Pin mới hơn (trên cùng) và quản lý tốt hơn các hệ thống như máy phát điện di động (dưới) góp phần sử dụng năng lượng hiệu quả
Vì nhiên liệu hóa thạch khan hiếm và đắt đỏ, quân đội đang tìm kiếm các giải pháp thay thế cho các phương pháp cung cấp năng lượng hiện tại cho các cơ sở và thiết bị hoạt động (TMD) của mình. Hãy xem ngành đang thúc đẩy sự đổi mới trong lĩnh vực này như thế nào
"Kể từ năm 2001, hơn 3.000 binh sĩ và nhà thầu Mỹ ở Iraq và Afghanistan đã mất mạng hoặc bị thương trong các cuộc tấn công vào các đoàn xe cung cấp nhiên liệu và nước", thống kê của Bộ Quốc phòng cho biết.
Tuy nhiên, việc giảm 10% mức tiêu thụ nhiên liệu trong vòng 5 năm sẽ cứu được tính mạng và sức khỏe của 35 binh sĩ từ các đoàn vận tải so với cùng kỳ; dữ liệu này được lấy từ một nghiên cứu của công ty kiểm toán Deloitte, được công bố vào năm 2009. Hiện tại, chưa có số liệu nào được cung cấp cho giai đoạn 2009-2014 về tổn thất liên quan đến cột cấp nước và nhiên liệu.
Trước đó, ước tính có một người bị thương hoặc thiệt mạng trong mỗi 24 đoàn xe chở nhiên liệu. Ví dụ, trong năm 2007, chỉ riêng tại Iraq và Afghanistan, quân đội Mỹ đã tiến hành vận chuyển 6.030 chuyến xe chở nhiên liệu. Điều này dẫn đến một dự luật mới được trình lên Thượng viện trong năm nay, Đạo luật An ninh Năng lượng của Bộ Quốc phòng 2014, nhằm giúp các hoạt động quân sự trở nên hiệu quả hơn và ít dựa vào nhiên liệu hóa thạch hơn.
Mục tiêu không chỉ là tiết kiệm ngân sách của Lầu Năm Góc mà còn giảm nhu cầu vận chuyển nhiên liệu và cuối cùng là giảm rủi ro cho quân nhân.
Bộ Quốc phòng Mỹ hiện là nước tiêu thụ nhiên liệu lớn nhất, cần khoảng 90 triệu thùng dầu với chi phí gần 15 tỷ USD mỗi năm. 75% trong số này được dùng để đáp ứng nhu cầu của các lực lượng đang hoạt động, và đến năm 2025, dự kiến sẽ tăng thêm 11%.
Sự hợp tác
Không chỉ Hoa Kỳ đã quan tâm nghiêm túc không chỉ đến hiệu quả sử dụng nhiên liệu mà còn cả cái gọi là “năng lượng thông minh”. Năm 2012, NATO đã thành lập một nhóm làm việc để xác định các giải pháp tiết kiệm năng lượng hứa hẹn nhất và khởi xướng các dự án đa quốc gia để điều phối chúng. NATO cũng xem xét khả năng tích hợp khái niệm năng lượng thông minh vào các tài liệu xác định chiến lược và tiêu chuẩn của liên minh.
Sau cuộc họp vào tháng 5 năm 2012, SENT (Nhóm Năng lượng Thông minh) được thành lập và được tài trợ trong khuôn khổ Chương trình Khoa học vì Hòa bình và An ninh của NATO. Nhóm này được quản lý bởi Trung tâm An ninh Năng lượng NATO Litva và Cục Môi trường chung của Lực lượng Vũ trang Thụy Điển. Nhóm nghiên cứu bao gồm các chuyên gia từ tám quốc gia, bao gồm sáu Đồng minh (Canada, Đức, Litva, Hà Lan, Vương quốc Anh và Hoa Kỳ) và hai đối tác (Úc và Thụy Điển).
Susan Michaelis, một sĩ quan năng lượng thông minh tại trụ sở NATO, cho biết: “Chúng tôi muốn các binh sĩ và chỉ huy hiểu rằng tiết kiệm năng lượng có ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và tính mạng của binh lính. "Nó giải phóng nguồn lực cho nhiệm vụ cốt lõi của NATO, vốn hiện đang tập trung vào việc bảo vệ các đoàn xe chở nhiên liệu."
