「穆點諮詢」軍事新能源技術應用與發展淺析(上)

這些年,世界發生過許多戰爭,美國通過頁岩革命掌握了資源,成為世界資源大國並影響和改變世界原油、天然氣以及煤炭等資源市場的流通等,美國通過海灣戰爭、伊拉克戰爭、利比亞戰爭、埃及顏色革命、敘利亞戰爭,其中敘利亞戰爭美國網絡部隊與胡安·瓜伊多聯手,共同襲擊了委內瑞拉電力系統,導致全國大範圍停電。這些戰爭歸根結底就是爭奪資源,才掀開了一場又一場的能源戰。

打擊伊朗的石油出口,為美國石油搶佔更多國際能源市場

打擊伊朗為以色列猶太人服務,使中東沒有國家能夠與以色列相抗衡

能源安全問題不僅是供應安全問題,還包括能源供應、需求、價格、運輸、使用等問題在內的綜合性風險與威脅。其中,能源安全遵循以下四項原則:


「穆點諮詢」軍事新能源技術應用與發展淺析(上)


下面,我們看看美國近幾年對能源技術發展和能源戰略相關項目都有哪些呢?


「穆點諮詢」軍事新能源技術應用與發展淺析(上)


「穆點諮詢」軍事新能源技術應用與發展淺析(上)


美國國防部彈性能源系統


美國國防部早在2012年就開始挖掘微電網的潛在生存能力,尤其是微電網和太陽能光伏發電相結合。預計到2026年國防部每年支出可達到14億美元,用來部署軍用微電網及維持其運營的費用。

微電網的資金可謂是有多個來源。其中,Fortistar是一家管理熱電聯產、垃圾填埋場和生物質發電廠的公司,經營該營區附近的兩個垃圾填埋氣體發電廠、基地與該公司簽訂了為期15年的電力購買協議、而Miramar公司則獲得了國防部的撥款,用於建造垃圾填埋氣體設施的配電線路。還有加州能源委員會的資助,也為該基地的新存儲項目提供資金。

從過去到現在,部隊補給需求是軍委後勤保障一直在研究的重要方向,如何可以增加作戰範圍和機動能力的同時還能降低燃料消耗呢?接下來我們看看美國是如何應對這類難題。

一、美國戰場能源對象

首先我們先回顧,伊拉克和阿富汗作戰期間燃料消耗較多的地面裝備,所使用的輪式越野車、營地發電機,其燃料消耗量佔地面部隊燃料消耗總量的50%。發展能源策略,應集中研究以下五種地面裝備:

(一)輪式越野車,油電混合動力發動機的應用,以及減少車輛燃料需求對車輛的影響;

(二)營地發電機 , 更換成燃料新型發電機的優勢,如何融合微電網技術和太陽能技術,減少發電機燃料需求;

(三)空調系統,將低效老舊空調系統替換成新的改進型空調系統帶來的效果;

(四)野戰帳篷,使用隔熱性能較差的材料製造的帳篷,對發電機和燃料需求帶來的影響;

(五)帳篷照明系統,用LED替換現有燈泡,進一步提高發電機燃油效率。

二、很多方法可減少燃料消耗,沒有具體的技術可以獨立解決這個問題

(一)JP-8混合燃料和生物燃料以驗證效率的提升。混合燃料和生物燃料的目標是效率提高到20%以上;

(二)油電混合動力和太陽能技術,混合動力技術減少輪式越野車的燃料消耗,太陽能可減少發電機的燃料消耗。

三、美軍在伊拉克和阿富汗作戰期間,地面作戰裝備消耗了50%以上的燃料

(一)輪式越野車,美國陸軍的重型擴展式機動戰術卡車和海軍陸戰隊的中型戰術車輛

目前中型戰術車輛的技術燃油效率3.8英里/加侖,油箱容量78加侖,續駛里程300英里。在伊拉克和阿富汗使用各種型號的標準中型戰術車輛裝配有裝甲,使原重30000磅的車輛更加沉重。標準重型擴展式機動戰術卡車的燃油效率是2.6英里/加侖,油箱容量155加侖,續駛里程300-400英里,重量41000磅。

美國戰隊面臨的主要問題是燃油效率低,油耗高,顯示燃料效率增加20%-25%,具體數值取決於地形、環境和有效載荷。改型中型戰術車輛燃料效率增加20%,相當於燃料效率從3.8英里/加侖增加到4.6英里/加侖,節省燃料13加侖/油箱。A3型重型擴展式機動戰術卡車燃料效率增加20%,相當於燃料效率從2.6英里/加侖增加到3.15英里/加侖,節省燃料27加侖/油箱。

