활발한 정치
캘리포니아주 트웬티나인팜스 해병대 기지에 설치된 대규모 태양전지판은 대체 에너지원에 대한 미군의 의지를 보여줍니다.
두 개 이상의 에너지원을 결합함으로써 하이브리드 에너지 시스템은 해병대에 전자 장비를 기존 전원에서 오랫동안 작동시키는 데 필요한 전기를 제공하는 가장 효율적인 방법으로 점점 더 인식되고 있습니다.
전진 작전 기지와 대규모 전역 군사 시설에서 이러한 기술은 전통적인 디젤 발전기에 대한 의존도를 줄이는 수단으로 더 큰 규모로 점점 대중화되고 있습니다. 세계 최대의 액체 화석 연료 소비국인 미군은 보급 호송대에 대한 공격으로 인한 군수 "꼬리"와 그에 따른 인명 및 재산 손실을 줄이기 위해 소비를 줄이기 위해 노력하고 있습니다. “군은 재생에너지에 대해 독특한 관점을 가지고 있습니다. Protonex Technology의 Phil Robinson은 "그들은 '친환경'으로 보이기 위해 이를 사용하는 것이 아니라 역량과 회복력을 향상시키기 위해 이를 사용하고 있습니다."라고 말했습니다. “따라서 신뢰할 수 있는 에너지 관리 기술과 대체 에너지에 대한 투자는 항상 일관되고 효과적이었습니다. 대체 에너지에 대한 투자가 석유 가격에 크게 의존하는 민간 부문과는 상당히 다릅니다.”
연료전지 전문업체인 SFC Energy의 Peter Podesser는 현재 디젤 발전기와 납축전지의 조합이 기술적 관점에서 완전히 성숙한 하이브리드(또는 혼합) 시스템이라고 지적했습니다. 그는 지난 10년 동안 주로 태양광 및 풍력 발전기, 배터리, 연료전지를 결합한 하이브리드 시스템 분야에서 엄청난 양의 개발 작업이 수행되었지만 군용 배치가 더디었다고 지적했습니다. “소비자와 업계는 실망스럽게도 이번 구현 과정은 예상했던 것보다 더 오랜 시간이 걸렸습니다. 그런데 방위산업을 보면 실제로 신기술을 도입하는 데 보통 XNUMX년이 걸린다”고 말했다.
그는 이것이 부분적으로 전쟁의 성격 변화, 특히 지난 XNUMX년 동안 서방이 벌인 전쟁의 변화 때문이라고 생각합니다. 미국이 주도한 이라크 및 아프가니스탄 작전과 같은 유사한 분쟁은 비대칭 위협이 특징입니다. 그들은 어떤 식으로든 임무를 완수하기 위해 에너지가 필요한 개별 순찰 그룹과 특수 부대에 의해 정기적으로 만났습니다. Podesser는 “수요 구조가 바뀌었습니다.”라고 말했습니다. - 자율에너지는 유망한 방향이다. 일반적으로 에너지가 풍부한 대규모 기지로 돌아갈 필요는 없습니다. 여러 날 동안 기지를 떠나 있으면서 동시에 일을 해야 하는 사람들이 많이 있습니다. 자율에너지의 발전은 위협구조 변화의 결과이다.”
연료전지는 수소가 풍부한 연료로부터 전기화학적 반응을 통해 직류와 열을 효율적으로 생산하는 장치이다. 이는 내연기관에 비해 훨씬 효율적인 시스템입니다.
군용 인큐베이터
기술적 측면에서는 군대가 하이브리드 에너지 시스템 개발을 주도해 왔지만, 프로젝트 구현에 있어서는 상업 기관과 심지어 정부 기관도 이를 따라잡았습니다. Saft Batteries의 Jeff Helm은 미 육군과 해병대가 이 분야의 하이브리드화 추세를 설정하는 원정 전력 시스템을 연구하고 있지만 실제 구현 측면에서는 비군사적 응급 서비스인 석유에 의해 앞지르고 있다고 주장합니다. 가스 산업 및 기타 구매 자금이 충분하고 모바일 에너지원에 대한 수요가 높은 기업. 헬름은 “군은 인큐베이터와 같다”며 “기술은 내부적으로 성숙해 있고 다른 사람들은 상용화를 하고 있다”고 말했다. 그는 군이 새로운 기술을 군사 목적으로 도입하고 적용하기 전에 먼저 민간 부문에서 비용을 절감하기 위해 노력하고 있다고 설명했습니다. “대규모 연구개발 자금이 항상 조달 자금으로 전환되는 것은 아닙니다.”