Bà nói thêm rằng SENT đang xem xét các thỏa thuận tiêu chuẩn hóa của NATO về “năng lượng thông minh, bao gồm việc lắp đặt đồng hồ thông minh trong các trại quân sự hiện có; thiết kế chung của trại tương lai; đào tạo và tham gia của các chuyên gia; huấn luyện chung bao gồm trong huấn luyện quân sự chung; và một chương trình khen thưởng cho các sĩ quan đã thành công trong việc giảm tiêu thụ nhiên liệu."
Toàn bộ chi phí
Quân đội Mỹ và NATO đã thực hiện cái gọi là tính toán chi phí nhiên liệu chịu gánh nặng hoàn toàn (FBCF), trong đó có tính đến tất cả các yếu tố hoạt động trong chuỗi cung ứng năng lượng, bao gồm giao thông vận tải, cơ sở hạ tầng, nguồn nhân lực, bảo trì, an ninh và lưu trữ năng lượng.
Do đó, một gallon (3,785 lít) nhiên liệu có giá lên đến 3,50 đô la mỗi gallon (77 xu mỗi lít) trong một giếng ở Mỹ (77 xu mỗi lít) có thể lên tới hơn 100 đô la cho mỗi gallon (22 đô la mỗi lít) sau khi được giao đến tiền tuyến phía đông bắc Afghanistan.
Theo những tính toán này, các nguồn năng lượng thay thế và các giải pháp năng lượng thông minh, không thể cạnh tranh về mặt tài chính trong cuộc sống hàng ngày do chi phí vốn ban đầu cao, ngày càng có giá trị trên chiến trường.
Chủ tịch Doug Morehead của Earl Energy cho biết, "Thành thật mà nói, khi bạn bắt đầu trả 15 đô la cho mỗi gallon, rất nhiều công nghệ mới có ý nghĩa."
Thật vậy, nếu một hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời và năng lượng dự phòng kết hợp là không kinh tế cho gia đình và cuộc sống hàng ngày, thì nó là vô giá khi được triển khai trong quân đội, đặc biệt là khi bạn xem xét nó với tất cả các thành phần trong FBCF.
Vào tháng 6 năm 2013, tại cuộc tập trận NATO Capable Logistician 2013 ở Slovakia, quân đội Hà Lan đã trình diễn một chiếc lều phủ pin mặt trời. Quân đội đã lắp đặt 480 mét vuông tấm pin mặt trời ở Mazar-i-Sharif ở Afghanistan, hiện đang tạo ra 200 kWh. Theo chuyên gia năng lượng trong quân đội Hà Lan, Trung tá Harm Renes, “khoản đầu tư đã được đền đáp”.
Phù hợp với xu hướng
Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ tổ chức Thách thức Công nghệ Năng lượng Quốc phòng (DETC) hàng năm để cập nhật các xu hướng năng lượng thông minh mới nhất và chọn ra những xu hướng có thể phát triển để giúp quân đội giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Lầu Năm Góc đã phân bổ 9 tỷ USD cho các chương trình tiết kiệm năng lượng trong giai đoạn 2013-2017.
Vào tháng 11 năm 2013, Sierra Energy với nhà máy điện FastOx của mình đã được chọn là người chiến thắng trong cuộc thi DETC 2013 được tổ chức như một phần của cuộc họp năng lượng quốc phòng hàng năm.
Chủ tịch Sierra Energy Mike Hart cho biết: “Quân đội Hoa Kỳ có toàn bộ ban giám đốc giải quyết vấn đề quản lý chất thải và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch vì nó khiến chúng dễ bị tổn thương về mặt chiến lược. Một giải pháp có khả năng tạo ra năng lượng của chính nó có tác động đáng kể đến một số khía cạnh, bao gồm tăng cường độ an toàn, tính độc lập và tính bền vững của môi trường."
