Politica energetica
Un gran número de paneles solares basados en las palmeras marinas Twainthine en California demuestra el compromiso del ejército de los EE. UU. Con fuentes de energía alternativas.
Combinando dos o más fuentes de energía, los sistemas de energía híbrida son vistos cada vez más como la forma más eficiente de proporcionar electricidad a los soldados desmontados, lo cual es necesario para la operación continua de sus equipos electrónicos lejos de las fuentes de energía tradicionales.
En bases operativas avanzadas y en instalaciones militares más grandes en teatros, estas tecnologías, solo en gran escala, se están volviendo cada vez más populares como un medio para reducir la dependencia de los generadores diésel tradicionales. El ejército de los EE. UU., Que es el mayor consumidor de combustibles fósiles líquidos del mundo, está trabajando para reducir su consumo con el fin de reducir su cola logística y la pérdida asociada de personas y bienes como resultado de los ataques a las columnas de suministro. “Los militares tienen una perspectiva única sobre las energías renovables; no lo usan para ser conocidos como "verdes", sino para aumentar sus capacidades y combatir la resistencia, dijo Phil Robinson de Protonex Technology. “Por lo tanto, las inversiones en administración de energía confiable y tecnologías de energía alternativa siempre han sido consistentes y, por lo tanto, efectivas. Muy diferente de la esfera civil, donde las inversiones en energía alternativa dependen en gran medida del precio del petróleo ".
Peter Podesser, de un especialista en celdas de combustible de SFC Energy, señaló que la combinación actual de generadores diésel y baterías de plomo-ácido es un sistema híbrido (o mixto) que se ha desarrollado completamente desde un punto de vista tecnológico. Señaló que durante los últimos años 10, se ha llevado a cabo una gran cantidad de investigación y desarrollo en el campo de los sistemas híbridos, principalmente una combinación de generadores solares y eólicos, baterías y celdas de combustible, pero su despliegue en el ejército ha sido lento. “Para decepción de los consumidores y la industria, este proceso de implementación solo tomó más tiempo del que todos esperaban. Pero si nos fijamos en la industria de la defensa, en la práctica, como norma, lleva diez años introducir nuevas tecnologías ".
En parte, lo atribuye a la naturaleza cambiante de las guerras, especialmente a las que Occidente ha librado durante la última década. Tales conflictos, por ejemplo, las operaciones lideradas por Estados Unidos en Irak y Afganistán, se caracterizaron por amenazas asimétricas. Grupos de patrullas separados y fuerzas especiales, que, de una u otra forma, necesitan energía, los encuentran regularmente. "La estructura de la demanda ha cambiado", señaló Podesser. - La energía autónoma es una dirección prometedora. Por lo general, no es necesario volver a una base grande, donde la energía es excesiva. Usted tiene una gran cantidad de personas que han estado separadas de la base durante muchos días y al mismo tiempo tienen que trabajar. El desarrollo de la energía autónoma es una consecuencia de un cambio en la estructura de la amenaza ".
Una celda de combustible es un dispositivo que genera eficientemente la corriente continua y el calor de un combustible rico en hidrógeno a través de una reacción electroquímica. Es un sistema mucho más eficiente en comparación con los motores de combustión interna.
Incubadora militar
Aunque los militares lideraron el desarrollo de sistemas de energía híbrida en términos de tecnología, pero en lo que respecta a la implementación de proyectos, aquí se encuentran con estructuras comerciales e incluso gubernamentales. Jeff Helm, de Saft Batteries, afirma que el Ejército de los EE. UU. Y la Infantería de Marina están trabajando en sistemas de energía expedicionaria que han determinado la tendencia de hibridación en esta área, pero, en lo que respecta a la implementación práctica, estaban por delante de los servicios de emergencia no militares, petróleo y gas y otros. que tengan fondos suficientes para la compra y una gran necesidad de fuentes de energía móviles. "El ejército es como una incubadora", dijo Helm, "la tecnología interna ha madurado y otras están involucradas en la comercialización". Explicó que los militares primero observaron el sector civil para reducir el costo de las nuevas tecnologías antes de introducirlas y adaptarlas para fines militares. “La financiación a gran escala para investigación y desarrollo no siempre se destina a la financiación de adquisiciones”.
Podesser estuvo de acuerdo con él, señalando que de 2000 a 2010 fue el año en que EE. UU. Y Alemania hicieron un gran esfuerzo en el desarrollo de celdas de combustible portátiles. La mayor parte del trabajo fue liderado por el grupo de trabajo de la OTAN, que incluye a la compañía SFC, pero después del cese de las operaciones militares de la Alianza en Afganistán a fines de la última década, inevitablemente se produjo una reducción en la tasa de trabajo. "En cuanto a su operación real, volvemos nuevamente a la lenta introducción de las estructuras estatales ... La primera etapa de desarrollo está determinada principalmente por los gastos militares, pero luego la introducción de muchas cosas, como paneles solares y celdas de combustible, ocurre en la esfera civil".
