Veröffentlicht am Samstag, der 28. September 2019
U-Boote: Die neue Naval Group AIP hält was sie verspricht
Die Entwicklung eines anaeroben Antriebssystems (Air Independent Propulsion - AIP) für U-Boote auf Basis einer neuen Generation von Brennstoffzellen durch die Naval Group hat in diesem Jahr einen entscheidenden Schritt getan. Das Ufersystem des französischen Industriellen, das an seinem Standort Indret in der Nähe von Nantes installiert war, arbeitete 18 Tage lang unter Bedingungen, die für eine echte Patrouille repräsentativ waren. „Es ging darum, die Funktionsfähigkeit des Systems anhand eines Nutzungsprofils sowie der Tauchautonomie zu überprüfen. 18 Tage lang produzierte das System, das an Batterien angeschlossen war, um die tatsächliche Nutzung eines U-Bootes darzustellen, Strom aus Diesel, der unter hohem Druck betrieben wurde, was bedeutet, dass dies nicht der Fall ist Es gibt keine Einschränkung des Eintauchens für seine Verwendung “, erklärt Anthony Covarrubias, ehemaliger Kommandeur eines der chilenischen Skorpione, der heute in der Marketingabteilung der Naval Group arbeitet.
Transits, sehr langsame Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, schneller Aufstieg an die Oberfläche, Stoppen des AIP gefolgt von einem Neustart, Management eines möglichen Ausfalls oder einer Beschädigung ... Wie bei einem echten U-Boot war das System mit Situationen konfrontiert Beton, um seine Leistung und Zuverlässigkeit zu validieren.
Weltneuheit für die Reformierung von Diesel
Mit diesen erfolgreichen Tests hat die Naval Group eine bemerkenswerte technische Herausforderung für dieses Gerät gemeistert, das Wasserstoff aus Diesel erzeugt. "18 Tage Stromerzeugung nach der Reform des Diesels, es ist eine Weltneuheit, es ist sehr gut gelaufen und wir können es problemlos reproduzieren", begrüßt Marc Quémeneur, AIP-Produktmanager bei Naval Group. Der französische Industrielle bietet diese Lösung an, um die Tauchautonomie herkömmlicher U-Boote zu erhöhen und zu verhindern, dass diese an die Oberfläche zurückkehren, um ihre Batterien aufzuladen. In dieser Zeit ist das Schiff anfällig.
Dieses als AIP FC-2G (FC-2G - Brennstoffzelle der zweiten Generation) bezeichnete System erforderte zehn Jahre Forschung. Technologisch umfasst es zwei Hauptinnovationen. Zunächst wird der Wasserstoff für den Betrieb von Brennstoffzellen direkt an Bord durch einen chemischen Reformierungsprozess aus dem von den Dieselgeneratoren verwendeten Diesel hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht eine erhöhte Sicherheit durch den Verzicht auf Wasserstoffspeicherung an Bord. Abgase werden diskret verworfen, da sie sich sofort in Wasser auflösen. Gleichzeitig hat die Naval Group ein patentiertes System entwickelt, mit dem Luft durch Einblasen von Stickstoff in die Sauerstoffversorgung der Batterie erzeugt werden kann. Dieser Sauerstoff wird in kryogener Form in einem Tank gespeichert. Synthetische Luft reagiert mit dem Wasserstoff in der Brennstoffzelle, um Elektrizität zu erzeugen, die die Batterien des U-Bootes und den elektrischen Antriebsmotor antreibt. Die Zelle ist in einem geschlossenen und belüfteten Gehäuse eingeschlossen, das es ermöglicht, ein mögliches Austreten von Wasserstoff oder Sauerstoff zu kontrollieren.
