Pubblicato sabato 28 settembre 2019
Sottomarini: il nuovo AIP del gruppo navale mantiene le sue promesse
Lo sviluppo del Gruppo navale di un sistema di propulsione anaerobica (Air Independent Propulsion - AIP) per sottomarini basato su una nuova generazione di celle a combustibile ha compiuto un passo cruciale quest'anno. Il sistema di terra dell'industriale francese, installato nel suo sito Indret, vicino a Nantes, ha funzionato per 18 giorni in condizioni rappresentative di una vera pattuglia. “Si trattava di verificare il funzionamento del sistema con un profilo di utilizzo operativo, nonché l'autonomia delle immersioni. Per 18 giorni, il sistema, collegato alle batterie per essere rappresentativo dell'uso effettivo su un sottomarino, ha prodotto elettricità dal diesel, funzionando ad alta pressione, il che significa che non non c'è limite all'immersione per il suo utilizzo ”, spiega Anthony Covarrubias, ex comandante di uno dello Scorpene cileno che lavora oggi nel dipartimento Marketing del Gruppo Navale.
Transiti, velocità molto basse, accelerazioni, rapida ascesa in superficie, arresto dell'AIP seguito da riavvio, gestione di un possibile guasto o danno ... Come su un vero sottomarino, il sistema si trovava di fronte a situazioni concreta al fine di validarne le prestazioni e l'affidabilità.
Primo al mondo per riforma dal diesel
Con questi test di successo, Naval Group è riuscita a superare una notevole sfida tecnica per questo dispositivo che produce idrogeno dal diesel. "18 giorni di produzione elettrica dal reforming del diesel, è il primo al mondo, è andato molto bene e possiamo riprodurlo senza problemi", accoglie Marc Quémeneur, product manager AIP di Naval Group. L'industriale francese offre questa soluzione per aumentare l'autonomia di immersione dei sottomarini convenzionali e impedire loro di tornare in superficie per ricaricare le batterie, durante il quale la nave è vulnerabile.
Chiamato AIP FC-2G (celle a combustibile di seconda generazione - FC-2G), questo sistema ha richiesto dieci anni di ricerca. Tecnologicamente, include due innovazioni principali. In primo luogo, l'idrogeno utilizzato per far funzionare le celle a combustibile viene prodotto direttamente a bordo, attraverso un processo di reforming chimico dal diesel utilizzato dai generatori diesel. Questo processo consente una maggiore sicurezza per l'assenza di stoccaggio dell'idrogeno a bordo. I gas di scarico vengono discretamente respinti, poiché si dissolvono istantaneamente in acqua. Allo stesso tempo, Naval Group ha progettato un sistema brevettato che consente la produzione di aria iniettando azoto nell'apporto di ossigeno dalla batteria, che viene immagazzinato in forma criogenica in un serbatoio. L'aria sintetica reagisce con l'idrogeno nella cella a combustibile per produrre elettricità, che alimenta le batterie del sottomarino e il motore elettrico di propulsione. La cella è confinata in un involucro chiuso e ventilato che consente di controllare una possibile perdita di idrogeno o ossigeno.
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pubblicazione del dispositivo prinicpe del gruppo navale shema sul sito asafrance
Principio del dispositivo (© NAVAL GROUP)
Fonte fotografica in copertina: il sistema a terra nel sito del gruppo navale a Nantes-Indret © NAVAL GROUP
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pubblicazione del gruppo navale shema sul sito asafrance
1: il reformer viene utilizzato per produrre idrogeno dal diesel
2: lo spostamento viene utilizzato per aumentare la resa di idrogeno ed eliminare il monossido di carbonio prodotto dal riformatore
3: le membrane di purificazione forniscono alle celle a combustibile idrogeno ultra puro
4: le celle a combustibile producono elettricità dall'idrogeno e dall'ossigeno
5: il serbatoio di ossigeno in forma liquida
pubblicazione shema naval grouop sul sito asafrance 2
(© GRUPPO NAVALE)
Funzionamento autonomo o in tandem con batterie
Progettata per una durata di 10 ore, la cella a combustibile ha una capacità di 000 kW. Alimenta l'impianto elettrico quando il sottomarino è in modalità AIP, rendendo così possibile accendere il motore elettrico di propulsione e fornire il consumo elettrico di bordo. L'edificio può quindi evolversi su questo singolo sistema ad una velocità fino a circa 250 nodi, sapendo che per ottenere un'autonomia subacquea di tre settimane, il profilo di utilizzo varia piuttosto tra 5 e 2 nodi. Per fare ciò, la potenza richiesta per l'AIP FC-4G è compresa tra 2 e 130 kW. Oltre a ciò, è necessario attingere dalle batterie, il passaggio da una fonte di energia all'altra avviene senza interruzione. Ma uno degli interessi dell'AIP del Gruppo navale è anche quello di poter integrare l'energia fornita dalle batterie. "In caso di accelerazione, non vi è alcuna interruzione e, se vogliamo andare più veloci del massimo autorizzato dall'AIP, passiamo alle batterie ma possiamo anche continuare a far funzionare l'AIP, che poi viene ad alleviare le batterie ed evitare di attingere dalle loro riserve. In questo modo, se il sottomarino ha bisogno di navigare per alcune ore ad alta velocità, l'AIP viene utilizzato, a seconda della velocità, per prolungare un po 'l'autonomia o sensibilmente sott'acqua ", sottolinea Anthony Covarrubias.