En general, se espera que los primeros consumidores militares de nuevas pilas de combustible portátiles, por ejemplo, de la SFC. En primer lugar, se trata de fuerzas especiales y otros especialistas como avanzados aviación observadores. Estas unidades, al ser elementos clave de las fuerzas armadas, operan en primera línea y realizan muchas tareas específicas, a menudo a pie y aisladas de las fuerzas principales, por lo que necesitan fuentes de energía para operar todo tipo de sistemas y equipos.
El artillero de aire avanzado requiere apoyo aéreo directo. Se acabaron los días en que los únicos medios eran una estación de radio, binoculares y un mapa. Ahora el artillero tiene muchos dispositivos y todos necesitan electricidad.
Dificultad expedicionaria
"Las tecnologías de energía expedicionarias deben ser livianas, portátiles y lo suficientemente fiables para ser utilizadas en la vanguardia, mientras que son técnicamente las más complejas", cree Robinson de Protonex. "Cuanto más avanzada sea la posición del luchador, más complejos serán los problemas técnicos que deben resolverse. . Hoy en día, los militares asumen el suministro de sistemas de administración de energía que pesan menos de medio kilogramo, se pueden usar en la bolsa de lona del soldado. Contienen decenas de miles de líneas de código de programa para evaluar automáticamente las fuentes de energía alternativas y tradicionales disponibles, obtener energía de una fuente más eficiente, convertir esta energía en la forma que sea necesaria y almacenarla en la batería capacitiva u otro dispositivo en sí. Dado que estos sistemas son completamente automáticos, el usuario no necesita distinguir entre voltios y amperios ".
Protonex SPM-622 combina tecnología de conversión de energía de alta eficiencia, administración de energía de equipos y almacenamiento de energía en un solo producto; Es capaz de suministrar virtualmente cualquier equipo militar portátil con energía de varias fuentes.
Según Chelm, el cuerpo de marina está liderando entre los militares de EE. UU., Ya que su naturaleza expedicionaria nos obliga a reducir la carga logística por todos los medios. Como ejemplo, citó el programa MEHPS (Mobile Electric Hybrid Power Systems - Mobile Hybrid Power Systems). Siendo uno de los varios sistemas de energía del Cuerpo para fuerzas expedicionarias, MEHPS se está desarrollando en las versiones “híbrido ligero” y “híbrido medio”, incluidos paneles solares, baterías de iones de litio y un generador.
Los requisitos para una versión híbrida ligera con una potencia de cinco kilovatios incluyen restricciones en el peso de los componentes individuales, de modo que dos o cuatro personas puedan llevarlos. Estos son el generador de cinco kilovatios AMMPS (Fuentes de energía móviles avanzadas avanzadas) y el generador silencioso táctico de tres kilovatios TQG (Tactical Quiet Generator). El sistema debe ser lo suficientemente ligero y lo suficientemente pequeño como para ser transportado en vehículos de varios tipos. El Ejército de los EE. UU. Desea que esta opción proporcione al menos tres horas de trabajo y al menos ocho horas en modo de monitoreo silencioso y no use más de 7,5 litros de combustible por día. Los requisitos de confiabilidad determinan el tiempo de actividad de 500.
La versión híbrida promedio de MEHPS puede tener componentes que necesita una persona de 4 a 6 para aumentar, su generador AMMPS debe proporcionar al menos 10 y mejor 15 kW. El sistema debe encajar en el tráiler ligero de LTT-MCC (Light Tactical Trailer Marine Corps Chassis). Los requisitos para la observación silenciosa son los mismos, de tres a ocho horas, pero como está diseñado para abastecer a un mayor número de consumidores, los requisitos para el consumo de combustible se expanden: el valor de umbral es de 27,2 litros por día y el valor objetivo es de 22 litros por día. El programa MEHPS se encuentra actualmente en la etapa de desarrollo y preproducción, y las primeras entregas comenzarán en el año 2018 a tiempo. Según Helm, la tarea principal en la integración de un sistema de este tipo es la gestión de los parámetros de la fuente de alimentación, es decir, el software de conversión y control de la energía, que controla los estabilizadores y los inversores de voltaje responsables de convertir la corriente alterna en corriente continua.
