(6) Обзор энергетических технологий для необитаемых подводных аппаратов

Поэтому при оценке эффективности подводных энергетических систем нельзя рассматривать лишь удельную энергию (Вт·ч/кг) на уровне ячеек, но необходимо вводить показатель «системной удельной энергии». Этот показатель охватывает общий вес и объём ячеек, систему управления батареей (СУБ), герметичную конструкцию корпуса и необходимые материалы для компенсации плавучести. Исследования показывают, что с увеличением глубины доля веса герметичной конструкции возрастает экспоненциально, в результате чего системная удельная энергия оказывается значительно ниже значения на уровне ячеек [22].
 
Кроме того, глубоководная среда представляет термодинамическое противоречие «снаружи экстремальный холод, внутри накопление тепла». Температура окружающей среды 0–4 °C замедляет кинетику электрохимических реакций и увеличивает внутреннее сопротивление; и наоборот, во время высокомощных миссий внутреннее теплоизолированное пространство сталкивается с риском накопления тепла. Поэтому комплексная оценочная система должна также учитывать коэффициенты сохранения ёмкости и эффективность отдачи мощности в сложных термодинамических условиях [23].
 
2.2. Классификация системной архитектуры
 
Основываясь на стратегиях адаптации к глубоководному высокому гидростатическому давлению, инженерные архитектуры подводных энергетических систем в основном делятся на две категории: замкнутые системы и системы с компенсацией давления / открытые системы.
 
Замкнутые системы представляют собой энергетические устройства, заключённые в жёсткий прочный корпус и работающие в относительно независимой среде с атмосферным давлением (1 атм). Техническая особенность этой архитектуры заключается в способности обеспечить стандартные условия работы, аналогичные наземным, для внутренних аккумуляторных ячеек и электронных компонентов, тем самым защищая их от высокого давления морской воды на глубине и от воздействия коррозионной среды.
 
Однако применение этой архитектуры в значительной мере ограничено уменьшением соотношения водоизмещения к весу на экстремальных глубинах. Исследования определяют 2000 м как критический порог. Когда глубина превышает это значение, толщина стенки прочного корпуса должна значительно увеличиваться для противостояния гидростатическому давлению, в результате чего вес конструкции занимает доминирующую долю системы. Это приводит к резкому снижению полезной грузоподъёмности и системной удельной энергии. Кроме того, как показано в таблице 1, для систем, требующих выброса продуктов реакции, таких как топливные элементы, замкнутая архитектура требует решения проблемы хранения образующейся воды в ограниченном пространстве корпуса, что увеличивает механическую сложность [24].

► SeaRobotics в Telegram | на RoboTrends | в Max