تساهم البطاريات الأحدث (أعلى) والإدارة الأفضل للأنظمة مثل المولدات المتنقلة (أسفل) في الاستخدام الفعال للطاقة
نظرًا لأن الوقود الأحفوري نادر ومكلف ، يبحث الجيش عن بدائل للطرق الحالية لتزويد قواعد ومعدات مسرح العمليات (TMD) بالطاقة. دعونا نرى كيف تقود الصناعة الابتكار في هذا المجال
وقالت إحصاءات وزارة الدفاع: "منذ عام 2001 ، لقي أكثر من 3000 جندي ومقاول أمريكي في العراق وأفغانستان حتفهم أو أصيبوا بجروح في هجمات على قوافل إمدادات الوقود والمياه".
ومع ذلك ، فإن خفض استهلاك الوقود بنسبة 10٪ على مدى خمس سنوات كان من شأنه أن ينقذ حياة وصحة 35 جنديًا من قوافل النقل خلال نفس الفترة ؛ هذه البيانات مأخوذة من دراسة أجرتها شركة التدقيق Deloitte ، نُشرت في عام 2009. في الوقت الحالي ، لم يتم تقديم أي بيانات عن الفترة 2009-2014 عن الخسائر المرتبطة بأعمدة إمدادات المياه والوقود.
في السابق ، كان يُقدر أن هناك جريحًا أو قتلًا في كل من قوافل الوقود الأربعة والعشرين. على سبيل المثال ، في عام 2007 ، في العراق وأفغانستان وحدهما ، أجرى الجيش الأمريكي 6030 قافلة وقود. أدى ذلك إلى تقديم مشروع قانون جديد إلى مجلس الشيوخ هذا العام ، قانون أمن الطاقة لوزارة الدفاع لعام 2014 ، والذي يهدف إلى مساعدة العمليات العسكرية على أن تصبح أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
الهدف ليس فقط توفير المال على ميزانية البنتاغون ، ولكن أيضًا تقليل الحاجة إلى قوافل الوقود ، وفي النهاية ، تقليل المخاطر التي يتعرض لها الأفراد العسكريون.
تعد وزارة الدفاع الأمريكية حاليًا أكبر مستهلك منفرد للوقود ، حيث تتطلب حوالي 90 مليون برميل من النفط بتكلفة تقارب 15 مليار دولار سنويًا. يذهب 75٪ من هذا المبلغ لتلبية احتياجات القوات النشطة ، وبحلول عام 2025 من المخطط زيادتها بنسبة 11٪.
تعاون
لم تولي الولايات المتحدة فقط اهتمامًا جادًا ليس فقط بكفاءة الوقود ، ولكن أيضًا لما يسمى بـ "الطاقة الذكية". في عام 2012 ، أنشأ الناتو مجموعة عمل لتحديد الحلول الواعدة لتوفير الطاقة وبدء مشاريع متعددة الجنسيات لتنسيقها. كما نظر الناتو في إمكانية دمج مفهوم الطاقة الذكية في الوثائق التي تحدد استراتيجية ومعايير الحلف.
بعد اجتماع في مايو 2012 ، تم إنشاء SENT (فريق الطاقة الذكية) وتمويله في إطار برنامج الناتو للعلوم من أجل السلام والأمن. تتم إدارة المجموعة من قبل مركز أمن الطاقة الليتواني التابع لحلف الناتو وإدارة البيئة المشتركة للقوات المسلحة السويدية. يتكون الفريق من خبراء من ثماني دول ، بما في ذلك ستة حلفاء (كندا وألمانيا وليتوانيا وهولندا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة) وشريكين (أستراليا والسويد).
قالت سوزان ميكايليس ، ضابطة الطاقة الذكية في مقر الناتو: "نريد للجنود والقادة أن يفهموا أن توفير الطاقة له تأثير مباشر على سلامة الجنود وحياتهم". "إنها تحرر الموارد لمهمة الناتو الأساسية ، والتي تركز حاليًا على حماية قوافل الوقود."
وأضافت أن SENT تدرس اتفاقيات توحيد الناتو بشأن "الطاقة الذكية ، والتي يجب أن تشمل تركيب عدادات ذكية في المعسكرات العسكرية الحالية ؛ التصميم العام للمخيمات المستقبلية ؛ تدريب ومشاركة الخبراء ؛ التدريب العام المتضمن في التدريب العسكري العام ؛ ونظام مكافأة للضباط الذين نجحوا في تقليل استهلاك الوقود ".