“Công nghệ biến chất thải thành nhiên liệu của chúng tôi được xác định là công nghệ then chốt vào năm 2009 và do đó Trung tâm Thử nghiệm Năng lượng Tái tạo của Bộ Quốc phòng đã đưa nó vào danh sách ưu tiên của mình. Trong một số trường hợp, khi xử lý 10 tấn chất thải, chúng tôi có thể tạo ra khoảng 500 kWh điện mà không làm gián đoạn nguồn cung cấp của nó."
Nhà máy FastOx của Sierra Energy
Xỉ không rửa trôi
Tóm lại, công nghệ này. Oxy và hơi nước được bơm vào, làm nóng chất thải đến 2200 ° C (không đốt cháy); điều này cho phép bất kỳ vật liệu nào được sử dụng miễn là nó có chứa carbon. Bất kỳ kim loại dư, tro hoặc các chất vô cơ được nấu chảy thành chất lỏng, được thoát xuống đáy, cho phép các kim loại được thu hồi. Phần còn lại thải ra dưới dạng xỉ không tẩy trắng có thể được sử dụng để lát nền. Hai loại khí được tạo ra (70% carbon monoxide và 30% hydro) đi đến pin nhiên liệu, chúng chỉ giải phóng nhiệt và nước.
Hart nói: “Hệ thống mô-đun này có thể được thả ở bất kỳ khu vực nào. Hệ thống hiện đang được tinh chỉnh để được đóng gói trong sáu đến bảy thùng chứa ISO tiêu chuẩn để triển khai nhanh chóng và dễ dàng.
Công nghệ pin nhiên liệu có thể sẽ là lựa chọn ưu tiên để thay thế các máy phát điện chạy dầu diesel trong lĩnh vực này, đặc biệt là ở các đơn vị nhỏ hơn. Viện Công nghệ Hóa học Đức Fraunhofer đang phát triển một loại pin nhiên liệu hydro di động cho các lực lượng vũ trang Đức có khả năng âm thầm tạo ra 2 kW điện. Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời để tách nước thành oxy và hydro.
Tuy nhiên, Chris Andrews, giám đốc dự án tại công ty phát điện độc lập của Úc Eniquest, nhận xét về sự quan tâm rộng rãi đối với các hệ thống nhiên liệu thay thế và việc tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo: “Sức mạnh và khả năng dự đoán của nguồn cung lớn hơn lợi ích của việc giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch."
Eniquest cung cấp cho quân đội Afghanistan nhiều loại máy phát điện xoay chiều không ồn và các trạm phân phối điện AC và DC. Andrews nhận xét, "Những cải tiến trong công nghệ, đặc biệt là trong công nghệ pin / dự trữ năng lượng có thể sánh ngang với năng lượng cụ thể của nhiên liệu hóa thạch, sẽ rất quan trọng trong việc loại bỏ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong các ứng dụng quân sự."
Mục tiêu trước mắt
Trong khi trọng tâm có thể là loại bỏ dần sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong trung và dài hạn, mục tiêu trước mắt là giảm đáng kể việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch thông qua nhiều phương pháp.
Một trong những cách tiếp cận là tăng hiệu suất của các máy phát điện đã có trong rạp. Earl Energy gần đây đã giành được hợp đồng với Bộ Quốc phòng về chương trình Hệ thống điện hỗn hợp điện di động (MEHPS), chương trình có thể dẫn đến việc mua khoảng 50 đơn vị FlexGen. Công nghệ hệ thống trước đây đã được Thủy quân lục chiến áp dụng, đã thử nghiệm một nguyên mẫu 6 kW đang hoạt động vào năm 2010. Sau đó, có thông báo rằng công nghệ này sẽ giảm tiêu thụ nhiên liệu trên chiến trường hơn 80%.
Trong quá trình thử nghiệm ở Afghanistan, hệ thống Earl Energy FlexGen cho phép máy phát điện chạy từ ba đến sáu giờ một ngày thay vì 24/7.
Morehead cho biết: “Đó là sự phản ánh việc sản xuất năng lượng kém hiệu quả trên chiến trường đã phù hợp với tất cả các công nghệ mà chúng tôi có. “Các lưới điện được thiết kế để tạo ra năng lượng cao nhất vì quân đội không bao giờ được phép thiếu nguồn lực sẵn có để hỗ trợ các hoạt động của họ. Và điều tương tự, thật không may, cũng áp dụng cho một hệ thống chẳng hạn như máy phát điện. Họ làm việc trong không gian hoạt động suốt 365 ngày trong năm, bất kể họ có cần năng lượng hay không. Nó giống như một chiếc xe mà bạn không bao giờ tắt, ngay cả khi bạn không sử dụng nó."