Podesser는 2000년부터 2010년까지 미국과 독일이 휴대용 연료전지 개발에 많은 노력을 기울였다는 점에 동의했습니다. 작업의 대부분은 SFC를 포함하는 NATO 실무 그룹이 주도했지만 지난 XNUMX년 말 아프가니스탄에서 동맹의 전투 작전이 끝난 후 필연적으로 작업 속도가 느려졌습니다. "실제 운영 측면에서 정부 채택이 더딘 상태로 돌아왔습니다... 개발의 첫 번째 단계는 주로 군비 지출에 의해 주도되지만 이후에는 태양광 패널 및 연료 전지와 같은 많은 것들이 도입되고 있습니다. 민간 영역."
SFC와 같은 새로운 휴대용 연료전지를 처음으로 군사 사용자가 사용한 것은 예상한 대로입니다. 우선, 이들은 특수 부대 및 기타 고급 전문가입니다. 항공 관찰자. 군대의 핵심 요소인 이들 부대는 최전선에서 작전을 수행하고 종종 주력 부대와 분리되어 도보로 많은 특정 임무를 수행하므로 모든 종류의 시스템과 장비를 작동하려면 에너지원이 필요합니다.
전방 공기 포수는 근접 항공 지원을 요청합니다. 유일한 도구가 라디오, 쌍안경, 지도뿐이던 시절은 지나갔습니다. 이제 포수에게는 많은 장치가 있으며 모두 전기가 필요합니다.
원정의 어려움
Protonex의 Robinson은 "원정용 에너지 기술은 최전선에서 사용할 수 있을 만큼 가볍고 휴대 가능하며 신뢰할 수 있어야 하지만 기술적으로 가장 어려운 문제이기도 합니다. 전투원의 위치가 더 앞서 있을수록 더 복잡한 기술적 과제를 해결해야 합니다."라고 말합니다. 오늘날 군대는 무게가 XNUMXkg 미만인 에너지 관리 시스템을 수용하며 군인의 더플백에 넣어 휴대할 수 있습니다. 여기에는 사용 가능한 대체 에너지원과 기존 에너지원을 자동으로 평가하고, 보다 효율적인 소스에서 에너지를 얻고, 해당 에너지를 필요한 형태로 변환하고, 이를 용량성 배터리 자체 또는 기타 장치에 저장하는 수만 줄의 코드가 포함되어 있습니다. 이러한 시스템은 완전 자동이기 때문에 사용자는 볼트와 암페어를 구별할 필요가 없습니다.”
Protonex SPM-622는 고효율 에너지 변환, 장비 전력 관리 및 에너지 저장 기술을 하나의 제품에 결합합니다. 다양한 소스로부터 거의 모든 휴대용 군사 장비에 전력을 공급할 수 있습니다.
Helm에 따르면 미군 중에서는 해병대가 선두에 있습니다. 원정 특성상 반드시 병참 부하를 줄여야 하기 때문입니다. 그는 MEHPS(Mobile Electric Hybrid Power Systems) 프로그램을 예로 들었습니다. 원정군을 위한 여러 군단 에너지 시스템 프로그램 중 하나인 MEHPS는 태양광 패널, 리튬 이온 배터리 및 발전기를 포함하는 경량 하이브리드 및 중형 하이브리드 변형으로 개발되고 있습니다.
