Sursa de alimentare autosuficientă utilizată împreună cu celulele de combustibil
Alimentarea fiabilă reprezintă una din marile provocări tehnice pentru serviciile moderne de intervenție,
care va continua să crească în viitor. Digitalizarea din domeniul mediului militar crește în importanță și odată
cu ea și necesitatea de dispozitive electronice precum tehnologia comunicațiilor, optronica, electronica
informațională și senzorii per ansamblu. Alimentarea cu energie a soldaților și a sistemelor de arme
portabile se bazează aproape exclusiv pe soluții care operează cu baterii cu o acoperire foarte limitată.
Deseori diferitele dispozitive necesită diferite tipuri de baterii care nu sunt interschimbabile. În funcție de
durata de utilizare, acest aspect atrage după sine un efort logistic suplimentar semnificativ, astfel că
perioadele de utilizare mai lungi, independente de vehicul devin aproape imposibile ca urmare a greutății
enorme a bateriei. Sistemele electronice și sistemele de încărcare pentru bateriile racordate la vehicule
menționate mai sus sunt alimentate din alternatorul vehiculului sau din generatoarele suplimentare. În
ambele cazuri, electricitatea este generată cu o eficiență foarte scăzută- adesea mult sub 5% – iar pe lângă
consumul ridicat de motorină, rezultă și o amprentă termică și acustică semnificativă. Prin urmare,
sistemele militare moderne necesită o sursă de alimentare alternativă cu proprietăți mult mai bune care să
le permită folosirea pe deplin a posibilităților de digitalizare.
Tehnologia: celule de combustibil cu metanol direct
O posibilitate de reîncărcare mobilă a bateriilor, la distanță de rețea constă în tehnologia directă a celulelor
de combustibil cu metanol (DMFC, din limba engleză: Direct Methanol Fuel Cell). Aceste celule de
combustibil convertesc direct energia chimică a alcoolului metanol, în energie electrică, fără etape
intermediare, cu o eficiență foarte ridicată (peste 30%). Celulele reprezintă astfel un generator de energie
foarte eficient, cu un consum foarte redus. Procesul electrochimic generează doar o cantitate foarte mică
de căldură reziduală – aproximativ 40° C – și este foarte silențios comparativ cu generatoarele; de asemenea
nu generează emisiile nocive pentru sănătate sau mediu. Alimentarea cu celulele de combustibil importate
se realizează prin cartușe de combustibil care pot fi reumplute, prevăzute cu o supapă de siguranță
certificată și omologare pentru aeronave.
Prin urmare, aceste celule de combustibil DMFC oferă avantaje decisive în aplicațiile militare. Un factor
esențial este operarea silențioasă a soluțiilor, cu aproape nici o amprentă detectabilă. În plus, celulele de
combustibil sunt foarte ușor și sigur de folosit. Este vorba de soluții simple plug-and-play. Celulele de
combustibil încarcă complet automat bateriile existente. Sistemul pornește automat și intră în modul
stand-by când bateria este încărcată. Astfel, utilizatorii nu numai că dispun oricând de rezerve complete de
energie, dar și bateriile durează mult mai mult, deoarece încărcarea continuă le protejează împotriva
descărcărilor profunde care le pot deteriora. Înlocuirea a cartușului de combustibil în timpul funcționării
este posibilă fără probleme. Designul cartușelor previne contactul direct al utilizatorul cu conținutul în orice
moment. Datorită densității mari de energie a metanolului, cartușele de combustibil conțin o cantitate mare
de energie într-un spațiu redus și la o greutate redusă. 10 litri de metanol au o capacitate de peste 11 kWh
energie netă, cu o greutate de numai 8,4 kg. Pentru a furniza aceeași cantitate de energie electrică sunt
necesare aproximativ 280 kg de baterii convenționale cu gel de plumb. Avem de-a face cu o îmbunătățire a
factorului de peste 30!
Celulele de combustibil nu sunt destinate înlocuirii bateriilor, ci completării acestora. Bateriile au avantajul
unei capacități de vârf înalte, dar dezavantajul decisiv al capacității limitate, care poate fi ușor compensat
prin combinarea cu tehnologia celulelelor de combustibil. În plus față de autosuficiența ridicată, reducerea
costurilor reprezintă un alt avantaj important. Celulele de combustibil sunt mai ieftine decât bateriile,
deoarece necesită doar metanol pentru a funcționa. Pentru a menține alimentarea cu baterii, este necesară
achiziționarea de baterii primare scumpe sau reîncărcarea bateriilor secundare, fapt care presupune un
efort pe măsură. Acest lucru atrage după sine costuri suplimentare, pe lângă cele de material, logistică și
eliminare asociate încărcătoarelor, generatoarelor, combustibilului și celelalte accesorii.