Consumo de sol
La energía solar se convierte en una cuestión de consumo. Según Podesser, “Realmente se trata de las posibilidades de los sistemas de energía solar de película delgada, plegables y flexibles. Necesita una masa pequeña, pero el elemento clave es la adaptabilidad a la operación real en condiciones adversas y la duración de la vida útil para que estos sistemas puedan sobrevivir en el campo ". Uno de los proveedores de dichos sistemas es la empresa estadounidense PowerFilm. Fue seleccionada en marzo por el Ejército de los EE. UU. Y Thales en 2017 para asegurar un contrato de cargador de batería universal UBC (Cargador de batería universal) por un valor de 49 millones de dólares. La fuente de alimentación se eligió como un panel solar plegable en el 120 W de PowerFilm. Suministra corriente eléctrica a la UBC, que a su vez es capaz de cargar baterías de varios tipos, lo que permite al equipo o pelotón trabajar durante al menos 72 horas sin recargar las baterías en lugares donde no hay una fuente de alimentación centralizada. PowerFilm afirma que un panel solar liviano, confiable y "altamente portátil" se pliega fácilmente y entra en una bolsa de lona de soldado, durante las paradas se puede expandir rápidamente para garantizar una electricidad confiable y segura.
El cargador de batería adaptable de Protonex se puede usar en vehículos de 28 o 12 voltios o en las montañas con un panel solar portátil; adapta automáticamente la corriente de carga a la potencia de entrada disponible.
Con respecto a las baterías, Podesser señaló que el alto nivel de desarrollo que se deriva de los requisitos para el transporte eléctrico militar con un aumento de energía y potencia específicos plantea algunos problemas de seguridad. "A algunos de los nuevos compuestos químicos, ya sean de litio u otros, se les debe prestar mucha atención, porque tienes una gran cantidad de energía y esto no debería ser una amenaza". Por otro lado, las celdas de combustible se pueden hacer más pequeñas, más ligeras y más intensivas en energía con un consumo mínimo de combustible y un costo mínimo. Sin embargo, los beneficios reales se logran con la combinación correcta.
Cuidado con el peso
“Las baterías son una excelente solución, digamos, hasta los relojes 24. Si luego combina la batería con la celda de combustible y el panel solar, puede reducir el peso total del sistema mientras aumenta el tiempo de operación, ya que mientras el sol brilla con suficiente energía, los paneles solares pueden ser una fuente de energía y cargar baterías, y las células de combustible servirán. como seguro "La hibridación o una combinación es, por supuesto, la clave que abrirá las mejores perspectivas para el consumidor", cree Podesser. - Tomar el poder de las operaciones especiales. En este momento, podemos eliminar aproximadamente el porcentaje de 80 de la masa de la batería del equipo estándar de fuerzas especiales para una tarea de cuatro días al proporcionar una solución integrada con celdas de combustible, baterías de iones de litio y paneles solares, con un peso total de 9 kg de sus hombros ”. En una situación difícil, los suministros adicionales de agua y municiones, llevados con ellos a cambio de la masa salvada, pueden salvar la vida de los soldados.
Phil Robinson calificó a los socios naturales de baterías solares, baterías y celdas de combustible en un sistema híbrido confiable y eficiente. “Al agregar baterías, una batería solar a menudo puede proporcionar trabajo las 24 horas del día. Sin embargo, para garantizar una fuente de alimentación ininterrumpida en los días cortos de invierno, el tiempo nublado, es decir, en condiciones de poca iluminación, los conjuntos de paneles y baterías se vuelven excesivamente grandes. "Al agregar celdas de combustible que se necesitan solo cuando no hay sol, los paneles solares y las baterías se pueden ajustar al promedio, no a condiciones extremas". También existe el problema del retorno de la inversión cuando la cantidad de combustible consumido va más allá de lo que los gobiernos están dispuestos a pagar en términos de dólares por kilovatio-hora.
Como sucede con muchas tecnologías nuevas, los problemas de uniformidad, compatibilidad y estandarización son cada vez más preocupantes para los operadores. “Todos quieren interfaces universales, pero no hay estándares para ninguno de estos sistemas, por lo que no obtendrá ahorros a gran escala. Desde este punto de vista, todo esto es muy individual, todo depende de las condiciones del cliente ".
Los paneles solares permiten a los infantes de marina cargar baterías durante una parada en la marcha, mientras que un sistema de energía "biónico" en forma de unidad de rodilla convierte los movimientos del cuerpo en corriente eléctrica.
Evolución
Jeff Helm señaló que los sistemas de energía solar han avanzado mucho en cuanto a su eficiencia para convertir la luz solar en corriente eléctrica. En cuanto a las baterías, en particular, los tipos de iones de litio, la reducción en el costo y el aumento en la vida útil han aumentado significativamente el retorno de la inversión en tecnologías relevantes, que son cada vez más perfectas y que cada vez más participantes del mercado dominan.