7,5킬로와트 경량 하이브리드의 요구 사항에는 500~XNUMX명이 운반할 수 있도록 개별 구성 요소의 무게 제한이 포함됩니다. 이것은 XNUMXkW의 AMMPS(Advanced Medium Mobile Power Sources) 발전기와 XNUMXkW의 전술적 저소음 발전기 TQG(Tactical Quiet Generator)입니다. 시스템은 다양한 차량에 탑재할 수 있을 만큼 가볍고 작아야 합니다. 미 육군은 이 옵션을 통해 최소 XNUMX시간의 작전과 최소 XNUMX시간의 무음 감시를 제공하고 하루에 XNUMX리터 이하의 연료를 소비하기를 원합니다. 신뢰성 요구 사항은 XNUMX시간의 무고장 작동을 정의합니다.
평균적인 하이브리드 MEHPS에는 들어 올리려면 4~6명이 필요한 구성 요소가 있을 수 있으며, AMMPS 발전기는 최소 10kW(바람직하게는 15kW)를 제공해야 합니다. 시스템은 경량 트레일러 LTT-MCC(Light Tactical Trailer Marine Corps Chassis)에 포함되어야 합니다. 무음 감시 요구 사항은 27,2시간에서 22시간으로 동일하지만 더 많은 소비자에게 공급하기 위한 것이므로 연료 소비 요구 사항이 확대됩니다. 기준치는 하루 2018리터, 목표는 하루 XNUMX리터입니다. MEHPS 프로그램은 현재 개발 및 사전 제작 단계에 있으며, 첫 납품은 XNUMX년에 시작될 예정입니다. Helm에 따르면 이러한 종류의 시스템을 통합할 때 가장 큰 과제는 전력 관리, 즉 AC를 DC로 변환하는 전압 조정기와 인버터를 제어하는 전력 변환 및 관리 소프트웨어입니다.
태양 소비
태양 에너지는 필수품이 되어가고 있습니다. Podesser에 따르면, “이것은 유연하고 접을 수 있는 박막 태양광 발전 시스템의 기능에 관한 것입니다. 가벼워야 하지만 핵심 요소는 열악한 환경에서 실제 사용을 견딜 수 있어야 하고, 이러한 시스템이 현장에서 살아남을 수 있도록 긴 사용 수명을 갖는 것입니다.” 이러한 시스템의 공급업체 중 하나는 미국 회사인 PowerFilm입니다. 2017년 49월 미 육군과 탈레스가 120만 달러 규모의 UBC(범용 배터리 충전기) 계약을 체결하기 위해 선정했습니다. PowerFilm의 72W 접이식 태양전지판이 에너지원으로 선택되었습니다. UBC에 전류를 공급해 다양한 종류의 배터리를 충전할 수 있어 중앙 전력 공급이 없는 지역에서 분대나 소대가 배터리를 재충전하지 않고도 최소 XNUMX시간 동안 작전을 수행할 수 있다. PowerFilm은 가볍고 내구성이 뛰어나며 휴대성이 뛰어난 태양광 패널이 군인의 더플백에 쉽게 접혀 정지 중에도 신속하게 배치되어 안정적이고 안전한 전력을 공급할 수 있다고 밝혔습니다.
Protonex 적응형 배터리 충전기는 28V 또는 12V 차량이나 휴대용 태양광 패널이 있는 산에서 사용할 수 있습니다. 사용 가능한 전원 입력에 맞춰 충전 전류를 자동으로 조정합니다.
배터리와 관련하여 Podesser는 에너지 및 전력 밀도가 증가하는 군용 전기 차량에 대한 요구 사항에 따라 높은 수준의 개발이 이루어지면서 일부 안전 문제가 발생한다고 지적했습니다. "리튬 이온이든 다른 화학이든 새로운 화학 물질 중 일부는 엄청난 양의 사용 가능한 에너지를 갖고 있고 위협이 되어서는 안 되기 때문에 많은 주의를 기울여야 합니다." 반면, 연료전지는 최소한의 연료 소비와 최소한의 비용으로 더 작고 가벼우며 에너지 효율성을 높일 수 있습니다. 그러나 진정한 이점은 올바른 조합에서 비롯됩니다.