Posibilități de utilizare și aplicații pentru forțele terestre
Sistemul portabil de celule de combustibil JENNY este utilizat de forțele speciale armate germane și de
forțele armate NATO încă din anul 2010. Împreună cu cartușul de combustibil, JENNY 600S cântărește doar
2,3 kg și, prin urmare, este ușor de transportat în rucsac. Sistemul furnizează 600 Wh de
electricitate / zi. JENNY 1200 poate genera chiar 1200 Wh de electricitate / zi. Celulele de combustibil JENNY
sunt ușor de folosit și nu generează aproape nici o amprentă detectabilă. Densitatea mare de energie a
cartușelor de combustibil cu metanol reduce semnificativ numărul de baterii de rezervă care trebuie
transportate, reducând astfel greutatea echipamentului și sarcina utilă a soldaților. Între trei și patru
cartușe de metanol de 350 ml conțin suficientă putere pentru 72 de ore de utilizare. Se economisește astfel
până la 80% din greutate. Prin urmare, soldatul își poate planifica un număr minim de baterii și, datorită
greutății și volumului economisit, poate transporta alimente, apă și muniții suplimentare sau, alternativ, poate prelungi durata misiunii.
JENNY 600S & Power Manager 3G
SFC Power Manager 3G, permite încărcarea diferitelor tipuri de baterii și
alimentarea simultană a dispozitivelor militare. Celulele de combustibil SFC JENNY asigură în
mod fiabil și complet automat curent pentru misiunile de mai multe zile.
SFC Power Manager 3G permite alimentarea cu energie a mai multor consumatori în același timp, într-o
manieră foarte eficientă. SFC Power Manager reprezintă o componentă centrală a rețelei de energie SFC.
Pe lângă celula de combustibil JENNY 600S și Power Manager 3G, acest set include și o baterie hibridă
puternică, un panou solar pliabil și diverse cabluri pentru conectarea la diferite dispozitive electronice.
Sistemele electronice de interenție dispun deseori de surse de alimentare sau încărcătoare diferite. SFC
Power Manager 3G vine în întâmpinarea acestor provocări și le permite soldaților să folosească toate
sursele de energie disponibile la fața locului, cum ar fi bateriile hibride, modulele solare, sursa de current a
vehiculelor și, bineînțeles, celulele de combustibil pentru reîncărcarea bateriilor sau pentru operarea
consumatorilor. Datorită codării inteligente a cablurilor sau cu ajutorul unui bus de date, SFC Power
Manager 3G recunoaște complet automat dispozitivele conectate și reglează corespunzător tensiunea de
ieșire și curenții de încărcare. Astfel rezultă pierderi foarte mici și o distribuție foarte eficientă a energiei.
Prin urmare, transportul de încărcătoare separate nu mai este necesar și câștigați astfel spațiu suplimentar
de stocare. SFC Power Manager 3G din diferite generații sunt folosite deja cu succes de câțiva ani de Forțele
Aeriene ale SUA, Forțele Armate Federale Germane și alte forțe armate NATO.
EMILY 3000 – Senzor la distanță
Celula de combustibil EMILY 3000 poate fi folosită ca generator de energie
pe teren și alimentează aplicații cum ar fi radiouri sau sisteme radar, asigurând operațiuni
silențioase cu autonomie prelungită.
În plus, Forțele Armate Federale Germane folosesc încă de 10 ani dispozitive mai puternice pentru folosirea
integrată în vehicule- celula de combustibil EMILY 3000. Celula de combustibil poate fi utilizată pentru
preluarea sursei de alimentare la bord pentru vehiculele staționate, fără să fie necesară pornirea motorului.
Pentru aceasta, EMILY 3000 este conectat direct la bateria de la bord. Sarcinile electrice de vârf sunt
compensate direct de baterie, în timp ce celula de combustibil EMILY o monitorizează continuu și o
reîncarcă automat, la nevoie. În plus față de aplicația din ce în ce mai populară în și pe vehicule, EMILY este
folosit și pentru a furniza energie aplicațiilor de apărare mobile și staționare. Este potrivit pentru folosirea
la distanță și ca încărcător de baterii pe teren.
EMILY 3000 Imagine – Vehicul
Celula de combustibil EMILY 3000 asigură alimentarea la bord a unui
vehicul staționar, cu motorul orpit , asigurând camuflarea în timpul operațiilor silențioase de
urmărire.
