Neuere Batterien (oben) und ein besseres Management von Systemen wie mobilen Generatoren (unten) tragen zur effizienten Energienutzung bei
Da fossile Brennstoffe knapp und teuer sind, sucht das Militär nach Alternativen zu den derzeitigen Methoden zur Stromversorgung seiner Operationsbasen und Ausrüstung. Sehen wir uns an, wie die Industrie Innovationen in diesem Bereich vorantreibt
"Seit 2001 haben mehr als 3.000 US-Soldaten und Auftragnehmer im Irak und in Afghanistan bei Angriffen auf Treibstoff- und Wasserversorgungskonvois ihr Leben verloren oder wurden verletzt", heißt es in den Statistiken des Verteidigungsministeriums.
Eine Reduzierung des Treibstoffverbrauchs um 10 % über fünf Jahre hätte jedoch im gleichen Zeitraum das Leben und die Gesundheit von 35 Soldaten der Transportkonvois gerettet; diese Daten stammen aus einer 2009 veröffentlichten Studie der Wirtschaftsprüfungsgesellschaft Deloitte. Derzeit liegen für den Zeitraum 2009-2014 keine Daten zu Verlusten im Zusammenhang mit Wasser- und Kraftstoffversorgungssäulen vor.
Zuvor wurde geschätzt, dass in jedem der 24 Treibstoffkonvois ein Verletzter oder Toter war. So führte die US-Armee 2007 allein im Irak und in Afghanistan 6.030 Treibstoffkonvois durch. Dies führte zu einem neuen Gesetzentwurf, der dem Senat in diesem Jahr vorgelegt wurde, dem Energy Security Act 2014 des Verteidigungsministeriums, der militärischen Operationen helfen soll, energieeffizienter zu werden und weniger auf fossile Brennstoffe angewiesen zu sein.
Ziel ist es, nicht nur Geld für den Haushalt des Pentagons zu sparen, sondern auch den Bedarf an Treibstoffkonvois und letztendlich die Risiken für das Militärpersonal zu reduzieren.
Das US-Verteidigungsministerium ist derzeit der größte Einzelverbraucher von Treibstoff und benötigt etwa 90 Millionen Barrel Öl zu einem Preis von fast 15 Milliarden US-Dollar pro Jahr. 75 % dieses Betrags dienen der Deckung des Bedarfs der aktiven Kräfte, bis 2025 soll er um 11 % erhöht werden.
Gemeinsame Arbeit
Nicht nur die USA haben nicht nur der Kraftstoffeffizienz ernsthafte Aufmerksamkeit geschenkt, sondern auch der sogenannten „Smart Energy“. 2012 hat die NATO eine Arbeitsgruppe eingerichtet, um die vielversprechendsten Energiesparlösungen zu identifizieren und multinationale Projekte zu deren Koordination zu initiieren. Die NATO erwog auch die Möglichkeit, das Konzept der intelligenten Energie in die Dokumente zu integrieren, die die Strategie und die Standards des Bündnisses definieren.
Nach einem Treffen im Mai 2012 wurde das SENT (Smart Energy Team) gegründet und wird im Rahmen des NATO-Programms Wissenschaft für Frieden und Sicherheit gefördert. Die Gruppe wird vom litauischen NATO-Energiesicherheitszentrum und der gemeinsamen Umweltabteilung der schwedischen Streitkräfte verwaltet. Das Team besteht aus Experten aus acht Ländern, darunter sechs Alliierte (Kanada, Deutschland, Litauen, Niederlande, Vereinigtes Königreich und USA) und zwei Partner (Australien und Schweden).
„Wir möchten, dass Soldaten und Kommandeure verstehen, dass Energieeinsparungen direkte Auswirkungen auf die Sicherheit und das Leben der Soldaten haben“, sagte Susan Michaelis, eine intelligente Energiebeauftragte im NATO-Hauptquartier. "Es setzt Ressourcen für die Kernmission der NATO frei, die sich derzeit auf den Schutz von Treibstoffkonvois konzentriert."
