury. Poslední jmenovaní navíc vyvíjejí a také používají nejmodernější technologie a komponenty. Pozoruhodným příkladem takové soutěže mezi různými třídami je vývoj japonské ponorkové flotily, která se na nové technické úrovni vrátila k schématu diesel-elektrické.
Konkurence mezi vzduchově nezávislými a naftovými elektrickými zařízeními bude podle všeho v dohledné budoucnosti pokračovat-a zatím neexistuje jasný favorit. Přitom je zřejmé, že vítězem jsou námořnictva světa. Získají příležitost vybrat si nejlepší možnost pro elektrárnu, která nejlépe splňuje všechny požadavky.
