Euronaval 2014: Francja oferuje ogniwa paliwowe dla polskich okrętów podwodnych

W każdym z trzech rodzajów napędu AIP Francuzi założyli, że będzie się on mieścił w oddzielnej sekcji, którą dokłada się w rufowej części okrętu (podczas jego budowy albo później np. w czasie planowanego remontu). Każdy z oddzielnych modułów został tak zaprojektowany, by po jego wbudowaniu nie trzeba było wprowadzać zmian konstrukcyjnych w sekcjach znajdujących się zarówno przed, jak i za AIP. Ponadto moduły napędu niezależnego od powietrza koncernu DCNS są odpowiednio wyważone, przez co na okręcie trzeba jedynie uwzględnić większą długość podczas manewrów.

Obecnie we „francuskich” sekcjach AIP może się znajdować (w zależności od wymagań zamawiającego) system zasilania oparty o: nowej generacji ogniwa paliwowe, zespół akumulatorów litowo - jonowych oraz napęd MESMA. Przy czym Francuzi podkreślają, że w każdym z wymienionych rozwiązań nie ma potrzeby stosowania niestandardowego paliwa (np. wodoru), nie ma dodatkowych wymagań odnośnie składowania paliwa (nie trzeba budować specjalnej infrastruktury w porcie), natomiast cykl przeglądów i remontów w niczym nie odbiega od pierwotnie przewidzianego dla okrętu.

Ogniwa paliwowe II generacji

O możliwości wyposażenia okrętów podwodnych typu Scorpène w ogniwa paliwowe koncern DCNS poinformował po raz pierwszy oficjalnie w Gdańsku - w czasie targów Balt - Military - Expo 2014 w czerwcu br. Teraz ujawniono nieco więcej szczegółów na temat nowego, „francuskiego” systemu zasilania.

Okazało się, że Francuzi zaproponowali tzw. ogniwa paliwowe II generacji, które również wymagają dostarczenia tlenu i wodoru z tą jednak różnicą w odniesieniu do innych podobnego typu rozwiązań, że wodór nie musi być składowany na pokładzie okrętu, a jest na nim po prostu wytwarzany. Wykorzystuje się w tym celu specjalny układ przetwarzający - zasilany standardowym paliwem okrętowym.

Jak na razie nie ujawniono, w jaki sposób w tym układzie uzyskuje się wodór jednak Francuzi przetestowali prototyp całego modułu i wykazali, że nawet pracując kilkaset godzin bez przerwy jest on nadal wydajny i bezawaryjny.

Dzięki wielomiesięcznym badaniom koncern DCNS określił, że oferowane ogniwa paliwowe pozwalają na poruszanie się pod wodą z prędkością 4 w przez 3 tygodnie, a więc o 7 dni dłużej niż inne rozwiązania w zakresie napędu niezależnego od powietrza. Dodatkową zaletą takiego systemu zasilania jest brak konieczności umieszczania w kadłubie zbiorników do składowania wodoru, które zajmują miejsce i są niebezpieczne. Natomiast samo uzupełnianie paliwa dla systemu AIP może odbywać się w każdym porcie i nie wymaga oddzielnej instalacji do przesyłania wodoru.

Baterie litowo - jonowe

Pomysł zastosowania akumulatorów litowo - jonowych na okrętach podwodnych nie jest nowy. Jego wprowadzenie w życie nie było jednak możliwe ze względu na zbyt dużą cenę takich akumulatorów oraz problemy z ich przegrzewaniem się, co jest niedopuszczalne na okrętach podwodnych. Tymczasem ostatnio koncern DCNS ujawnił, że zakończono prace nad bezpiecznym rodzajem akumulatorów Li - ionowych, które po zamontowaniu w standardowej sekcji pozwalają na szybką ucieczkę okrętu podwodnego w zanurzeniu z zagrożonego akwenu z prędkością 12 węzłów przez 1 dzień, lub na poruszanie się pod wodą z prędkością 4 w przez 7 dni.