النفقات العامة الكاملة
أجرى الجيش الأمريكي وحلف شمال الأطلسي ما يسمى بحسابات تكلفة الوقود المثقلة بالكامل (FBCF) ، والتي تأخذ في الاعتبار جميع العوامل التشغيلية في سلسلة توريد الطاقة ، بما في ذلك النقل والبنية التحتية والموارد البشرية والصيانة والأمن وتخزين الطاقة.
لذلك ، يمكن أن يصل سعر جالون واحد (3.785 لترًا) من الوقود إلى 3.50 دولارًا للغالون (77 سنتًا للتر) في بئر أمريكي (77 سنتًا للتر) إلى أكثر من 100 دولار للغالون (22 دولارًا للتر) بعد تسليمه إلى خط المواجهة إلى شمال شرق أفغانستان.
وفقًا لهذه الحسابات ، فإن مصادر الطاقة البديلة وحلول الطاقة الذكية ، التي لا يمكن أن تكون قادرة على المنافسة مالياً في الحياة اليومية بسبب التكاليف الرأسمالية الأولية المرتفعة ، يتم تبريرها بشكل متزايد في ساحة المعركة.
قال رئيس شركة إيرل إنرجي ، دوج مورهيد ، "بصراحة ، عندما تبدأ في دفع 15 دولارًا للغالون الواحد ، فإن الكثير من التكنولوجيا الجديدة يكون منطقيًا."
في الواقع ، إذا كان نظام تخزين الطاقة الشمسية والنسخ الاحتياطي المشترك غير اقتصادي للمنزل والحياة اليومية ، فإنه لا يقدر بثمن عند نشره في الجيش ، خاصة عندما تنظر إليه مع جميع المكونات الموجودة في FBCF.
في يونيو 2013 ، في تمرين الناتو Capable Logistician 2013 في سلوفاكيا ، أظهر الجيش الهولندي خيمة مغطاة بالخلايا الشمسية. قام الجيش بالفعل بتركيب 480 مترًا مربعًا من الألواح الشمسية في مزار الشريف في أفغانستان ، والتي تولد حاليًا 200 كيلوواط ساعة. وبحسب خبير الطاقة في الجيش الهولندي ، اللفتنانت كولونيل هارم رينيس ، فإن "الاستثمار قد آتى أكله بالفعل".
تمشيا مع الاتجاهات
تستضيف وزارة الدفاع الأمريكية تحديًا سنويًا لتكنولوجيا الطاقة الدفاعية (DETC) للبقاء على اطلاع بأحدث اتجاهات الطاقة الذكية واختيار تلك التي يمكن المضي قدمًا فيها لمساعدة الجيش على تقليل اعتماده بشكل كبير على الوقود الأحفوري. خصص البنتاغون 9 مليارات دولار لبرامج كفاءة الطاقة للفترة 2013-2017.
في نوفمبر 2013 ، تم اختيار شركة Sierra Energy بمحطة الطاقة FastOx الخاصة بها لتكون الفائز في مسابقة DETC لعام 2013 التي عقدت كجزء من الاجتماع السنوي للطاقة الدفاعية.
وقال مايك هارت ، رئيس شركة سييرا إنرجي: "لدى الجيش الأمريكي مديرية كاملة تتعامل مع إدارة النفايات وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري لأنها تجعلها معرضة للخطر من الناحية الاستراتيجية. إن الحل القادر على توليد الطاقة الخاصة به له تأثير كبير على عدة جوانب ، بما في ذلك زيادة السلامة والاستقلالية والاستدامة البيئية ".
"تم تحديد تقنية تحويل النفايات إلى وقود لدينا باعتبارها تقنية رئيسية في عام 2009 ، وبالتالي وضعها مركز اختبار الطاقة المتجددة التابع لوزارة الدفاع على قائمة أولوياته. في بعض الحالات ، عند معالجة 10 أطنان من النفايات ، يمكننا توليد حوالي 500 كيلووات ساعة من الكهرباء دون انقطاع إمداداتها ".
