美军供电保障发展动态及启示
文/赵一可 李雷  2020年第12期第177页  2020-11-20

  随着无人智能装备的大范围应用和极端环境条件下联合作战的发展,各类型的指挥控制平台、武器装备、单兵数字化装备以及卫勤、油料、军需等其它后勤领域都对供电保障提出了苛刻的要求,稳定、便捷、高效的供电保障正在逐渐成为遂行军事任务的前提。美军近年来在升级和新建供电保障设施方面动作频频,本文对主要动态进行梳理,为我军供电保障发展提供参考。

  一、加大新能源建设,降低用电成本

  美军是世界上能源消耗最大的组织,以化石燃料为主的用于保障各类军事行动的能耗约占74%,剩余皆为用于维持各类军事设施运行的电能消耗。美军拥有各类军事设施585,816座,分布在全球4,775个地点,占地面积约10.9万平方公里。如此巨大的体量,单纯依靠从商业电网购电的开支也让美军不堪重负,近些年开始探索具备一定独立性的可再生能源保障途径。

  2019年,新建的大型新能源项目2个,分别是密西西比州的凯斯勒空军基地风光互补项目和夏威夷欧胡岛光伏项目。新建可再生能源项目平均建设成本约0.7美元/MWH。美国国防部名为“2025离网”的计划拟在2025年前美军重要军事设施利用可再生能源实现30%电能自给率。作为该计划的一部分,海军陆战队加州巴斯托后勤保障基地与美国能源系统集团签订了为期22年的服务合同,由后者为其建设并运营一个光伏发电项目,在设计寿命内预计为该基地节省电费2600万美元。

  2019年,建成并投产的大型可再生能源项目4项,分别是陆军的德特里克基堡基地、胡德堡基地、德拉姆堡基地和空军范登堡基地,合计装机135.6MW。其中,马里兰州德特里克堡基地为光伏项目,装机15.8MW,约占该基地总负荷10%;纽约州德拉姆堡基地为生物质燃料项目,装机28MW,总投资2700万美元,建成后约为该基地节省30%电费开支。得克萨斯州胡德堡陆军基地是美军首个采用综合可再生能源项目供能的基地,可再生能源总装机65MW,包含15MW光伏发电和50MW风力发电。该项目是美国“超大规模军事设施可再生能源安全战略”的一项内容,该战略始于奥巴马政府时期,美国防部计划将为主要军事设施配套建设包含两种以上可再生能源互补的综合供电设施,旨在提高新能源的开发利用率的同时降低美军对大型商业电网的依赖。

  二、加强新渠道拓展,提高保障弹性

  目前世界各国大型军事设施供电主要从商业电网采购,美国也不例外。在一份美国能源部和国防部联合发布的能源安全报告中指出了这一模式的弊端和重大安全隐患。在现代战争中,摧毁敌能源设施已经成为首轮打击的重要一环,依靠大电网安全、持续地供电几乎不可能实现。2019年,全美共43处大型军事设施受制商业电网容量限制,采取错峰用电。为此,美军加强了在供电保障可靠性和弹性方面、电力设施网络安全网络安全的建设,全方位提高供电安全。

  2019年投入运行的加利福尼亚州范登堡空军基地光伏发电项目是美空军目前投入运营的最大光伏项目,占地200英亩,约163个美式足球球场大小。该项目投资1亿美元,总装机28MW,安装有64,880块光伏电池,设计寿命26年,由美国太阳能源公司建设并运营。该项目是美空军“核心任务全要素保障”计划的一部分,旨在确保美空军军事设施遭受重大自然灾害、物理攻击和突发事件的时候依然能够保障航天发射、航天器追踪等重大任务的顺利实施。此外,美空军驻日三泽空军基地拟投资2.06亿美元用于建设6.2MW的热电联产项目和6MW的光伏项目,2011年福岛核事故时该基地虽没遭受直接的经济损失,但其所在的青森县受事故影响也被多次限电。