Oznacza to, że Francuzi opanowali jednak technologię Li - ion na tyle, że zdecydowali się ją zaproponować dla OP typu Scorpène – jednak co należy podkreślić - nie, by zastąpić standardowe baterie akumulatorów kwasowych, ale by stworzyć ekwiwalent napędu niezależnego od powietrza.

Podobne rozwiązanie postanowili zresztą wykorzystać Japończycy, wprowadzając baterie akumulatorów Li - ion na kolejnej partii czterech okrętów podwodnych typu Soryu. Akumulatory mają zastąpić napęd AIP oparty o silnik Stirlinga, będący obecnie na wyposażeniu już wprowadzonych tego typu jednostek. Zgodnie z nieoficjalnymi wyjaśnieniami Japończycy chcą w ten sposób uprościć sposób wykorzystywania okrętów Soryu a także ograniczyć koszty ich utrzymania, czyniąc je bardziej atrakcyjnymi dla ewentualnych klientów (w pierwszej kolejności dla Australii).

Zaletą omawianego rozwiązania jest możliwość ciągłego ładowania napędu AIP na morzu (na powierzchni lub na „chrapach” z wykorzystaniem silników diesla), bez potrzeby uzupełniania zapasów. Wadą jest niewątpliwie krótszy czas przebywania pod wodą – chociaż w zupełności wystarczający dla klasycznie uzbrojonych okrętów podwodnych (bez rakiet manewrujących).

Napęd MESMA

Moduł MESMA (Module d'Energie Sous-Marine Anaérobie) był najwcześniej opracowanym we Francji napędem klasy AIP. Wcześniej zastosowano go na pakistańskich okrętach typu Agosta 90B (jak dotąd wykonano trzy takie moduły, które już zostały dostarczone dla Pakistanu), obecnie jest on proponowany jako jedna z trzech opcji dla okrętów typu Scorpène (w tym także dla polskiej Marynarki Wojennej).

Należy podkreślić, że pierwsza MESMA - zamontowana przed kilkoma laty na okręcie podwodnym „Hamza” (trzecia jednostka w serii typu Agosta 90B) została przetestowana w czasie normalnych działań operacyjnych spełniając wymagania sił morskich Pakistanu w takim stopniu, że zamówiono kolejne dwa moduły.

MESMA to system zasadą działania przypominający napęd na atomowych okrętach podwodnych, w którym turbogenerator zasilający jednostkę w prąd elektryczny jest napędzany parą wytworzoną w obiegu wtórnym reaktora. Główna różnica polega na tym, że ciepło potrzebne do produkcji pary w wymienniku ciepła wytworzone w obiegu pierwotnym nie pochodzi w module MESMA z reakcji jądrowej, lecz jest efektem spalania mieszanki tlenu z olejem napędowym (takim samym, jaki stosuje się w silnikach diesla).

Dalej zasada działania jest już podobna. Najpierw para zasila turbinę, a ta z kolei generator, czyli źródło energii elektrycznej dla okrętu. Wszystko mieści się w oddzielnie zbudowanej sekcji (o szerokości około 9 m), co pozwala na jej testowanie przed zamontowaniem w kadłubie okrętu podwodnego. System z założenia prosty, sprawdzony (podobne instalacje od lat były projektowane przez francuskich inżynierów dla atomowych okrętów podwodnych) i jak się okazało niezawodny wzbudzał jednak obawy.

W celu rozszerzenia oferty Francuzi zdecydowali się zaproponować również inne rozwiązanie – i to jak się ostatnio okazało w dwóch wersjach (baterie paliwowe drugiej generacji oraz akumulatory litowo – jonowe).

Co wybrać?

Wybór rodzaju napędu niezależnego od powietrza powinien zależy przede wszystkim od wymagań jakie są stawiane okrętom podwodnym przez użytkownika. Oferta DCNS jest o tyle ciekawa, że rzeczywiście w jej przypadku jest z czego wybierać.