La majoria dels submarins moderns estan equipats amb centrals elèctriques dièsel. Aquests dispositius tenen inconvenients característics, motiu pel qual es fa una cerca d’alternatives convenients i rendibles. Com demostra la pràctica, el modern nivell tecnològic permet crear centrals energètiques eficients per a submarins no nuclears i parlem de sistemes de diferents arquitectures.
Problemes i solucions
El principal desavantatge dels submarins dièsel-elèctrics és la necessitat de recarregar regularment les bateries mitjançant un generador dièsel. Per fer-ho, el submarí ha de surar a la superfície o moure’s a profunditat de periscopi, cosa que augmenta la probabilitat de ser detectada per l’enemic. Al mateix temps, la durada del busseig amb bateries no sol excedir diversos dies.
Una alternativa òbvia al dièsel és la central nuclear, però el seu ús no sempre és possible i justificat a causa de la complexitat i l’elevat cost. En aquest sentit, durant diverses dècades s’ha estudiat el tema de la creació de centrals elèctriques independents de l’aire (VNEU) amb les característiques desitjades i sense els desavantatges dels sistemes dièsel-elèctrics. S’han posat en funcionament una sèrie de noves tecnologies d’aquest tipus i s’espera la posada en servei d’altres en un futur proper.
En general, hi ha diversos enfocaments per a la creació de VNEU. El primer consisteix en la reconstrucció del generador dièsel mitjançant un motor diferent que sigui menys exigent per l’aire entrant. El segon proposa la generació d'electricitat mitjançant l'anomenada. piles de combustible. El tercer és millorar les bateries, incl. fins al rebuig de la seva pròpia generació.
L’alternativa de Stirling
El primer submarí no nuclear amb un VNEU de ple dret, posat en servei, el 1996, va ser el vaixell suec Gotland. Aquest submarí tenia una longitud de 60 mi una cilindrada de 1600 tones, i també transportava 6 tubs torpede de dos calibres. La seva central elèctrica es va construir sobre la base d’un dièsel elèctric estàndard i es va complementar amb nous components.
El funcionament superficial i la generació d'energia els proporcionen dos dièsel MTU 16V-396 i un parell de generadors Hedemora V12A / 15-Ub. L’hèlix en tots els modes és accionada per un motor elèctric. En una posició submergida, el submarí, en lloc de dièsel, engega un motor Stirling del tipus Kockums v4-275R, utilitzant combustible líquid i oxigen liquat. La reserva d’aquest darrer us permet mantenir-vos sota l’aigua fins a 30 dies sense necessitat de pujar. A més, el motor Stirling és menys sorollós i tampoc desemmasca el submarí.
Es van construir tres nous submarins segons el projecte Gotland; el segon i el tercer edifici van ser posats en servei el 1997. A principis de la dècada de 2000, es va implementar un projecte amb el codi Södermanland. Va preveure la modernització de dos submarins dièsel-elèctrics del tipus Västergötland amb la instal·lació de VNEU del projecte Gotland. El Japó es va interessar pels desenvolupaments suecs. Sota llicència, va muntar VNEU per a submarins del tipus "Soryu". A causa de les seves grans dimensions i desplaçament, els submarins japonesos transporten quatre motors v4-275R alhora.
Turbines submarines
Durant el desenvolupament del projecte Scorpène, els constructors de vaixells francesos van proposar la seva pròpia versió de VNEU basada en un motor alternatiu. Aquesta instal·lació, anomenada Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), es va oferir als possibles clients per al seu ús en submarins de nova construcció.
El projecte MESMA va proposar un motor especial de turbina de vapor alimentat amb etanol i aire comprimit. Se suposava que la combustió de la barreja alcohol-aire produïa vapor per a la turbina que conduïa el generador. Es va proposar que els productes de combustió en forma de diòxid de carboni i vapor d’aigua a alta pressió es descarreguessin per la borda a tota la gamma de profunditats de funcionament. Segons càlculs, el submarí Scorpène amb VNEU MESMA podria romandre sota l'aigua fins a 21 dies.
La planta MESMA es va oferir a diversos clients. Per exemple, estava previst utilitzar-lo en el projecte Scorpène-Kalvari per a l'Índia. No obstant això, la planta pilot va mostrar un rendiment insuficient i l'interès pel projecte es va reduir dràsticament. Com a resultat, els nous submarins dièsel-elèctrics francesos continuen equipats amb motors dièsel, tot i que els desenvolupadors ja han anunciat una nova modernització amb la introducció d’altres solucions prometedores.
El 2019, els constructors navals russos van anunciar el desenvolupament d’un VNEU fonamentalment nou basat en un motor de turbina de gas de cicle tancat. Inclou dipòsits d’oxigen liquat: s’evapora i se subministra al motor. Es proposa congelar els gasos d’escapament i llençar-los només quan surten en una zona segura. Un VNEU similar s'està desenvolupant en el marc del projecte P-750B.