Cu un cablu accesoriu nou disponibil, celula de combustibil EMILY poate fi racordată direct la Power Manager 3G. Separat de vehicul, poate alimenta aplicații precum radiouri sau sisteme radar sau poate reîncârca mai multe baterii simultan. EMILY 3000 are un consum extrem de redus de mai puțin de 100 ml pe oră și generează 3 kWh de energie electrică / zi. Greutatea este mai mică de 12 kg.
Celulele de combustibil și Sistemele Power Management de la SFC se vând acum în România prin
compania Higgins CM GmbH.
Interesant, habar n-aveam că au apărut portabile din astea ar fi interesant dacă ar scoate ceva și pentru statile individuale sa le încarci ca pe bricheta da în loc de gaz să bage metanol din butelie
pilă de combustie
Foarte faina chestie. Excelenta, si pana la urma ce inseamna sa investesti in cercetare si cum iti mareste cercetarea civila care poate fi aplicata militar capacitatatile operationale.
Intr-un fel sau altul pilele de combustie (cum a precizat in mod corect Talos mai sus) sunt viitorul nu bateriile. Se fac cercetari de peste 30 de ani pt a se obtine astfel de dispozitive pe baza de hidrogen, in special.
Germanii folosesc deja pe submarine astfel de sisteme de propulsie, francezii au dezvoltat si ei, americanii sunt foarte avansati pe zona autovehiculelor.
au metanol pe submarine? toate jongleriile astea nu schimba legile de baza ale fizicii. densitatea energetica pe kilogram e max pt hidrocarburi, thats it. ai nevoie de baterii pt radio, iti iei unele in rucsac, nu mai cari dupa tine cartuse de metanol si celule de una alta. ca doar nu o sa muti din loc un camin, tanc sau avion cu celule
Pe submarine se folosesc pile de combustie pe baza de hidrogen. S-a incercat candva cu perhidrol si n-a prea dat rezultate.
Bateriile le care cu tine, cam cate crezi ca poti sa duci? Nu-i mai logic sa ai un numar de baterii si o sursa (2,3kg) cu care sa le reincarci?
Intr-o situatie de front problema nu rezida in costul aferent aprovizionarii ci daca aprovizionare se poate face. Si atunci incerci ca intr-un spatiu si o masa finita sa-ti cresti cat mai mult autonomia.
1kg de metanol iti ofera mai multa autonomie in timp decat echivalentul unui kg de baterii.
Asa este!
De la Jules Verne incoace pila de combustibil este mare a promisune a viitorului, care ne astepata pe vine, dupa colt!
Nu e clar insa dupa care colt si mai ales al catelea (in peste 100 de ani au fost destule …)
Eu voiam una dasta pentru telefon.:)
Un motor cu pile de combustie are puține părți mobile. Eu mă gândeam la un tanc cu motor dasta și cu motor electric la fiecare roata .roata mare in fața și spate ,iar între ele roti mici.un compromis între senila și roata .
Cum spunea si @George GMT o parte a solutiei este hidrogenul (nu numai baterii).
Ceva cercetari se fac si la noi nu prea multe ca nu ne sta bine:
„‘Lupul electric’ a fost creat în anul 2012 de către cercetătorii vâlceni, iar în prezent are aspectul unei autoutilitare, cu o autonomie de 180 de kilometri.
Pentru a i se mări autonomia de parcurs, bateria este încărcată de o pilă de combustibil cu hidrogen. Bateriile sunt în carcasa maşinii, pe podea. În dubă sunt sistemele energetice electrice de conversie a energiei de la pilă pentru baterii şi rezervorul de hidrogen. În prezent greutatea ‘lupului’ este de 500 de kilograme.
”
https://www.economica.net/lupul-electric-prima-masina-electrica-romaneasca-ar-putea-fi-scoasa-pe-piata-in-2018-icsi-ramnicu-valcea_118153.html
Ar fi fost neromaneste ca cineva sa ii ajute (sa le fure brevetele poate 🙂 ).
nush de unde a aparut chestia asta cu hidrogenul mai nou. H2 are o densitate energetica mica raportat la volum, chiar si lichefiat. Densinate energetica mica inseamna volum mare, structuri voluminoase deci grele ca sa-l pastrezi, samd. Nu in ultimul rand vaporii de apa sunt si ei considerati gaz cu efect de sera. De dificultatile si posibilitatea de accidente nu mai vorbesc. Nu stiu daca observati dar in ultima vreme incepe sa fie ocolit si in industria spatiala care incet incet ia in considerare metanul lichefiat.