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Prinzip des Gerätes (© NAVAL GROUP)
Fotoquelle auf dem Umschlag: Das Landsystem auf dem Gelände der Naval Group in Nantes-Indret © NAVAL GROUP
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Shema Navy Group Veröffentlichung auf Asafrance Site
1: Mit dem Reformer wird Wasserstoff aus Diesel erzeugt
2: Die Verschiebung wird verwendet, um die Wasserstoffausbeute zu erhöhen und das vom Reformer erzeugte Kohlenmonoxid zu eliminieren
3: Die Reinigungsmembranen versorgen die Brennstoffzellen mit ultrareinem Wasserstoff
4: Brennstoffzellen erzeugen Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff
5: der Sauerstoffspeichertank in flüssiger Form
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(© NAVAL GRUPPE)
Autonomer oder Tandembetrieb mit Batterien
Ausgelegt auf eine Lebensdauer von 10 Stunden hat die Brennstoffzelle eine Leistung von 000 kW. Es versorgt die elektrische Anlage mit Strom, wenn sich das U-Boot im AIP-Modus befindet, wodurch es möglich ist, den elektrischen Antriebsmotor anzutreiben und den Stromverbrauch an Bord zu decken. Das Gebäude kann sich dann auf diesem einzelnen System mit einer Geschwindigkeit von bis zu ungefähr 250 Knoten entwickeln, da das Nutzungsprofil für eine Tauchautonomie von drei Wochen eher zwischen 5 und 2 Knoten variiert. Dazu benötigt der AIP FC-4G eine Leistung zwischen 2 und 130 kW. Darüber hinaus ist es notwendig, aus den Batterien zu schöpfen, wobei der Übergang von einer Energiequelle zur anderen ohne Unterbrechung erfolgt. Zu den Interessen des AIP der Naval Group gehört es aber auch, die von den Batterien gelieferte Energie ergänzen zu können. "Im Falle einer Beschleunigung gibt es keine Unterbrechung, und wenn wir schneller als das vom AIP genehmigte Maximum fahren wollen, wechseln wir zu den Batterien, können aber auch den AIP weiter betreiben, der dann kommt es zur entlastung der batterien und um nicht aus ihren reserven zu schöpfen. Wenn das U-Boot einige Stunden mit hoher Geschwindigkeit segeln muss, wird das AIP auf diese Weise je nach Geschwindigkeit verwendet, um die Autonomie ein wenig oder merklich unter Wasser zu erweitern “, unterstreicht Anthony Covarrubias.
Foto Marine Gruppe Brennstoffzellen FC2G Veröffentlichung auf Asafrance Website
FC-2G Brennstoffzellen (© NAVAL GROUP)
Viele Vorteile gegenüber anderen Systemen
Aus architektonischer Sicht stellt der AIP FC-2G der Naval Group einen erheblichen Vorteil gegenüber bestehenden Systemen dar, in denen Wasserstoff in externen Tanks gespeichert wird, was Gewichtsprobleme aufwirft (130 bis 160 Tonnen Hydride, darunter weniger 2% verwendbarer Wasserstoff) und Betanken. Die derzeit im Einsatz befindlichen Brennstoffzellen verbrauchen zudem reinen Sauerstoff, der einen hohen Verschleiß erzeugt, wobei die Filter und Membranen sehr regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Laut Naval Group ist der AIP FC-2G effizienter und bietet seinen Konstrukteuren zufolge eine Nutzungsdauer zwischen jeder größeren Wartung, die etwa fünfmal höher ist als die der ausländischen Konkurrenten. „Unser System passt wirklich in das Betriebsschema eines U-Bootes. Es ist nur eine kurze Unterbrechung von drei Wochen pro Jahr erforderlich. Die einzige Ausrüstung, die während dieser Wartungsperiode gewechselt werden muss, sind die Katalysatoren. In der Zwischenzeit gibt es nichts zu tun! Sagt Marc Quémeneur.
Schließlich erleichtert die Wahl der Erzeugung von Wasserstoff aus Dieselkraftstoff das Auftanken und Speichern (Einzelkraftstoff im U-Boot) und verbessert gleichzeitig die Sicherheit im Vergleich zu Systemen, die z. B. Methanol verwenden, brennbarer sind und Kraftstoff einleiten giftige Produkte im Falle eines Lecks.