foto fc2g di celle a combustibile del gruppo navale pubblicazione sul sito asafrance
Celle a combustibile FC-2G (© NAVAL GROUP)
Molti vantaggi rispetto ad altri sistemi
Dal punto di vista architettonico, l'AIP FC-2G del Gruppo navale rappresenta un notevole vantaggio rispetto ai sistemi esistenti, in cui l'idrogeno viene immagazzinato in serbatoi esterni, ponendo problemi di peso (da 130 a 160 tonnellate di idruri, di cui meno 2% di idrogeno utilizzabile) e rifornimento di carburante. Le celle a combustibile attualmente in servizio utilizzano, inoltre, ossigeno puro, che genera un'elevata usura, i filtri e le membrane devono essere sostituiti molto regolarmente. Più efficiente secondo Naval Group, AIP FC-2G offre, secondo i suoi progettisti, un tempo di utilizzo tra ogni manutenzione principale circa cinque volte superiore a quello dei suoi concorrenti stranieri. “Il nostro sistema si adatta davvero allo schema operativo di un sottomarino. Richiede solo una breve interruzione di tre settimane all'anno, l'unica apparecchiatura che deve essere cambiata durante questo periodo di manutenzione sono i catalizzatori. Nel frattempo, non c'è niente da fare! Dice Marc Quémeneur.
Infine, la scelta di produrre idrogeno dal diesel facilita il rifornimento e lo stoccaggio (combustibile singolo sul sottomarino) migliorando la sicurezza rispetto ai sistemi che utilizzano ad esempio il metanolo, che è più infiammabile e introduce prodotti tossici in caso di perdite.
Il dispositivo è completamente integrato in un modulo autonomo
Come il MESMA, il primo AIP sviluppato dal gruppo francese e che equipaggia il pakistano Agosta 90B, l'intero sistema AIP FC-2G è raggruppato in un singolo modulo, autonomo dal resto del sottomarino. Il sistema è alloggiato in una sezione di scafo lunga circa 8 metri integrata nella barca dall'inizio o aggiunta dopo una riprogettazione con un minimo di modifiche rispetto a quella esistente. Adattabile a edifici con un diametro di almeno 6 metri, come lo Scorpene o la versione di propulsione convenzionale del Barracuda, il modulo AIP FC-2G è stato ovviamente progettato per non influire sulle prestazioni complessive, a partire dalla capacità immersione e discrezione acustica.
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pubblicazione di moduel aip del gruppo navale shema sul sito asafrance
Il modulo AIP (© NAVAL GROUP)
Il sistema di terra in servizio dal 2011
Le prestazioni annunciate da Naval Group possono quindi essere garantite grazie ai test effettuati negli ultimi anni su un sistema AIP FC-2G full size situato a Indret. Dopo i test effettuati su un dimostratore dedicato alla produzione di idrogeno dal 2003 al 2010, il dispositivo completo in scala 1 è stato costruito nel 2010. È entrato in servizio l'anno successivo e ora accumula oltre 6 ore di funzionamento, l'equivalente di sei anni di utilizzo. Pertanto, secondo Naval Group, è un sistema che ora è affidabile e provato prima ancora di essere caricato su un sottomarino. "000 ore di funzionamento e produzione di idrogeno rappresentano più di un ciclo operativo tra due periodi di grande manutenzione", sottolinea Marc Quémeneur e Damien Lelandais, architetto di sistema del programma FC-6000G.
Pronto per l'uso con ulteriori prospettive di miglioramento
Il sistema è quindi "pronto per essere commercializzato" e già offerto da Naval Group a un certo numero di marine. In attesa di ordini iniziali, il lavoro continuerà. "Continueremo a condurre test sui profili operativi e ci concentreremo sull'ottimizzazione del sistema, della sua efficienza, della sua manutenzione e manutenzione". Ad esempio, gli ingegneri lavoreranno per migliorare l'efficienza del sistema riducendo il consumo di ossigeno, in particolare grazie a nuove tecnologie come la produzione additiva. "Abbiamo ottime prospettive per lo sviluppo del sistema e vediamo un potenziale reale per aumentare le prestazioni in potenza e in autonomia che ci permetterà di salire su sottomarini di grandi dimensioni pur rimanendo in volumi molto interessanti".
Mentre il dispositivo è oggi abbinato alle tradizionali batterie al piombo, Naval Group sta anche lavorando all'integrazione a bordo di sottomarini di batterie utilizzando la tecnologia agli ioni di litio, che consentirà di ampliare le prestazioni operative offerte.
Vincent Groizeleau
Mare e marina
Riprodotto sul sito web ASAF: http://www.asafrance.fr
Fonte fotografica in copertina: il sistema a terra nel sito del gruppo navale a Nantes-Indret © NAVAL GROUP
https://www.asafrance.fr/item/sous-mari ... ses-3.html
