Nyare batterier (upptill) och bättre hantering av system som mobila generatorer (nedtill) bidrar till effektiv energianvändning
Eftersom fossila bränslen är knappa och kostsamma, letar militären efter alternativ till nuvarande metoder för att leverera kraft till sina baser och utrustning. Låt oss se hur industrin driver innovation på detta område
"Sedan 2001 har mer än 3000 amerikanska soldater och entreprenörer i Irak och Afghanistan mist livet eller blivit skadade i attacker mot bränsle- och vattenförsörjningskonvojer", säger försvarsdepartementets statistik.
En minskning av bränsleförbrukningen med 10% under fem år skulle dock ha räddat 35 soldaters liv och hälsa från transportkonvojerna under samma period; dessa uppgifter är hämtade från en studie av revisionsföretaget Deloitte, publicerad 2009. För tillfället har inga uppgifter lämnats för perioden 2009-2014 om förluster i samband med vatten- och bränsletillförselkolumner.
Tidigare uppskattades det att det var en sårad eller dödad i var och en av de 24 bränslekonvojerna. Till exempel år 2007, i Irak och Afghanistan ensam, genomförde den amerikanska armén 6 030 bränslekonvojer. Detta ledde till en ny proposition som presenterades för senaten i år, Department of Defense's Energy Security Act 2014, som syftar till att hjälpa militära operationer att bli mer energieffektiva och förlita sig mindre på fossila bränslen.
Målet är inte bara att spara pengar på Pentagons budget, utan också att minska behovet av bränslekonvojer och i slutändan minska riskerna för militär personal.
Det amerikanska försvarsdepartementet är för närvarande den enskilt största bränsleförbrukaren och kräver cirka 90 miljoner fat olja till en kostnad av nästan 15 miljarder dollar per år. 75% av detta belopp går för att tillgodose behoven hos de aktiva krafterna och 2025 är det planerat att öka det med 11%.
Samarbete
Inte bara USA har ägnat allvarlig uppmärksamhet inte bara åt bränsleeffektivitet, utan också till den så kallade "smarta energin". Under 2012 inrättade Nato en arbetsgrupp för att identifiera de mest lovande energibesparande lösningarna och initiera multinationella projekt för att samordna dem. Nato övervägde också möjligheten att integrera begreppet smart energi i de dokument som definierar strategin och standarderna för alliansen.
Efter ett möte i maj 2012 inrättades SENT (Smart Energy Team) och finansieras av Natos program för forskning för fred och säkerhet. Gruppen leds av det litauiska Natos energisäkerhetscenter och den svenska försvarsmaktens gemensamma miljöavdelning. Teamet består av experter från åtta länder, inklusive sex allierade (Kanada, Tyskland, Litauen, Nederländerna, Storbritannien och USA) och två partner (Australien och Sverige).
"Vi vill att soldater och befälhavare ska förstå att energibesparingar har en direkt inverkan på soldaters säkerhet och liv", säger Susan Michaelis, en smart energichef vid Natos högkvarter. "Det frigör resurser för Natos kärnuppdrag, som för närvarande är inriktat på att skydda bränslekonvojer."
Hon tillade att SENT överväger Natos standardiseringsavtal om”smart energi, som bör inkludera installation av smarta mätare i befintliga militära läger; allmän utformning av framtida läger; utbildning och deltagande av experter; allmän utbildning som ingår i allmän militär utbildning; och ett belöningssystem för befäl som har lyckats minska bränsleförbrukningen."
Full overhead
USA och Nato-militären har utfört så kallade fullt belastade bränslekostnader (FBCF), som tar hänsyn till alla operativa faktorer i energiförsörjningskedjan, inklusive transport, infrastruktur, personal, underhåll, säkerhet och energilagring.
Därför kan en gallon (3,785 liter) bränsle som kostar upp till $ 3,50 per gallon (77 cent per liter) i en amerikansk brunn (77 cent per liter) nå över $ 100 per gallon ($ 22 per liter) efter att ha levererats till frontlinjen till nordöstra Afghanistan.
Enligt dessa beräkningar är alternativa energikällor och smarta energilösningar, som inte kan vara ekonomiskt konkurrenskraftiga i vardagen på grund av sina höga initiala kapitalkostnader, alltmer motiverade på slagfältet.