  在提升保障弹性的同时,美军就电力设施网络安全组织了全美电力行业合力攻关,以期提升商业电网的供电安全性。该项目由美国国防高级研究计划局牵头,开发名为“快速攻击检测、隔离和特征识别”的电网安全系统。该系统通过提升网络安全感知能力,评估、检测和描述电网恶意代码来准确发现遭受攻击并及时报警,同时自动将受攻击的系统从主干网络剥离,帮助运营商阻止或者延迟影响,最大限度降低损失。

  三、加速新技术研发,适应战场需要

  在技术发展的推动下,人类已经将战场向着更高、更深、更远的空间不断拓展,未来军事设施供电保障将面临高寒、高压、高盐、深地等一系列严酷复杂环境。现有的发供电设施主要针对常温常压设计,在使用环境发生剧烈变化的条件下可靠性大打折扣。为此,美军近年来加大了相关技术的研发投入,以期提升重点地域的保障效能。

  美空军由空军研究院下设的先进能源技术实验室牵头,开发可用于快速部署的离网电力供应系统。该实验室专门从事智能微电网和可再生能源开发利用、存储和控制技术的评估和验证。目前,该实验室在阿拉斯加科特泽布远程雷达阵地部署了两台12KW的风力发电机组,相较于传统型号,该型号设备是ARE风能公司专门为了严寒地区使用开发的,可工作在-50℃的环境里,运输便捷、坚固耐用、易于安装、组网灵活。在实际操作中,仅由5人在4天内就安装完毕并调试入网。同时,实验室还在夏威夷科克埃山上进行了新式光伏电池的实验,与传统电池板置于玻璃结构上不同的是,该实验型号将光伏发电组件置于发泡材料上,在取得耐高湿高盐的效果同时,体积较传统电池板薄50%,重量轻33%,安装时间缩短60%以上。该实验室计划于2045年在夏威夷地区实现100%新能源供电。

  在技术上,美军选择了智能微电网作为发力方向,加大了其向军用转化的力度。2019年6月,北约在波兰的拉斯科波莫尔斯基训练场举行联合军演,演习用来检验成员国部队之间的智能微网的互操作性,并评估和制定北约标准。目前,美军各军种在智能微电网便捷化军用上已经开展了多次富有成效的实践。美陆军在新泽西迪克斯堡基地验证了一套战术级智能电网系统,该系统能够实现便捷拆装、易于部署,能够智能地管理和分配电力,以帮助减少发电的冗余,大大缓解了后勤的负担。美空军在圣安东尼奥莱克兰空军基地验证了一套完整的前线基地智能微网系统,这是美空军未来基地项目的一部分。该系统由车载智能供电站作为中心节点,集成智能电网的硬件、软件和大量锂离子电池,由放置在每个帐篷的顶部的单晶硅太阳能电池板发电。美海军陆战队拟追加投资用于将南加州棕榈基地智能微网扩建,目前该基地已经投入运行10MW的智能微网,扩建后微电网将扩展到整个基地,满足基地在失去当地电网的电力供应的情况下继续运行而不受任何干扰。

  四、对我军供电保障建设发展的启示

  近些年来,我国电力事业发展迅猛,整体处于世界先进水平,在发电、输电、变电、配电、调度等环节均具备一流的技术实力,以特高压为代表的技术达到了世界领先水平,大大提高了远距离、大容量输送电能力,新能源设备制造水平尤其是组件、光伏玻璃、POE膜均在世界上处于先进水平。随着国内光伏平价上网政策的深入倒逼光伏设备的建设成本降低和技术迭代,在大型军事设施建设分布式新能源乃至大型新能源项目、构建独立的小电网的成本呈现下降态势。

  军队供电保障应做好两个方面:一方面注重技术转化,将我国现有先进技术与部队实际相结合,能够在需要时实现关键部位自给自足。另一方面,更精准、更深入地发掘军事需求,在充分了解各类型部队现阶段的需要和面临的保障难点的基础上,制定和提出更符合未来作战需要的技战术指标,引导和鼓励全社会的研发和生产力量投入创新实践。C

  (作者单位:赵一可,国防大学联合勤务学院;李雷,陆军航空兵学院)


【编辑:editor】
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