Vapori de apa nu sunt o problema atat timp cat obtii hidrogenul din apa, practic ai un circuit inchis.
In privinta volumului si a masei, in acest moment ai dreptate, dar sa nu uitam de evolutia motorului cu ardere interna in termeni de masa/cp.
Celule de combustibil nu pastreaza hidrogenul intr-o butelie ca sa explodeze la impact, necazul aici este dat de faptul ca atomul de hidrogen este cel mai mic atom din Univers, astfel incat evadeaza foarte usor, este greu de etansat etc.
Avantajul hidrogenului este ca se gaseste din abundenta peste tot si nu este poluant. dar va mai trece vreme pana cand vom avea o pila de combustie suficient de eficienta, infrastructura necesara etc.
@George GMT daca aruncam un ochi pe graficul asta https://en.wikipedia.org/wiki/File:Energy_density.svg
observam ca H2 in stare gazoasa dar si lichida are un nr. de MJ per litru de toata jena. E ca si cum ai cara pungi de aer dupa tine…actually mai rau, chiar si la 700bari abia esti pe la 6MJ/l adica de vreo 7 ori mai prost ca benzina/motorina. 700 bari e Satana, e practic ca si cum ai umbla cu o bomba amorsata dupa tine. Nu vad cum ai putea tine H2 la 700 bari avand in vedere cu ce usurinta difuzeaza prin orice material. Mai exista varianta H2 lichefiat care e mai greu de pastrat decat vaccinul de la Faizar doar daca nu vrei sa-l vezi pe unul c-un rucsac congelat in care fierbe continuu hidrogen lichid si ies aburi de H2 din el. Ajunge sa faca o miscare mai rapida omul si integreaza in absolut, amestecul H2 si O2 explodeaza cu usurinta chiar si la sarcini electrostatice. De ce oare SpaceX si Blue Origin (si din ce-am inteles si rusii pt viitorul lansator gigant) trec pe metan? Chiar daca asta a insemnat sa dezvolte motoare noi si sa rezolve complicata problema a depunerilor de carbon in turbopompe, injectoare, samd. Ind spatiala e pe punctul sa-si bage sutul in el de hidrogen cel putin pt treapta I unde-s cele mai mari cantitati chit ca are cel mai bun impuls specific. Oare de ce?
Deocamdata mai avem de asteptat, pilele de combustie pe hidrogen sunt folosite doar pe submarine (or fi aia sinucigasi?), dar tehnologia avanseaza.
Pila de combustie nu-i totuna cu un motor de racheta.
Pe de alta parte hidrogenul este mult – cam de trei ori – mai eficient decat gazele naturale (cele mai eficiente hidrocarburi), iar arderea hidrogenului intr-un motor cu ardere interna, in loc de benzina, genereaza de trei ori mai multa energie. De trei ori mai eficient in sensul in care, un motor cu ardere interna consuma 8,7l de benzina pentru a propulsa un autovehicul 100km, iar o pila de combustie doar 2,9l hidrogen.
Eficienta provine din faptul ca o pila nu efectueaza aproape deloc lucru mecanic (nu are piese in miscare) si generarea de energie electrica provoaca foarte putina caldura, pe cand un motor cu ardere interna se bazeaza pe expansiunea rapida a gazului rezultat in urma arderii benzinei si care genereaza foarte multa caldura, care este disipata de radiatorul masinii. Caldura respectiva, alaturi de frecare dintre piesele in miscare, reprezinta o pierdere semnificativa dpdv energetic.
Prea multa teorie sctrica 🙂
Thales a testat prima dronă cu combustie pe hidrogen
Există deja diferite tehnologii de propulsie care îndeplinesc aceste criterii, dar combustia pe bază de hidrogen reprezintă o metodă foarte eficientă de creștere a anduranței unei drone prin aceea că are o masă redusă și o densitate energetică de hidrogen ridicată.
Noua generație de drone cu propulsie pe bază de hidrogen va fi capabilă să efectueze misiuni mai lungi, care astăzi nu sunt posibile…
Testele au evidențiat capacitatea dronei de a zbura cel puțin 2 ore pe baza unei alimentări cu hidrogen de doar un minut. Dronele propulsate pe bază de hidrogen au avantajul că pot efectua zboruri la intervale de timp mai scurte și au o performanță de zbor uniformă, ceea ce nu este cazul sistemelor alimentate pe bază de baterie.”
https://www.defenseromania.ro/thales-a-testat-prima-drona-cu-combustie-pe-hidrogen_610444.html
Nu numai ei, sunt mai multe proiecte atat pt. drone cat si masini militare. Avantajele sunt anduranta mai mare fata de solutiile clasice, o putere constanta (baterii) si disponibla instant (fata de motorul cu ardere interna), marele dezanvantaj este costul atat pt. producere cat si manipulare/alimentare.