مصنع FastOx من Sierra Energy
الخبث غير النض
هذه التكنولوجيا باختصار. يتم حقن الأكسجين والبخار ، وتسخين النفايات إلى 2200 درجة مئوية (بدون احتراق) ؛ هذا يسمح باستخدام أي مادة طالما أنها تحتوي على الكربون. يتم صهر أي معادن متبقية أو رماد أو مواد غير عضوية في سائل ، ثم يتم تصريفه إلى القاع ، مما يسمح باستعادة المعادن.ويخرج الباقي على شكل خبث غير مبيض يمكن استخدامه في الرصف. يذهب الغازان المولدان (70٪ أول أكسيد الكربون و 30٪ هيدروجين) إلى خلايا الوقود ، التي تطلق الحرارة والماء فقط.
قال هارت: "يمكن إسقاط هذا النظام المعياري في أي منطقة". يتم حاليًا تحسين النظام ليتم تعبئته في ست إلى سبع حاويات ISO قياسية للنشر السريع والسهل.
من المحتمل أن تكون تقنية خلايا الوقود هي الخيار المفضل لاستبدال مولدات الديزل في الميدان ، خاصة في الوحدات الأصغر. يقوم المعهد الألماني للتكنولوجيا الكيميائية Fraunhofer بتطوير خلية وقود هيدروجين محمولة للقوات المسلحة الألمانية قادرة بصمت على توليد 2 كيلو وات من الكهرباء. يستخدم النظام الطاقة الشمسية لتقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين.
ومع ذلك ، علق كريس أندروز ، مدير المشروع في شركة توليد الطاقة الأسترالية المستقلة Eniquest ، على الاهتمام الواسع بأنظمة الوقود البديلة وزيادة استخدام الطاقة المتجددة: إن قوة الإمداد وإمكانية التنبؤ به تفوق فوائد تقليل استخدام الوقود الأحفوري."
تقوم Eniquest بتزويد الجيش الأفغاني بمجموعة متنوعة من المولدات الصامتة ومحطات توزيع الطاقة AC و DC. لاحظ أندروز أن "التحسينات في التكنولوجيا ، وخاصة في تخزين الطاقة / تكنولوجيا البطاريات التي يمكنها منافسة الطاقة النوعية للوقود الأحفوري ، ستكون مهمة في الابتعاد عن استخدام الوقود الأحفوري في التطبيقات العسكرية."
أهداف فورية
بينما قد يكون التركيز على التخلص التدريجي من الاعتماد على الوقود الأحفوري على المدى المتوسط إلى الطويل ، فإن الهدف المباشر هو تقليل استخدامه بشكل كبير من خلال مجموعة متنوعة من الأساليب.
أحد الأساليب هو زيادة كفاءة المولدات الموجودة بالفعل في المسارح. فازت شركة Earl Energy مؤخرًا بعقد مع وزارة الدفاع لبرنامجها لأنظمة الطاقة الكهربائية الهجينة المتنقلة (MEHPS) ، والذي قد يؤدي إلى شراء حوالي 50 وحدة من وحدات FlexGen. تم اعتماد تقنية النظام سابقًا من قبل سلاح مشاة البحرية ، الذي اختبر نموذجًا أوليًا بقدرة 6 كيلووات قيد التشغيل في عام 2010. ثم أُعلن أن هذه التقنية ستقلل من استهلاك الوقود في ساحة المعركة بأكثر من 80٪.
أثناء الاختبار في أفغانستان ، سمح نظام Earl Energy FlexGen للمولدات بالعمل من ثلاث إلى ست ساعات في اليوم بدلاً من 24/7.
قال مورهيد: "لقد كان انعكاسًا لكيفية إنتاج الطاقة غير الكفؤ في ساحة المعركة والذي يقابله الآن كل التقنيات المتوفرة لدينا". تم تصميم الشبكات لتوليد الطاقة القصوى حيث لا ينبغي أبدًا السماح للجيش بالافتقار إلى الطاقة المتاحة لدعم عملياتهم. والشيء نفسه ، للأسف ، ينطبق على نظام مثل المولد. إنهم يعملون في هذا الفضاء التشغيلي على مدار الساعة ، 365 يومًا في السنة ، بغض النظر عما إذا كانوا بحاجة إلى طاقة أم لا. إنها مثل سيارة لا تغلقها أبدًا ، حتى عندما لا تستخدمها ".