Según Helm, que tienen una alta capacidad específica, las baterías de litio son indispensables para crear sistemas de almacenamiento de energía autónomos y, cada vez más, se combinan con los sistemas de carga basados en células solares y, en algunos casos, con aerogeneradores pequeños, los pequeños generadores diesel desempeñan el papel de medios de respaldo. Al mismo tiempo, hay una gran competencia de la tecnología de celda de combustible. “Muchos fabricantes se dedican a los tipos de iones de litio, así como a soluciones basadas en fosfato de litio y hierro. Algunos fabricantes incluso han dominado el lanzamiento de baterías de óxido de titanio y litio. Y una dirección más prometedora son los sistemas de níquel-manganeso-cobalto, es decir, sugiere aquí que la tecnología de las baterías de iones de litio está suficientemente desarrollada. Todos los fabricantes lo afinan para ciertas tareas. Hay baterías, como el azufre de litio, que tienen una gran capacidad de carga específica, pero un voltaje de salida pequeño y una vida útil muy corta (ciclos 50-60), pero para algunas tareas esto puede tener sentido ... Litio-aire o litio Los sistemas de oxígeno son otra área en la que se lleva a cabo una investigación a gran escala, y esto se debe a su alta capacidad y energía específica récord. Estos tipos de baterías aparecerán en los próximos cinco a diez años ".
Saft eligió un compuesto de fosfato de litio y hierro para su última batería 6T. Tiene un factor de forma estándar para los Estados Unidos y la OTAN; Tales baterías de vehículos se utilizan cada vez más para crear sistemas militares autónomos de energía. Helm comentó en este punto que “esta es una batería bastante versátil a un precio razonable. Pasamos mucho tiempo para reducir su costo ".
La unificación de baterías de vehículos y sistemas de energía autónomos facilita la vida de las tropas en el campo. "En cualquier momento, usted saca las baterías del automóvil y crea una red eléctrica autónoma o viceversa", explicó Chelm. En cuanto al costo y la energía específica, Saft logró un gran avance no solo en términos puramente tecnológicos, porque usó un compuesto comercial de litio-fosfato de litio para su nueva batería 6T. Sin embargo, la creación de una batería estándar, que podría utilizarse para una variedad de tareas, no es realmente trivial. “Si necesita más kilovatios-hora, puede conectar varias baterías en paralelo. También se puede cargar desde la red a bordo del vehículo, no necesita un cargador especial ".
Portabilidad
Helm, mirando al futuro, cree que en los próximos cinco años, los operadores necesitarán una gran cantidad de sistemas de energía híbrida comerciales, adaptados a los requisitos de los militares. Todo con el fin de ahorrar combustible, reducir la cantidad de logística y reducir los riesgos. "Creo que los militares comprarán sistemas comerciales de almacenamiento de energía, ya que ya se han desarrollado".
Uno de los nuevos productos SFC es una celda de combustible de metanol Jenny 1200 con una potencia nominal de 50 W. Los cartuchos de tres tamaños estándar con metanol puro permitieron reducir significativamente la masa en comparación con los sistemas antiguos que funcionan con una mezcla de metanol y agua. El uso de Jenny 1200 para cargar baterías reduce la carga de los soldados, porque se reduce el número de baterías de repuesto que tienen que transportar. La compañía también fabrica celdas de combustible 500 W, como la EFOY Pro 12000, y recientemente introdujo un sistema de la misma potencia para tareas de ingeniería y desmontadas, incluido el suministro de electricidad a los sistemas de vigilancia. "El próximo año saldremos con una versión militar de este producto", dijo Podesser.
El generador de celdas de combustible Jenny 1200 con 50 vatios de potencia reduce la cantidad de baterías de repuesto que se pueden llevar puestas. Carga silenciosa automática. El generador no requiere mantenimiento y no tiene signos de desenmascaramiento de calor.
SFC también ha desarrollado celdas de combustible que pueden ser enterradas en el suelo y "dejadas" para un suministro a largo plazo de sistemas de tierra sin mantenimiento, como sensores sísmicos y / o cámaras, que pueden ignorarse hasta por un año. Con respecto a las perspectivas, Phil Robinson observó un aumento en la cantidad de sistemas inteligentes de gestión de energía y de almacenamiento de energía que actualmente están siendo evaluados por el ejército de los EE. UU. "A medida que el Ministerio de Defensa pasa de las pruebas al desarrollo a gran escala, el mercado de estas tecnologías solo se expandirá".
Materiales utilizados:
www.shephardmedia.com
www.marines.mil
protonex.com
www.sfc.com
www.saftbatteries.com
www.armytimes.com
ru.pinterest.com
www.wikipedia.org
en.wikipedia.org
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