@Stelian, ia in calcul si cat putem noi extrage din densitatea energetica a unei surse! Degeaba e benzina de 7 ori mai intensa energetic fata de hidrogen, daca noi putem scoate doar 5% din energia stocata in ea, iar asta cu un motor cu combustie interna, care… paraie, se incinge, scoate fum, e greu…
Astea sunt mentionate si in articol… Iar in articol se discuta in principal despre metanol… mult mai usor de transportat si manipulat fata de hidrogen.
Fuel Cells au fost folosite la Modulul de Comanda al programului spațiul Apollo.
Produceau electricitate și apa. Exact de ce aveau nevoie.
Cool Jenny 🙂
Ideal ar fi sa o produca intr-o forma integrabila in vesta de protectie, undeva in spate, in loc sa tot trebuiasca sa o cauti prin rucsac.
Adica in loc de forma aia paralelipipedica (cam bulky), sa fie distribuita pe suprafata spatelui ptr a nu te incurca la caratul echipamentului, plus ca ar fi foarte rapid si usor de conectat/deconectat.
https://europe.autonews.com/automakers/vw-ceo-says-fuel-cell-cars-not-answer-emissions-free-mobility
El stie ce spune.
Bateriile sunt notorii pentru poluarea enorma pe care o produc pentru a fi fabricate (necesar mare de minereuri rare, procese de fabricatie poluante etc), iar mai apoi reciclarea lor este foarte problematica.
La pile de combustie pa baza de hidrogen care sa fi problema?! Hidrogenul se poate obtine (din apa) prin folosirea energiei 100% regenerabile (eoliana, solara, mareica) mai ales pe timpul noptii cand consumul de energie electrica scade vertiginos, ba hidrogenul este astazi considerat o foarte buna varianta pentru inmagazinarea energiei electrice abtinute pe timpul noptii.
Mai apoi bagi hidrogenul in pila de combustie si pe teava de esapament iese apa pura.
Unde vede nenea asta poluare? Ok, un milion de masini pe baza de hidrogen pot genera ploaie deasupra unui mare oras. Asta nu-i poluare, dar oricum primele utilizari ale hidrogenului in industria auto va fi ca diluant pentru benzina, undeva la 10%.
Probabil ca VW bagat bani in tehnologia masinilor pe baterii si spera sa-i scoata. Au terminat cu motorul diesel supra-ecologic cu care au pacalit milioane de consumatori?
Inde a mers mia merge si suta!!!
Si cam asta este si cestia cu hidrogenu obtinut 100% din. Mai ales noaptea cvand celerle fotovoltaice au un randament ….
Nea Ghita nu-i vorba doar de centralele solare ci, pana la urma, de intreg sistemul energetic care pe timp de noapte trebuie sa-si reduca drastic productia. Ori asta este o chestie care produce costuri.
Cand ai surplus produci hidrogen la pret redus, cand n-ai stai relas…
Astazi:
Un motor pe benzina de 100 CP cantareste sub 100 kg si costa pe la 2000 euro.
O pila de combustie echivalenta ar cantari 2 tone si peste 100 000 euro..
Aici e liima tehnologica actuala.
Deocamdarta tehnologia este pentru zon navala, mai exact submarine, unde nu conteaza dimensiunile prea mult. Si chiar si acolo se foloseste foar pentru croaziera si (culmea) pentru incarcarea bateriilor clasice care sunt singurele capabile sa asigure outerea necesara pentru sprint-uri.
Ca sursa de putere medie (300 500W), pentru alimentarea unui calculator portabil de exemplu, este o aplicatie de nisa interesanta. Probabil cantareste 10 kg si furnizeaza jumatatea de cal putere pe termen nedefinit atata timp cat „ii dai sa bea”.
Emily 3000 oferă 3kwh/ zi. Asta cum se traduce?
Dacă în 24h se oferă 3kw/h înseamnă că practic se oferă undeva la 0,12 kw/h adică 120 W, ceea ce ajunge pentru a incarca câteva baterii de telefon și unu, două laptop – uri. Însă dacă ai nevoie să folosești o stație de emisie AN/PRC 117 pe lângă restul atunci puterea oferită este cam subțire.
Au apărut pile de combustie care se pot utiliza în rulote și care costă peste 5000euro bucata.