Hệ thống hybrid FlexGen sử dụng một máy phát điện diesel tự động với khả năng khởi động-dừng, được kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo và một thiết bị lưu trữ năng lượng lớn. Máy phát điện chạy hết công suất, và khi quá tải, nó sẽ sạc pin. Nếu pin được sạc đủ để đáp ứng mức tiêu thụ điện, thì máy phát điện sẽ tắt. Trong quá trình thử nghiệm ở Afghanistan, hệ thống cho phép máy phát điện chạy từ 3 đến 6 giờ mỗi ngày với hiệu suất nhiên liệu trung bình trên 50%.
Earl Energy hiện là nhà thầu chính cho Thủy quân lục chiến và đang phát triển hệ thống điện di động 10 kW thế hệ tiếp theo. Công ty đã bán 12 hệ thống thử nghiệm; trong tương lai, các hợp đồng mới cung cấp việc mua tới 50 hệ thống FlexGen.
Cung cấp năng lượng đang được cải thiện
Bộ Quốc phòng Anh có Power FOB, một hệ thống quản lý và lưu trữ năng lượng thông minh cho phép giới thiệu các nguồn tái tạo và công nghệ tiết kiệm năng lượng. Hệ thống cho phép bạn tiết kiệm đến 30% nhiên liệu do tích lũy năng lượng tạo ra bởi máy phát điện diesel và tấm pin mặt trời, đồng thời phân phối lại vào đúng thời điểm cho đúng người tiêu dùng.
Tất cả các công nghệ này đều dựa trên các giải pháp pin tiên tiến để lưu trữ năng lượng; trong trường hợp này, các nguồn năng lượng tái tạo có thể trở nên thực sự có thể triển khai được.
Morehead nói thêm: “Yêu cầu về kilowatt giờ hàng ngày của người lính không ngừng tăng lên khi anh ta chở nhiều người tiêu dùng năng lượng hơn bao giờ hết. Người lính hiện đại cần năng lượng gấp 10 lần so với 15 năm trước”.
Công ty Lincad của Anh sản xuất dòng pin Nguồn điện Lithium Ion (LIPS) thông minh. Mô hình LIPS 5 của nó đã trở thành mô hình thành công nhất trong danh mục của công ty; hơn 17.500 chiếc đã được cung cấp cho Bộ Quốc phòng Anh và các khách hàng khác trên thế giới. Như một giám đốc điều hành của công ty đã nhận xét: “Pin LIPS đầu tiên được phát hành vào năm 2000, nặng khoảng 3,5 kg và có dung lượng 12 Ah. LIPS 10 mới nhất có trọng lượng tương đương nhưng có sức chứa 23 Ah, giúp giảm đáng kể gánh nặng hậu cần cho người lính."
Ngoài việc cung cấp pin sạc bền, Lincad còn sản xuất dòng máy sạc pin. Người phát ngôn của công ty cho biết: “Trong những năm gần đây, công nghệ lưu trữ năng lượng mặt trời đã phát triển nhanh chóng và do đó các giải pháp Bộ sạc năng lượng mặt trời và Bộ lọc nguồn từ Lincad đã ra đời. Cũng có nhu cầu sạc điện thoại di động từ ô tô khi đang lái xe. Các phương tiện đã được tạo ra năng lượng từ máy phát điện của chúng và điều này được thực hiện trong Bộ sạc xe Lincad DC. Sự ra đời của những bộ sạc này đồng nghĩa với việc người dùng không cần phải mang theo nhiều pin.
Các binh sĩ đôi khi mang theo tới 10 kg pin cần sạc lại, và dung lượng pin lớn và các giải pháp sạc linh hoạt giúp giảm nhu cầu quay trở lại căn cứ, điều này có thể ảnh hưởng tích cực đến việc hoàn thành nhiệm vụ chiến đấu.