يستخدم نظام FlexGen الهجين مولدًا آليًا يعمل بالديزل مع إمكانات بدء التشغيل ، والتي يتم دمجها مع مصادر الطاقة المتجددة وجهاز تخزين طاقة كبير. يعمل المولد بكامل طاقته ، وعندما يتم التغلب عليه ، يقوم بشحن البطاريات. إذا كانت البطاريات مشحونة بشكل كافٍ للتعامل مع استهلاك الكهرباء ، فسيتم إيقاف تشغيل المولد.أثناء الاختبار في أفغانستان ، سمح النظام للمولدات بالعمل لمدة ثلاث إلى ست ساعات يوميًا بمتوسط كفاءة في استهلاك الوقود تزيد عن 50٪.
إيرل إنيرجي هي حاليًا المقاول الرئيسي لسلاح مشاة البحرية وتقوم بتطوير الجيل التالي من نظام الطاقة المحمولة 10 كيلو واط. باعت الشركة 12 نظام اختبار ؛ في المستقبل ، تنص العقود الجديدة على شراء ما يصل إلى 50 نظامًا من أنظمة FlexGen.
إمدادات الطاقة آخذة في التحسن
تمتلك وزارة الدفاع البريطانية Power FOB ، وهو نظام ذكي لتخزين الطاقة وإدارتها يمكّن من إدخال مصادر متجددة وتقنيات موفرة للطاقة. يتيح لك النظام توفير ما يصل إلى 30٪ من الوقود بسبب تراكم الطاقة الناتجة عن مولدات الديزل والألواح الشمسية ، وإعادة توزيعها في الوقت المناسب على المستهلكين المناسبين.
تعتمد كل هذه التقنيات على حلول بطاريات متقدمة لتخزين الطاقة ؛ في هذه الحالة ، يمكن أن تصبح مصادر الطاقة المتجددة قابلة للنشر حقًا.
وأضاف مورهيد: "إن متطلبات الكيلووات في الساعة اليومية للجندي تتزايد باستمرار حيث إنه ينقل المزيد من مستهلكي الطاقة أكثر من أي وقت مضى. يحتاج الجندي الحديث إلى طاقة تزيد عشر مرات عما كان عليه قبل 15 عاما ".
تقوم شركة لينكاد البريطانية بتصنيع مجموعة من بطاريات الليثيوم أيون الذكية (LIPS). أصبح طراز LIPS 5 الأكثر نجاحًا في كتالوج الشركة ؛ تم توريد أكثر من 17500 وحدة إلى وزارة الدفاع البريطانية وعملاء آخرين حول العالم. كما علق أحد المديرين التنفيذيين في الشركة: "تم إصدار أول بطارية LIPS في عام 2000 ، وكان وزنها حوالي 3.5 كجم وكانت بسعة 12 آه. يزن أحدث LIPS 10 نفس الشيء ولكن لديه قدرة 23 آه ، مما يقلل بشكل كبير من العبء اللوجستي على الجندي ".
بالإضافة إلى توفير بطاريات قابلة لإعادة الشحن ، تقوم شركة لينكاد أيضًا بتصنيع مجموعة من أجهزة شحن البطاريات. قال متحدث باسم الشركة ، "في السنوات الأخيرة ، تطورت تكنولوجيا تخزين الطاقة الشمسية بسرعة ، ومن ثم ظهرت حلول الشاحن الشمسي و Power Scavenger من لينكاد. كانت هناك أيضًا حاجة إلى الشحن المحمول من السيارات أثناء القيادة. تقوم المركبات بالفعل بتوليد الطاقة من مولداتها ويتم تنفيذ ذلك في شاحن سيارة Lincad DC. إن ظهور أجهزة الشحن هذه يعني أن المستخدمين لا يحتاجون إلى حمل الكثير من البطاريات ".
يحمل الجنود أحيانًا ما يصل إلى 10 كجم من البطاريات التي تحتاج إلى إعادة الشحن ، وتقلل السعة الكبيرة للبطاريات وحلول الشحن المرنة من الحاجة إلى العودة إلى القاعدة ، مما قد يؤثر إيجابًا على إنجاز مهمة قتالية.