Das Gerät ist vollständig in ein eigenständiges Modul integriert
Wie die MESMA, die erste AIP, die von der französischen Gruppe entwickelt wurde und die die pakistanische Agosta 90B ausstattet, ist das gesamte AIP FC-2G-System in einem einzigen Modul zusammengefasst, das vom Rest des U-Bootes unabhängig ist. Das System ist in einem etwa 8 Meter langen Rumpfabschnitt untergebracht, der von Anfang an in das Boot integriert oder nach einer Neugestaltung mit einem Minimum an Änderungen im Vergleich zu dem vorhandenen Rumpf hinzugefügt wurde. Das an Gebäude mit einem Durchmesser von mindestens 6 Metern anpassbare AIP FC-2G-Modul, wie das Scorpene-Modul oder das konventionelle Barracuda-Modul, wurde offensichtlich so konzipiert, dass es die Gesamtleistung nicht beeinträchtigt, beginnend mit der Kapazität Immersion und akustische Diskretion.
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Das AIP-Modul (© NAVAL GROUP)
Das Landsystem ist seit 2011 in Betrieb
Die von der Naval Group angekündigten Leistungen können daher dank Tests, die in den letzten Jahren an einem AIP FC-2G-System in voller Größe in Indret durchgeführt wurden, garantiert werden. Nach Tests an einem Demonstrator für die Wasserstofferzeugung in den Jahren 2003 bis 2010 wurde das komplette Gerät der Waage 1 im Jahr 2010 gebaut. Es wurde im folgenden Jahr in Betrieb genommen und hat jetzt mehr als 6 Betriebsstunden Betriebszeit, das entspricht einer Nutzungsdauer von sechs Jahren. Laut Naval Group handelt es sich daher um ein System, das jetzt zuverlässig und bewährt ist, bevor es überhaupt auf ein U-Boot geladen wurde. "000 Betriebsstunden und die Produktion von Wasserstoff stellen mehr als einen Betriebszyklus zwischen zwei Hauptwartungsperioden dar", unterstreichen Marc Quémeneur und Damien Lelandais, Systemarchitekt des FC-6000G-Programms.
Gebrauchsfertig mit weiteren Verbesserungsmöglichkeiten
Das System ist daher „bereit zur Vermarktung“ und wird von der Naval Group bereits für eine bestimmte Anzahl von Marinen angeboten. In Erwartung der ersten Bestellungen werden die Arbeiten fortgesetzt. "Wir werden weiterhin Tests an Betriebsprofilen durchführen und uns auf die Optimierung des Systems, seiner Effizienz, seiner Instandhaltung und seiner Wartung konzentrieren." Beispielsweise werden Ingenieure daran arbeiten, die Effizienz des Systems zu verbessern, indem sie den Sauerstoffverbrauch senken, insbesondere dank neuer Technologien wie der additiven Fertigung. "Wir haben sehr gute Aussichten für die Entwicklung des Systems und sehen ein echtes Potenzial für eine Leistungssteigerung in Bezug auf Leistung und Autonomie, das es uns ermöglicht, mit großen U-Booten in sehr interessanten Mengen zu fahren."
Während das Gerät heute mit herkömmlichen Bleibatterien gekoppelt ist, arbeitet die Naval Group auch an der Integration von U-Booten in Batterien mit Lithium-Ionen-Technologie, wodurch die angebotenen Betriebsleistungen erweitert werden können.
Vincent Groizeleau
Meer und Marine
Auf der ASAF-Website wiedergegeben: http://www.asafrance.fr
Fotoquelle auf dem Umschlag: Das Landsystem auf dem Gelände der Naval Group in Nantes-Indret © NAVAL GROUP
https://www.asafrance.fr/item/sous-mari ... ses-3.html