(二)發電機和使用太陽能有助於顯著降低發電機燃料消耗

2012年在阿富汗,美國陸軍戰場編配功率為3-60千瓦各型改進的中型機動電力系統發電機1600臺,由於功率輸出不同,每天的燃料節省量在2.88加侖到6.24加侖之間。將1600臺改進的中型機動電力系統發電機均分為單組320臺,每組包括3千瓦、5千瓦、15千瓦、30千瓦和60千瓦等型號,節省燃料總數可達9705加侖。這等同於,戰術靜音發電機的燃料效率為1.51加侖/小時,改進的中型機動電力系統發電機燃料效率為1.23加侖/小時。電力需求要與容量合適的發電機相匹配,微電網可以節省大量的燃料。用5臺60千瓦戰術靜音發電機,每臺的油箱容量43加侖,燃油效率5.37加侖/小時,運行時間8小時,每臺燃料消耗量129加侖/天,5臺60千瓦的發電機消耗燃料量是645加侖/天。

目前在展開部署的戰鬥環境下,太陽能可提供3-28千瓦的電力,當戰鬥前和前方作戰基地,每天使用3-5千瓦的太陽能可節省燃料20加侖。太陽能還可併入微電網滿足用戶電力需求。將3千瓦和30千瓦的發電機分別與功率相同的太陽能板比較時,計算出的燃料節省量證明了太陽能技術的優勢。1臺3千瓦的發電機油箱容量4加侖,每小時消耗燃料0.33加侖,可持續運行12小時,使用太陽能發電,相當於每天節省燃料8加侖。在營地、前方作戰基地和戰鬥哨所太陽能技術替代發電機的數量將決定燃料消耗的減少量,太陽能每替代一臺發電機都節省100%的燃料。改進的中型機動電力系統發電機可靠運行時間750小時,期間不需要維護,而戰術靜音發電機則需要定期維護,其可靠運行時間500-600小時。

(三)空調系統

在阿富汗戰場上使用新型空調系統,新型改進型空調系統,能夠減少能源20-25%,通過內部計算機控制恆溫調節器,讀取室溫並控制空調系統電源開關,降低發電機的燃料消耗。改進型空調系統還可對2個12人的野戰帳篷提供溫度調節控制功能,而現役空調系統只能對1個12人的野戰帳篷提供溫度調節控制功能。此外,由於1臺改進型空調系統可以替代2臺舊型空調系統,24小時可節省燃料為69×2-55=83加侖。

四、裝備系統存在許多能力不足,提高能源效率技術延長作戰時間

在上面的敘述中表明,提高輪式越野車、發電機、空調系統、野戰帳篷和帳篷照明的效率,均有助於大量減少燃料消耗。通過實施能源優化策略,軍隊指揮員將很快認識到優勢和效益,與當前系統相比,每個系統都有提高燃料效率的巨大潛力。美國陸軍和美國海軍陸戰隊使用新型帳篷,可以減少駐地20-25%的燃料消耗,這些節省對減少燃料護送次數的影響重大。

如果將所列系統每天大約節省的145525加侖燃料作為基準數,將時間拓展至30天,節省的燃料總數則達到4365750加侖,這個數量相當於874輛5000加侖的油罐車不需要參與油料運輸,也將減少18次運輸護送。而一次運輸護送就需要動用35輛5000加侖的油罐車和15輛保障車,車輛總數達到50輛,保障人員數量達到140人。

目前的裝備系統存在許多能力不足,提高能源效率技術,有助於擴大作戰範圍,延長作戰持續時間。隨著燃料效率更高的混合動力發動機技術的不斷髮展,下一步軍方應開展履帶車輛應用該技術的研究,這對於減少地面車輛整體的燃料消耗很重要。前線履帶車輛處於機動進攻行動的最前沿,履帶車輛戰時燃料消耗佔地面燃料消耗總量的近50%,,這對敵方部隊會產生致命影響。提高履帶車輛燃料效率還能改變戰時燃料後勤,進而提高戰場部隊機動性和靈活性。另一個重點研究領域將是生物燃料和代用燃料,因為這些燃料對美國國防部整體化石燃料的削減會產生很大的影響,隨著精煉技術在生物燃料和替代燃料中的成本效益日益提高,進一步研究生物燃料和替代燃料如何影響地面後勤將成為一個重要的研究領域。


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