체중 관찰하기
“배터리는 최대 24시간 동안 사용할 수 있는 탁월한 솔루션입니다. 그런 다음 배터리를 연료 전지 및 태양광 패널과 결합하면 태양광 패널이 전력을 공급하고 배터리를 충전할 수 있기 때문에 작동 시간을 늘리면서 시스템의 전체 무게를 줄일 수 있습니다. 연료전지는 보험 역할을 할 것입니다. ...물론 혼성화 또는 결합은 소비자에게 최고의 전망을 열어줄 열쇠라고 Podesser는 말합니다. - 특수작전부대를 데려가자. 현재 연료전지, 리튬이온 배터리, 태양광 패널이 통합된 솔루션을 제공함으로써 특수부대 표준장비의 배터리 무게를 80일 동안 약 9% 정도 줄일 수 있다. 그들의 어깨를 무겁게 만들어라.” 어려운 상황에서, 아껴둔 물량에 대한 대가로 물과 탄약을 추가로 가져가면 병사들의 생명을 구할 수 있습니다.
Phil Robinson은 태양광 패널, 배터리 및 연료 전지를 안정적이고 효율적인 하이브리드 시스템의 자연스러운 파트너로 식별했습니다. “배터리를 추가하면 태양광은 종종 XNUMX시간 작동이 가능합니다. 그러나 짧은 겨울날, 흐린 날씨, 즉 조명이 부족한 상황에서 무정전 전원 공급을 보장하기 위해 패널과 배터리 세트가 지나치게 커지게 됩니다. 태양이 없을 때만 필요한 연료전지를 추가하면 태양광 패널과 배터리를 극한 조건이 아닌 평균 수준에 맞게 조정할 수 있습니다.” 소비된 연료의 양이 정부가 킬로와트시 기준으로 달러 단위로 지불하고자 하는 금액을 초과하는 경우 투자 수익 문제도 있습니다.
많은 신기술과 마찬가지로 공통성, 상호 운용성 및 표준화 문제가 운영자의 마음속에 점점 더 커지고 있습니다. “모두가 범용 인터페이스를 원하지만 이러한 시스템에는 표준이 없으므로 규모의 경제를 얻을 수 없습니다. 이러한 관점에서 볼 때 이 모든 것은 매우 개별적이며 모두 고객의 조건에 따라 다릅니다.”
태양 전지판을 사용하면 해병대가 이동 중에 배터리를 충전할 수 있으며, "생체 공학" 무릎 저장 전력 시스템은 신체 움직임을 전류로 변환합니다.
진화
Jeff Helm은 태양광 발전 시스템이 햇빛을 전류로 변환하는 효율성 면에서 큰 발전을 이루었다고 지적했습니다. 배터리, 특히 리튬 이온 배터리의 경우 비용이 절감되고 수명이 길어지면서 더욱 정교해지고 더 많은 시장 참여자가 채택하는 기술에 대한 투자 수익이 크게 높아졌습니다.
Helm에 따르면 높은 비용량을 갖춘 리튬 배터리는 자율 에너지 저장 시스템을 만드는 데 없어서는 안 될 요소이며 점점 더 태양 전지 기반 충전 시스템과 결합되고 있으며 경우에 따라 소형 풍력 발전기와 결합되고 있으며 소형 디젤 발전기가 역할을 수행하고 있습니다. 지원. 동시에 연료전지 기술과의 경쟁도 치열하다. “많은 제조업체가 리튬이온 유형과 인산철리튬 솔루션에 중점을 두고 있습니다. 일부 제조업체는 리튬 티타네이트 산화물 배터리 생산을 마스터했습니다. 그리고 또 다른 유망한 방향은 니켈-망간-코발트 시스템입니다. 즉, 리튬 이온 배터리 기술이 충분히 성숙되었다는 결론이 나옵니다. 모든 제조업체는 특정 작업에 완벽하게 적합합니다. 리튬-황과 같이 충전 비용은 크지만 출력 전압이 낮고 수명(50~60사이클)이 매우 짧은 배터리가 있지만 일부 작업에서는 이것이 합리적일 수 있습니다. 리튬-공기 또는 리튬 산소 시스템은 기록적인 높은 에너지 밀도와 용량으로 인해 중요한 연구 분야 중 하나입니다. 이러한 유형의 배터리는 향후 XNUMX~XNUMX년 내에 출시될 예정입니다.”
