La mayor parte de los submarinos modernos están equipados con centrales eléctricas diésel. Dichos dispositivos tienen inconvenientes característicos, por lo que se realiza una búsqueda de alternativas convenientes y rentables. Como muestra la práctica, el nivel moderno de tecnología permite crear plantas de energía eficientes para submarinos no nucleares, y estamos hablando de sistemas de diferentes arquitecturas.
Problemas y soluciones
La principal desventaja de los submarinos diésel-eléctricos es la necesidad de recargar periódicamente las baterías mediante un generador diésel. Para hacer esto, el submarino debe flotar hacia la superficie o moverse a la profundidad del periscopio, lo que aumenta la probabilidad de que el enemigo lo detecte. Al mismo tiempo, la duración del buceo con baterías no suele exceder de varios días.
Una alternativa obvia al diesel es una central nuclear, pero su uso no siempre es posible y justificado debido a la complejidad y alto costo. En este sentido, desde hace varias décadas se estudia el tema de la creación de centrales eléctricas independientes del aire (VNEU) con las características deseadas y sin las desventajas de los sistemas diesel-eléctricos. Se han puesto en funcionamiento con éxito una serie de nuevas tecnologías de este tipo y se espera la puesta en servicio de otras en un futuro próximo.
En general, existen varios enfoques para la creación de VNEU. La primera consiste en reconstruir el generador diesel utilizando un motor diferente que sea menos exigente con el aire entrante. El segundo propone la generación de energía eléctrica mediante la denominada. celdas de combustible. El tercero es mejorar las baterías, incl. hasta el rechazo de su propia generación.
La alternativa de Stirling
El primer submarino no nuclear con un VNEU en toda regla, puesto en servicio, en 1996 fue el barco sueco Gotland. Este submarino tenía una longitud de 60 my un desplazamiento de 1600 toneladas, y también llevaba 6 tubos de torpedos de dos calibres. Su planta de energía fue construida sobre la base de un estándar diesel-eléctrico y complementada con nuevos componentes.
El funcionamiento en superficie y la generación de energía son proporcionados por dos motores diesel MTU 16V-396 y un par de generadores Hedemora V12A / 15-Ub. La hélice en todos los modos es impulsada por un motor eléctrico. En una posición sumergida, el submarino, en lugar de diesel, pone en marcha un motor Stirling del tipo Kockums v4-275R, utilizando combustible líquido y oxígeno licuado. La reserva de este último le permite permanecer bajo el agua hasta por 30 días sin necesidad de ascender. Además, el motor Stirling es menos ruidoso y tampoco desenmascara al submarino.
Se construyeron tres nuevos submarinos según el proyecto de Gotland; el segundo y tercer edificio se pusieron en marcha en 1997. A principios de la década de 2000, se implementó un proyecto con el código Södermanland. Previó la modernización de dos submarinos diesel-eléctricos del tipo Västergötland con la instalación de VNEU del proyecto Gotland. Japón se interesó por los desarrollos suecos. Con licencia, ensambló VNEU para submarinos del tipo "Soryu". Debido a sus grandes dimensiones y desplazamiento, los submarinos japoneses llevan cuatro motores v4-275R a la vez.
Turbinas submarinas
Durante el desarrollo del proyecto Scorpène, los constructores navales franceses propusieron su propia versión de VNEU basada en un motor alternativo. Una instalación de este tipo, denominada Module d'Energie Sous-Marine Autonome (MESMA), se ofreció a clientes potenciales para su uso en submarinos de nueva construcción.
El proyecto MESMA propuso un motor de turbina de vapor especial propulsado por etanol y aire comprimido. Se suponía que la combustión de la mezcla de alcohol y aire producía vapor para la turbina que impulsaba el generador. Se propuso que los productos de combustión en forma de dióxido de carbono y vapor de agua a alta presión fueran descargados por la borda en toda la gama de profundidades operativas. Según los cálculos, el submarino Scorpène con VNEU MESMA podría permanecer bajo el agua hasta 21 días.
La planta de MESMA se ofreció a varios clientes. Por ejemplo, se planeó utilizarlo en el proyecto Scorpène-Kalvari para India. Sin embargo, la planta piloto mostró un rendimiento insuficiente y el interés en el proyecto se redujo drásticamente. Como resultado, los nuevos submarinos diesel-eléctricos franceses todavía están equipados con motores diesel, aunque los desarrolladores ya han anunciado una nueva modernización con la introducción de otras soluciones prometedoras.
En 2019, los constructores navales rusos anunciaron el desarrollo de un VNEU fundamentalmente nuevo basado en un motor de turbina de gas de ciclo cerrado. Incluye depósitos de oxígeno licuado: se evapora y se suministra al motor. Se propone congelar y tirar los gases de escape solo cuando salgan a la superficie en un área segura. Se está desarrollando una VNEU similar en el marco del proyecto P-750B.
Pila de combustible
A finales de los noventa, Alemania había creado su propia versión de VNEU. En 1998, comenzó la construcción del submarino principal del nuevo proyecto Tipo 212, equipado con un sistema similar. El proyecto alemán implicó el uso del sistema Siemens SINAVY, que combina un motor eléctrico y pilas de combustible de hidrógeno. Para el movimiento en la superficie, se retuvo un generador diesel.