Earl Energy President Doug Morehead sa: "För att vara ärlig, när du börjar betala $ 15 per gallon, är mycket av den nya tekniken vettigt."
Om ett kombinerat sol- och backup -energilagringssystem är oekonomiskt för hemmet och vardagen, är det verkligen ovärderligt när det används i militären, särskilt när du tittar på det med alla komponenter i FBCF.
I juni 2013, vid NATO Capable Logistician 2013 -övningen i Slovakien, demonstrerade den nederländska armén ett tält täckt med solceller. Armén har redan installerat 480 kvadratmeter solpaneler i Mazar-i-Sharif i Afghanistan, som för närvarande genererar 200 kWh. Enligt energisexperten i den nederländska armén, överstelöjtnant Harm Renes, "har investeringen redan gett resultat".
I linje med trender
Det amerikanska försvarsdepartementet är värd för en årlig Defense Energy Technology Challenge (DETC) för att hålla sig uppdaterad med de senaste smarta energitrenderna och välja de som kan flyttas framåt för att hjälpa militären att avsevärt minska sitt beroende av fossilt bränsle. Pentagon har avsatt 9 miljarder dollar för energieffektivitetsprogram 2013-2017.
I november 2013 valdes Sierra Energy med sitt FastOx -kraftverk som vinnare av DETC -tävlingen 2013 som hölls som en del av det årliga försvarsenergimötet.
Sierra Energy: s president Mike Hart sa:”Den amerikanska militären har ett helt direktorat som hanterar avfallshantering och minskar beroendet av fossila bränslen eftersom det gör dem strategiskt sårbara. En lösning som kan generera sin egen energi har en betydande inverkan på flera aspekter, inklusive ökad säkerhet, oberoende och miljömässig hållbarhet."
”Vår teknik för avfall till bränsle identifierades som en nyckelteknologi 2009 och därför satte försvarsdepartementets testcenter för förnybar energi den på sin prioriteringslista. I vissa fall kan vi vid bearbetning av 10 ton avfall generera cirka 500 kWh el utan att störa dess försörjning."
FastOx -anläggning från Sierra Energy
Icke-läckande slagg
Denna teknik i ett nötskal. Syre och ånga injiceras och värmer avfallet till 2200 ° C (ingen förbränning); detta gör att material kan användas så länge det innehåller kol. Eventuella kvarvarande metaller, aska eller oorganiska ämnen smälts till en vätska, som dräneras till botten, vilket gör att metallerna kan återvinnas. Resten kommer ut som obelagd slagg som kan användas för stenläggning. De två genererade gaserna (70% kolmonoxid och 30% väte) går till bränsleceller, som bara släpper ut värme och vatten.
"Det här modulsystemet kan släppas i alla områden", sa Hart. Systemet förfinas för närvarande för att förpackas i sex till sju standard ISO -behållare för snabb och enkel distribution.
Bränslecellsteknik är sannolikt det föredragna alternativet för att byta dieselgeneratorer i fältet, särskilt i mindre enheter. Det tyska institutet för kemisk teknik Fraunhofer utvecklar en bärbar vätebränslecell för de tyska väpnade styrkorna som tyst kan generera 2 kW el. Systemet använder solenergi för att dela vatten till syre och väte.
Men Chris Andrews, projektledare på det australiensiska oberoende kraftproduktionsföretaget Eniquest, kommenterade det utbredda intresset för alternativa bränslesystem och den ökade användningen av förnybar energi: styrkan och förutsägbarheten av försörjningen uppväger fördelarna med att minska användningen av fossila bränslen."
Eniquest förser den afghanska armén med en mängd tysta generatorer och AC- och DC -kraftdistributionsstationer. Andrews påpekade: "Förbättringar i teknik, särskilt inom energilagring / batteriteknik som kan konkurrera med fossil bränsle specifik energi, kommer att vara viktiga för att komma bort från användning av fossila bränslen i militära applikationer."
Omedelbara mål
Även om fokus kan ligga på att fasa ut beroende av fossila bränslen på medellång till lång sikt, är det omedelbara målet att minska användningen avsevärt genom en mängd olika metoder.