Saft는 최신 6T 배터리에 인산철리튬을 선택했습니다. 표준 US 및 NATO 폼 팩터를 가지고 있습니다. 이러한 차량 배터리는 군사 자율 전력 시스템을 만드는 데 점점 더 많이 사용되고 있습니다. Helm은 이와 관련하여 “이것은 최적의 가격에 상당히 다재다능한 배터리입니다. 우리는 비용을 낮추기 위해 많은 시간을 보냈습니다."
차량 배터리와 자율 전력 시스템의 공통성은 현장에 있는 군대의 삶을 더 쉽게 만듭니다. Helm은 “언제든지 자동차에서 배터리를 꺼내 자립형 전력망을 만들거나 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.”라고 설명했습니다. 비용 및 에너지 밀도 측면에서 Saft는 새로운 6T 배터리에 입증된 상업용 리튬 이온 인산염 제제를 사용하여 단순한 기술적 도약 이상의 성과를 거두었습니다. 그러나 다양한 작업에 사용할 수 있는 표준 배터리를 만드는 것은 정말 중요한 문제입니다. “더 많은 킬로와트시가 필요하다면 여러 개의 배터리를 병렬로 연결할 수 있습니다. 차량의 온보드 전원 공급 장치로도 충전할 수 있으며 특별한 충전기가 필요하지 않습니다.”
이식성
미래를 내다보는 Helm은 향후 XNUMX년 동안 운영자가 군사 요구 사항에 맞춰진 상용 하이브리드 전력 시스템을 상당히 많이 필요로 할 것이라고 믿습니다. 연료를 절약하고 물류량을 줄이고 위험을 줄이기 위해서입니다. "나는 군대가 이미 개발된 상용 에너지 저장 시스템을 구매할 것이라고 믿습니다."
SFC의 신제품 중 하나는 설계 출력이 1200W인 Jenny 50 메탄올 연료전지입니다. 순수 메탄올 카트리지의 세 가지 표준 크기는 기존 메탄올/물 시스템에 비해 상당한 무게 절감 효과를 제공합니다. Jenny 1200을 사용하여 배터리를 충전하면 휴대해야 하는 예비 배터리 수가 줄어들어 군인의 부담이 줄어듭니다. 이 회사는 또한 EFOY Pro 500과 같은 12000와트 연료 전지를 만들고 있으며 최근에는 감시 시스템에 전력을 공급하는 것을 포함하여 장비 및 분리형 애플리케이션을 위한 동일한 전력의 시스템을 도입했습니다. "우리는 내년에 이 제품의 군용 버전을 출시할 예정입니다."라고 Podesser는 말했습니다.
Jenny 1200 50W 연료전지 발전기는 휴대하는 예비 배터리의 수를 줄여줍니다. 로딩은 자동이며 조용합니다. 발전기에는 유지 관리가 필요하지 않으며 열 마스킹 해제 표시가 없습니다.
SFC는 또한 지진 센서 및/또는 카메라와 같은 무인 지상 기반 시스템에 장기간 전력을 공급하기 위해 땅에 묻어 최대 XNUMX년 동안 방치할 수 있는 연료 전지를 개발했습니다. 전망에 대해 필 로빈슨(Phil Robinson)은 현재 미군이 평가하고 있는 스마트 에너지 관리 및 에너지 저장 시스템의 성장을 언급했습니다. "국방부가 테스트에서 본격적인 개발로 이동함에 따라 이러한 기술 시장은 계속 확대될 것입니다."
사용 된 재료 :
www.shephardmedia.com
www.marines.mil
protonex.com
www.sfc.com
saftbatteries.com
www.armytimes.com
ru.pinterest.com
www.wikipedia.org
en.wikipedia.org
정보