El complejo SINAVY incluye celdas de combustible de intercambio de protones Siemens PEM basadas en hidruro metálico de un tanque de oxígeno licuado. Para mayor seguridad, los contenedores de hidruro metálico y oxígeno están ubicados en el espacio entre las carcasas resistentes y livianas. Durante el funcionamiento del VNEU, el hidrógeno obtenido del hidruro metálico, junto con el oxígeno, se alimenta a membranas y electrodos especiales, donde se genera corriente.
La autonomía del submarino "212" alcanza los 30 días. Una ventaja importante de VNEU SINAVY es la ausencia casi total de ruido durante el funcionamiento con un rendimiento suficientemente alto. Al mismo tiempo, es difícil de fabricar y operar y también tiene otras desventajas.
Se construyeron seis submarinos 212 para la Armada alemana. En 2006-2017. cuatro de estos barcos entraron en servicio en la flota española. Sobre la base de "212", se creó el proyecto "214", que prevé la preservación del VNEU existente. Estos submarinos son muy populares en el mercado internacional. Pedidos recibidos de cuatro países para más de 20 embarcaciones. Ya se han construido y entregado 15 barcos a los clientes.
Cabe señalar que VNEU basado en pilas de combustible se está desarrollando no solo en Alemania. Paralelamente al proyecto MESMA en Francia, se desarrolló una variante del submarino Scorpène con el uso de pilas de combustible. Fueron estos submarinos los que se vendieron a la India. Ahora se están creando elementos de una nueva generación. Anteriormente se informó que sus celdas de combustible se están desarrollando en Rusia. VNEU de este tipo ya ha pasado las pruebas de banco, y en el futuro se probará en un barco experimental.
Submarino a batería
La aparición de motores y medios de generación fundamentalmente nuevos no excluye la necesidad de un mayor desarrollo de las tecnologías y unidades existentes. Por lo tanto, las baterías de almacenamiento de tipos ya conocidos y dominados conservan un alto valor. En proyectos prometedores, incluso se los considera la única fuente de energía para todos los sistemas.
Se observan procesos curiosos en la construcción naval japonesa. Japón fue uno de los primeros países en dominar VNEU con un motor Stirling, pero en 2015 y 2017. Se colocaron dos submarinos del proyecto Soryu modificado sin tales sistemas. Se asignó espacio para baterías estándar y unidades VNEU para baterías modernas de iones de litio. Debido a esto, la duración del buceo se ha duplicado en comparación con las baterías de la generación anterior.
Desde 2018La construcción de los submarinos del nuevo proyecto Taigei, originalmente desarrollado con una instalación diesel-eléctrica y baterías de iones de litio, está en marcha. El barco líder del nuevo proyecto ya se ha lanzado y se están construyendo dos cascos más desde el año pasado. En total, está previsto construir siete submarinos con aceptación en servicio a partir de 2022.
Hay muchos proyectos de submarinos ultrapequeños, equipados solo con baterías. En el futuro, esta arquitectura puede encontrar aplicación en proyectos "grandes". Recientemente, los constructores navales franceses presentaron el proyecto conceptual SMX31E, que combina muchas de las decisiones más atrevidas. En particular, el submarino recibió solo baterías con su ubicación en todos los volúmenes disponibles, incl. entre cuerpos duraderos y ligeros. Las baterías deben cargarse en la base antes de salir al mar.
Se estima que cuando esté completamente cargado, el SMX31E podrá permanecer sumergido durante 30-60 días, dependiendo de la velocidad de conducción y el consumo total de energía. Al mismo tiempo, está previsto garantizar la plena operatividad de todos los dispositivos, complejos, etc. estándar y adicionales.
En proceso de evolución
Así, en las últimas décadas, ha habido un progreso significativo en el campo de VNEU para submarinos no nucleares. Se han desarrollado, probado, introducido en proyectos y puesto en servicio diversas variantes de dichos sistemas con determinadas características y ventajas. Sin embargo, incluso las últimas instalaciones independientes del aire tienen ciertas desventajas. Siguen siendo complejos y costosos, tanto de fabricar como de operar.
A pesar de las ventajas en las características tácticas y técnicas, los no submarinos con VNEU aún no pueden reemplazar a los submarinos diesel-eléctricos de arquitectura "tradicional". Además, estos últimos están desarrollando y también utilizan las tecnologías y componentes más modernos. Un ejemplo sorprendente de tal competencia entre diferentes clases es el desarrollo de la flota de submarinos japonesa, que volvió al esquema diesel-eléctrico a un nuevo nivel técnico.
Aparentemente, la competencia entre las instalaciones independientes del aire y las instalaciones diésel-eléctricas continuará en el futuro previsible, y todavía no hay un favorito claro. Al mismo tiempo, es obvio que las armadas del mundo son las ganadoras. Tienen la oportunidad de elegir la mejor opción para la central eléctrica que mejor cumpla con todos los requisitos.