Sie fügte hinzu, dass SENT NATO-Standardisierungsabkommen über „intelligente Energie“in Betracht zieht, die die Installation intelligenter Zähler in bestehenden Militärlagern umfassen sollte; allgemeine Gestaltung zukünftiger Lager; Ausbildung und Teilnahme von Experten; allgemeine Ausbildung, die zur allgemeinen militärischen Ausbildung gehört; und ein Belohnungssystem für Offiziere, denen es gelungen ist, den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Voller Overhead
Das US-Militär und das NATO-Militär haben so genannte „Full Loaded Cost of Fuel“(FBCF)-Berechnungen durchgeführt, die alle betrieblichen Faktoren in der Energieversorgungskette berücksichtigen, einschließlich Transport, Infrastruktur, Personal, Wartung, Sicherheit und Energiespeicherung.
Daher kann eine Gallone (3,785 Liter) Kraftstoff, die bis zu 3,50 USD pro Gallone (77 Cent pro Liter) kostet, in einem US-Brunnen (77 Cent pro Liter) über 100 USD pro Gallone (22 USD pro Liter) erreichen, nachdem sie in die USA geliefert wurde Frontlinie nach Nordosten Afghanistans.
Nach diesen Berechnungen werden auf dem Schlachtfeld zunehmend alternative Energiequellen und smarte Energielösungen gerechtfertigt, die aufgrund ihrer hohen Anfangskapitalkosten im Alltag finanziell nicht konkurrenzfähig sind.
Der Präsident von Earl Energy, Doug Morehead, sagte: "Um ehrlich zu sein, wenn man anfängt, 15 Dollar pro Gallone zu zahlen, macht ein Großteil der neuen Technologie Sinn."
Denn wenn ein kombinierter Solar- und Backup-Energiespeicher für Haushalt und Alltag unwirtschaftlich ist, dann ist er im Militäreinsatz von unschätzbarem Wert, insbesondere wenn man ihn mit allen Komponenten im FBCF betrachtet.
Im Juni 2013 demonstrierte die niederländische Armee bei der Übung NATO Capable Logistician 2013 in der Slowakei ein mit Solarzellen bedecktes Zelt. Im afghanischen Mazar-i-Sharif hat die Armee bereits 480 Quadratmeter Sonnenkollektoren installiert, die derzeit 200 kWh erzeugen. Laut dem Energieexperten der niederländischen Armee, Oberstleutnant Harm Renes, "hat sich die Investition bereits gelohnt".
Im Trend
Das US-Verteidigungsministerium veranstaltet jährlich eine Defense Energy Technology Challenge (DETC), um über die neuesten Smart Energy-Trends auf dem Laufenden zu bleiben und diejenigen auszuwählen, die vorangetrieben werden können, um dem Militär dabei zu helfen, seine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen deutlich zu reduzieren. Das Pentagon hat für den Zeitraum 2013-2017 9 Milliarden US-Dollar für Energieeffizienzprogramme bereitgestellt.
Im November 2013 wurde Sierra Energy mit seinem FastOx-Kraftwerk zum Gewinner des DETC-Wettbewerbs 2013 im Rahmen des jährlichen Verteidigungsenergietreffens gekürt.
Der Präsident von Sierra Energy, Mike Hart, sagte: „Das US-Militär hat eine ganze Direktion, die sich mit der Abfallwirtschaft und der Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen befasst, da sie dadurch strategisch anfällig werden. Eine Lösung, die in der Lage ist, eigene Energie zu erzeugen, hat erhebliche Auswirkungen auf mehrere Aspekte, darunter erhöhte Sicherheit, Unabhängigkeit und Umweltverträglichkeit.