Pila de combustible
A finals dels anys noranta, Alemanya havia creat la seva pròpia versió de VNEU. El 1998 es va iniciar la construcció del submarí principal del nou projecte Tipus 212, equipat amb un sistema similar. El projecte alemany va consistir en l’ús del sistema Siemens SINAVY, que combina un motor elèctric i piles de combustible d’hidrogen. Per al moviment a la superfície, es va mantenir un generador dièsel.
El complex SINAVY inclou piles de combustible d’intercanvi de protons Siemens PEM basades en hidrur metàl·lic d’un dipòsit d’oxigen liquat. Per a més seguretat, els contenidors d’hidrurs metàl·lics i oxigen es troben a l’espai entre les carcasses robustes i lleugeres. Durant el funcionament del VNEU, l’hidrogen obtingut a partir de l’hidrid metàl·lic, juntament amb l’oxigen, s’alimenta a membranes i elèctrodes especials, on es genera corrent.
L'autonomia del submarí "212" arriba als 30 dies. Un avantatge important de VNEU SINAVY és l'absència gairebé completa de soroll durant el funcionament amb un rendiment prou alt. Al mateix temps, és difícil de fabricar i operar i també té altres desavantatges.
Es van construir sis 212 submarins per a la Marina alemanya. El 2006-2017. quatre d'aquests vaixells van entrar en servei a la flota espanyola. Sobre la base de "212", es va crear el projecte "214", que preveu la preservació de la VNEU existent. Aquests submarins són molt populars al mercat internacional. Comandes rebudes de quatre països per a més de 20 vaixells. Ja s'han construït i lliurat 15 vaixells als clients.
Cal assenyalar que VNEU basat en piles de combustible no només es desenvolupa a Alemanya. Paral·lelament al projecte MESMA a França, es va desenvolupar una variant del submarí Scorpène amb l’ús de piles de combustible. Van ser aquests submarins els que es van vendre a l’Índia. Ara s'estan creant elements d'una nova generació. Anteriorment, es va informar que les seves piles de combustible s'estan desenvolupant a Rússia. VNEU d’aquest tipus ja ha passat proves de banc i, en el futur, es provarà en un vaixell experimental.
Submarí amb bateria
L'aparició de motors i mitjans de generació fonamentalment nous no exclou la necessitat d'un desenvolupament posterior de tecnologies i unitats existents. Per tant, les bateries d’emmagatzematge de tipus ja coneguts i dominats conserven un alt valor. En projectes prometedors, fins i tot es consideren com l’única font d’energia de tots els sistemes.
S’observen processos curiosos a la construcció naval japonesa. El Japó va ser un dels primers països a dominar VNEU amb un motor Stirling, però el 2015 i el 2017. es van col·locar dos submarins del projecte Soryu modificat sense aquests sistemes. Es va donar espai per a les bateries estàndard i les unitats VNEU per a les modernes bateries de ions de liti. A causa d'això, la durada del busseig s'ha duplicat en comparació amb les bateries de la generació anterior.
Des del 2018està en marxa la construcció de submarins del nou projecte de Taigei, desenvolupat originalment mitjançant una instal·lació dièsel-elèctrica i bateries de ions de liti. El vaixell principal del nou projecte ja ha estat llançat i dos cascos més estan en construcció des de l'any passat. En total, està previst construir set submarins amb acceptació en servei a partir del 2022.
Hi ha molts projectes de submarins ultra-petits, equipats només amb bateries. En el futur, aquesta arquitectura pot trobar aplicació en projectes "grans". Recentment, els constructors navals francesos van presentar el projecte conceptual SMX31E, que combina moltes de les decisions més atrevides. En particular, el submarí només va rebre bateries amb la seva ubicació en tots els volums disponibles, incl. entre cossos resistents i lleugers. Les bateries s’han de carregar a la base abans d’anar al mar.
S'estima que, quan estigui completament carregat, l'SMX31E podrà romandre submergit durant 30-60 dies, depenent de la velocitat de conducció i del consum d'energia total. Al mateix temps, es preveu garantir la plena operativitat de tots els dispositius estàndard i addicionals, complexos, etc.
En procés d’evolució
Així, en les darreres dècades, hi ha hagut avenços significatius en el camp de VNEU per a submarins no nuclears. S'han desenvolupat, provat, introduït en projectes i posats en servei diverses variants d'aquests sistemes amb certes característiques i avantatges. Tot i això, fins i tot les darreres instal·lacions independents de l’aire presenten certs desavantatges. Es mantenen complexes i costoses, tant de fabricació com d’operació.
Tot i els avantatges de les característiques tàctiques i tècniques, els no submarins amb VNEU encara no poden suplantar els submarins dièsel-elèctrics d'arquitectura "tradicional". A més, aquests últims estan desenvolupant i també utilitzen les tecnologies i components més moderns. Un exemple sorprenent d’aquesta competència entre diferents classes és el desenvolupament de la flota de submarins japonesos, que va tornar al sistema dièsel-elèctric a un nou nivell tècnic.
Pel que sembla, la competència entre instal·lacions independents de l’aire i dièsel-elèctriques continuarà en un futur previsible, i encara no hi ha cap favorita clara. Al mateix temps, és obvi que les marines del món són les guanyadores. Tenen l’oportunitat de triar la millor opció per a la central que millor compleixi tots els requisits.