Ett av tillvägagångssätten är att öka effektiviteten hos generatorer som redan finns på teatrar. Earl Energy vann nyligen ett kontrakt med försvarsdepartementet för programmet Mobile Electric Hybrid Power Systems (MEHPS), vilket kan leda till köp av cirka 50 FlexGen -enheter. Systemteknik antogs tidigare av Marine Corps, som testade en 6 kW -prototyp under drift 2010. Sedan meddelades att denna teknik kommer att minska bränsleförbrukningen på slagfältet med mer än 80%.
Under testning i Afghanistan tillät Earl Energy FlexGen -systemet generatorer att köra tre till sex timmar om dagen istället för 24/7.
"Det var en återspegling av hur ineffektiv energiproduktion på slagfältet nu matchas av all teknik vi har", säger Morehead.”Nät är skräddarsydda för högsta kraftproduktion eftersom militären aldrig ska få sakna den tillgängliga kraften för att stödja deras operationer. Och detsamma gäller tyvärr ett system som en generator. De arbetar i detta operativa utrymme dygnet runt, 365 dagar om året, oavsett om de behöver energi eller inte. Det är som en bil som du aldrig stänger av, även när du inte använder den."
FlexGen-hybridsystemet använder en automatiserad dieselgenerator med start-stop-funktioner, som kombineras med förnybara energikällor och en stor energilagringsenhet. Generatorn körs med full kapacitet, och när den är övermannad laddar den batterierna. Om batterierna är tillräckligt laddade för att klara elförbrukningen stängs generatorn av. Under testning i Afghanistan tillät systemet generatorer att köra i tre till sex timmar om dagen med en genomsnittlig bränsleeffektivitet på över 50%.
Earl Energy är för närvarande huvudentreprenör för Marine Corps och utvecklar nästa generations 10 kW bärbara kraftsystem. Företaget sålde 12 testsystem; i framtiden innebär nya kontrakt köp av upp till 50 FlexGen -system.
Energiförsörjningen förbättras
Det brittiska försvarsdepartementet har Power FOB, ett intelligent energilagrings- och hanteringssystem som möjliggör införande av förnybara källor och energibesparande teknik. Systemet låter dig spara upp till 30% av bränslet på grund av ackumulering av energi som genereras av dieselgeneratorer och solpaneler och omfördela det vid rätt tid till rätt konsumenter.
Alla dessa tekniker förlitar sig på avancerade batterilösningar för energilagring; i det här fallet kan förnybara energikällor bli verkligt driftsatta.
Morehead tillade:”Soldatens dagliga behov av kilowattimmar ökar ständigt eftersom han har fler energiförbrukare än någonsin tidigare. Den moderna soldaten behöver tio gånger mer energi än för 15 år sedan."
Det brittiska företaget Lincad tillverkar en serie intelligenta litiumjonkraftkällor (LIPS). Dess LIPS 5 -modell blev den mest framgångsrika i företagets katalog; mer än 17 500 enheter har levererats till det brittiska försvarsdepartementet och andra kunder runt om i världen. Som en företagsledare kommenterade:”Det första LIPS -batteriet släpptes 2000, vägde cirka 3,5 kg och hade en kapacitet på 12 Ah. Den nyaste LIPS 10 väger samma men har en kapacitet på 23 Ah, vilket dramatiskt minskar logistikbördan för soldaten."
Förutom att leverera hållbara uppladdningsbara batterier, tillverkar Lincad också en rad batteriladdare. En företrädare för företaget sa:”Under de senaste åren har teknik för lagring av solenergi utvecklats snabbt och därför har Solar Charger och Power Scavenger -lösningar från Lincad dykt upp. Det fanns också ett behov av mobil laddning från bilar under körning. Fordonen genererar redan ström från sina generatorer och detta implementeras i Lincad DC Vehicle Charger. Tillkomsten av dessa laddare innebär att användarna inte behöver bära mycket batterier."
Soldater bär ibland upp till 10 kg batterier som behöver laddas, och batteriernas stora kapacitet och flexibla laddningslösningar minskar behovet av att återgå till basen, vilket kan påverka genomförandet av ett stridsuppdrag positivt.