„Unsere Waste-to-Fuel-Technologie wurde 2009 als Schlüsseltechnologie identifiziert und deshalb vom Testzentrum für erneuerbare Energien des Verteidigungsministeriums auf seine Prioritätenliste gesetzt. In einigen Fällen können wir bei der Verarbeitung von 10 Tonnen Abfall etwa 500 kWh Strom erzeugen, ohne die Versorgung zu unterbrechen.“
FastOx-Anlage von Sierra Energy
Nicht auslaugende Schlacke
Diese Technologie in Kürze. Sauerstoff und Dampf werden eingespritzt, wodurch der Abfall auf 2200 ° C erhitzt wird (keine Verbrennung); Dadurch kann jedes Material verwendet werden, solange es Kohlenstoff enthält. Eventuelle Restmetalle, Asche oder anorganische Stoffe werden zu einer Flüssigkeit geschmolzen, die nach unten abgelassen wird, um die Metalle zurückzugewinnen. Der Rest fällt als ungelaugte Schlacke an, die für den Einbau verwendet werden kann. Die beiden erzeugten Gase (70% Kohlenmonoxid und 30% Wasserstoff) gehen in Brennstoffzellen, die nur Wärme und Wasser freisetzen.
„Dieses modulare System kann in jedem Bereich eingesetzt werden“, sagte Hart. Das System wird derzeit weiterentwickelt und in sechs bis sieben Standard-ISO-Container verpackt, um eine schnelle und einfache Bereitstellung zu ermöglichen.
Die Brennstoffzellentechnologie dürfte die bevorzugte Option sein, um Dieselgeneratoren im Feld zu ersetzen, insbesondere in kleineren Einheiten. Das Deutsche Institut für Chemische Technologie Fraunhofer entwickelt eine tragbare Wasserstoff-Brennstoffzelle für die Bundeswehr, die lautlos 2 kW Strom erzeugen kann. Das System nutzt Sonnenenergie, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten.
Chris Andrews, Projektmanager beim australischen unabhängigen Stromerzeugungsunternehmen Eniquest, kommentierte jedoch das weit verbreitete Interesse an alternativen Brennstoffsystemen und den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien:, die Stärke und Vorhersehbarkeit der Versorgung überwiegt die Vorteile der Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe.
Eniquest beliefert die afghanische Armee mit einer Vielzahl von leisen Generatoren sowie Wechsel- und Gleichstromverteilerstationen. Andrews bemerkte: "Technologieverbesserungen, insbesondere in der Energiespeicher- / Batterietechnologie, die mit der spezifischen Energie für fossile Brennstoffe konkurrieren können, werden wichtig sein, um von der Verwendung fossiler Brennstoffe in militärischen Anwendungen wegzukommen."
Sofortige Ziele
Während der Fokus mittel- bis langfristig auf dem Abbau der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen liegen mag, besteht das unmittelbare Ziel darin, den Verbrauch durch verschiedene Methoden deutlich zu reduzieren.
Einer der Ansätze besteht darin, die Effizienz von Generatoren bereits in Kinos zu steigern. Earl Energy hat kürzlich einen Vertrag mit dem US-Verteidigungsministerium für sein Mobile Electric Hybrid Power Systems (MEHPS)-Programm erhalten, das zum Kauf von etwa 50 FlexGen-Einheiten führen könnte. Die Systemtechnologie wurde zuvor vom Marine Corps übernommen, das 2010 einen 6-kW-Prototyp im Betrieb getestet hat. Dann wurde bekannt, dass diese Technologie den Treibstoffverbrauch auf dem Schlachtfeld um mehr als 80% reduzieren wird.
Während der Tests in Afghanistan ermöglichte das Earl Energy FlexGen-System den Generatoren, drei bis sechs Stunden am Tag statt rund um die Uhr zu laufen.
„Es spiegelte wider, wie ineffizient die Energieerzeugung auf dem Schlachtfeld jetzt von all der Technologie, die wir haben, übertroffen wird“, sagte Morehead. „Netze sind auf die Spitzenstromerzeugung zugeschnitten, da dem Militär niemals die verfügbare Energie zur Unterstützung seiner Operationen fehlen sollte. Und das gleiche gilt leider auch für ein System wie einen Generator. Sie arbeiten in diesem Betriebsraum rund um die Uhr, 365 Tage im Jahr, unabhängig davon, ob sie Energie benötigen oder nicht. Es ist wie ein Auto, das man nie abstellt, auch wenn man es nicht benutzt."
