Goede vooruitzichten voor elektro onderzeeboot
Erik van Huizen | woensdag 19 december 2018
Marine, Scheepsbouw
Met moderne accutechnologie kunnen onderzeeboten in de toekomst volledig elektrisch op accu’s gaan varen. De onderzeeboten worden er niet alleen stiller van, en zijn dus minder snel op te sporen, maar zijn ook makkelijker te onderhouden, goedkoper en veiliger. Naar verwachting is de accu technologie binnen tien jaar zo ver om een volledig door accu’s aangedreven onderzeeër te kunnen realiseren.
Uit onderzoek van scheepsbouwkundig ingenieursbureau Nevesbu bleek dat de overstap van conventionele dieselelektrisch aangedreven naar volledig door accu’s aangedreven onderzeeboten meer voordelen zou kunnen hebben dan vaak wordt gedacht. Simulaties met een conceptontwerp hebben dat volgens het ingenieursbureau inmiddels aangetoond.
Nevesbu ontwerpt onderzeeboten sinds het oprichtingsjaar in 1935 en voert ook regelmatig onderzoek naar onderzeeboten uit om de kennis op peil te houden. Zo was het bureau onder meer betrokken bij het ontwerp van de Walrusklasse van de Nederlandse marine en bij diverse buitenlandse onderzeeboten.
Tot drie weken
Sven Los deed het onderzoek naar het gebruik van lithium batterijen in onderzeeboten als afstudeerwerk van zijn master aan de TU Delft. Hij was er de laatste negen maanden van zijn studie mee bezig. Voor het onderzoek ging Los uit van een onderzeeboot met een waterverplaatsing van 1800 ton. “In een bestaand ontwerp van een conventionele onderzeeboot heb ik alles wat met de diesels te maken had eruit gesloopt en extra batterijen geplaatst. Met een software simulatie hebben we vervolgens onder meer gekeken hoeveel energie er nodig is en hoe snel de accu’s ontladen. Daarbij waren twee zaken belangrijk. Als eerste de balans. De onderzeeboot moet net zo zwaar zijn als de opdrijvende kracht. Dat was best lastig om voor elkaar te krijgen. Hiervoor hebben we de indeling van het ontwerp moeten aanpassen. En omdat er geen mogelijkheid is om onderweg de accu’s op te laden, moet je de energiebalans goed managen. Je moet aan boord niet te veel energie gebruiken.”
'Onderzeeboot kan drie weken varen zonder naar de basis terug te hoeven keren om de accu’s op te laden'
Uit het onderzoek bleek dat een onderzeeboot tot drie weken kan varen zonder naar de basis terug te hoeven keren om de accu’s opnieuw op te laden. Los heeft hierbij een voorbeeld berekening uitgevoerd voor het varen in de Baltische Zee. “Dat betekent dat een onderzeeboot in die tijd een rondje Baltische Zee kan doen.”
Simpel systeem
Een van de uitgangspunten voor Los in het onderzoek naar volledig elektrisch varende onderzeeboten was dat het systeem aan boord zo simpel mogelijk moest zijn. Complexe systemen die nodig zijn voor bijvoorbeeld het varen op waterstof waren hierdoor niet aan de orde. “Het varen op accu’s maakt het ontwerp minder complex dan varen op diesel. Er zijn minder systemen nodig vergeleken met dieselelektrische onderzeeboten. Die systemen heb je niet nodig als je op accu’s vaart. Dat betekent ook dat je minder onderhoud hebt. Accu’s op lithiumbasis kennen immers geen onderhoudseisen. Dit alles zorgt ervoor dat de beschikbaarheid van de onderzeeboot wordt verhoogd en de bedrijfskosten worden verlaagd.”
Dankzij het kleinere aantal systemen neemt ook de werkdruk voor de bemanning af. Niet alleen de bediening van de aandrijving wordt eenvoudiger, hetzelfde geldt voor de onderwatersystemen. De trim en gewichtsverstoringen bijvoorbeeld nemen naar verwachting sterk af doordat er minder verbruiksgoederen en geen brandstof nodig zijn. Dat vereenvoudigt het regelen van de trim en gewichtscompensatie. Dit alles betekent dat er ook minder bemanning aan boord nodig is. Los berekende in zijn onderzoek dat het aantal mensen aan boord kan verminderen van 34 naar 25. Hierdoor wordt er ook minder energie aan boord verbruikt.
Tactische voordelen
Naast voordelen op technisch gebied, heeft het varen op accu’s ook tactische voordelen. Met een volledig door accu’s aangedreven systeem wordt de voortstuwing van de onderzeeboot luchtonafhankelijk. “Een conventionele onderzeeboot van bijvoorbeeld de Walrusklasse vaart op dieselgeneratoren en batterijen. Als de batterijen laag in de energie komen, moet de onderzeeboot naar de oppervlakte om de batterijen op te laden; de onderzeeboot gaat dan in de zogenoemde snorkelvaart. De dieselmotor heeft immers zuurstof nodig. Dat heb je niet als je volledig op accu’s vaart. Je kan dan langere tijd onder water blijven.”
‘Ik denk dat onderzeeboten binnen tien jaar volledig op accu’s kunnen varen’
“Ook wordt de signatuur van de onderzeeboot verminderd. Bij het opladen van de batterijen in een conventionele onderzeeboot moet de dieselgenerator aan. Dat zorgt voor veel kabaal, trillingen, warmte en akoestisch geluid. Dat heb je allemaal niet meer als je met accu’s vaart. Dit alles draagt bij aan verbetering van de onopvallendheid van de onderzeeboot en dat is een belangrijk tactisch voordeel.”
Grote stappen
Voor de veiligheid heeft de ontwikkeling van volledig door accu’s aangedreven onderzeeboten voor- en nadelen. Toch verwacht Los dat het in de toekomst minimaal net zo veilig kan worden als varen op diesel. “Je hebt bij varen op diesel veel warme onderdelen en ook kan er bij de loodaccu’s waterstofgas vrijkomen. Bij lithium is dat niet het geval, maar deze accu’s kunnen wel in een foutmodus vallen waarbij alle energie vrij komt. Je moet dus zien te voorkomen dat er een kettingreactie op kan treden.”
Inmiddels worden volgens Los in de wereld al grote stappen gemaakt, onder meer in Japan en Zuid-Korea. De uitdaging zit hem vooral in het veiliger maken van de accu’s. “Lithium accu’s bestaan uit bepaalde chemische samenstellingen. Hierin kan je variëren. Wat je nu nog ziet is dat het verhogen van de veiligheid ten koste gaat van de energiedichtheid. Maar dit gaat elk jaar met stapjes vooruit. Ik denk dat onderzeeboten binnen tien jaar volledig op accu’s kunnen varen.”