Das FlexGen-Hybridsystem verwendet einen automatisierten Dieselgenerator mit Start-Stopp-Fähigkeit, der mit erneuerbaren Energiequellen und einem großen Energiespeicher kombiniert wird. Der Generator läuft mit voller Leistung und lädt bei Überlastung die Batterien auf. Sind die Batterien ausreichend geladen, um den Stromverbrauch zu decken, schaltet der Generator ab. Während der Tests in Afghanistan ermöglichte das System einen Betrieb der Generatoren für drei bis sechs Stunden am Tag mit einer durchschnittlichen Kraftstoffeffizienz von über 50 %.
Earl Energy ist derzeit der Hauptauftragnehmer für das Marine Corps und entwickelt das tragbare 10-kW-Stromversorgungssystem der nächsten Generation. Das Unternehmen verkaufte 12 Testsysteme; Neuverträge sehen künftig den Kauf von bis zu 50 FlexGen-Systemen vor.
Die Energieversorgung verbessert sich
Das britische Verteidigungsministerium verfügt über Power FOB, ein intelligentes Energiespeicher- und -managementsystem, das die Einführung erneuerbarer Quellen und energiesparender Technologien ermöglicht. Das System ermöglicht es Ihnen, bis zu 30 % Kraftstoff durch die Akkumulation der von Dieselgeneratoren und Sonnenkollektoren erzeugten Energie zu sparen und diese zum richtigen Zeitpunkt an die richtigen Verbraucher umzuverteilen.
Alle diese Technologien basieren auf fortschrittlichen Batterielösungen zur Energiespeicherung; In diesem Fall können erneuerbare Energiequellen wirklich einsetzbar werden.
Morehead fügte hinzu: „Der tägliche Kilowattstundenbedarf des Soldaten steigt ständig, da er mehr Energieverbraucher als je zuvor transportiert. Der moderne Soldat braucht zehnmal mehr Energie als noch vor 15 Jahren.
Das britische Unternehmen Lincad stellt eine Reihe intelligenter Lithium-Ionen-Power-Source-Batterien (LIPS) her. Sein LIPS 5-Modell wurde das erfolgreichste im Katalog des Unternehmens; mehr als 17.500 Einheiten wurden an das britische Verteidigungsministerium und andere Kunden auf der ganzen Welt geliefert. Ein Unternehmensleiter kommentierte: „Die erste LIPS-Batterie wurde im Jahr 2000 auf den Markt gebracht, wog etwa 3,5 kg und hatte eine Kapazität von 12 Ah. Das neueste LIPS 10 wiegt das gleiche Gewicht, hat aber eine Kapazität von 23 Ah, was den logistischen Aufwand für den Soldaten drastisch reduziert.
Lincad liefert nicht nur langlebige wiederaufladbare Batterien, sondern stellt auch eine Reihe von Batterieladegeräten her. Ein Unternehmenssprecher sagte: „In den letzten Jahren hat sich die Solarenergiespeichertechnologie rasant entwickelt, und daher sind Solarlade- und Stromauffanglösungen von Lincad entstanden. Auch das mobile Laden aus dem Auto während der Fahrt war gefragt. Die Fahrzeuge erzeugen bereits Strom aus ihren Generatoren und dies ist im Lincad DC Vehicle Charger implementiert. Das Aufkommen dieser Ladegeräte bedeutet, dass Benutzer nicht viele Batterien mit sich führen müssen.
Soldaten tragen manchmal bis zu 10 kg Batterien mit, die aufgeladen werden müssen, und die große Kapazität der Batterien und flexible Ladelösungen reduzieren die Notwendigkeit, zur Basis zurückzukehren, was sich positiv auf die Erfüllung eines Kampfauftrags auswirken kann.