王志鵬/台灣首艘自製潛艦配備絕氣推進系統?會是鋰電池嗎?

我們想讓你知道…台灣自製的潛艦可能將配備自我國研發的「絕氣推進系統」,依據邵維揚少將所表示,將採用國內廠商所發展的「高效能電池技術」,而這樣技術很可能就是「鋰電池」。

 

國造潛艦可能將配備「絕氣推進系統」,並將採用國內廠商所發展的「高效能電池技術」。(圖/記者林銘翰攝)

王志鵬/備役海軍上校、現為中華經略國防知識協會研究員

台灣自製潛艦計畫(IDS)將於2020年12月進入建造階段,個人曾於6月撰文分析重要關鍵配備為「絕氣推進系統」(AIP,Air-Independent Propulsion),由於現今全世界先進潛艦設計,都已經成為標準配備,若無裝配「絕氣推進系統」極易遭反潛兵力所偵獲,對此如果沒有配備,未來的潛艦將很難存活。

台灣自造的新型潛艦在於初步設計時,就必須確定有無獲得商源,而各種不同形式的「絕氣推進系統」,其中重量、使用空間、系統裝備的配置與主動力推進系統的銜接,在設計上就存在極大的不同,若不先行確定,這將嚴重影響後續的「細部設計」。

當進入「細部設計」時,是否要預留設計「絕氣推進系統」的艙段空間(依據目前設計2500噸型的潛艦評估,至少約5-7公尺的艙段、約100至200噸左右的重量,甚至會更多)如果不打算預留,直接繼續完成「細部設計」進行後續建造,則未來當獲得商源之時,就必須再花一大筆錢重新設計。

如果打算在設計上先行預留空間,那就必須決定發展的類型,暫時以增添其他「等重量、等空間」次要的系統裝備進行配重;當然也有可能就先行設計二份藍圖(有與沒有),不過問題還是在於能否決定類型,否則還是白費功夫。

如今依據2020年11月3日媒體的轉述,台灣自製的潛艦可能將配備自我研發的「絕氣推進系統」,依據海軍造船發展中心主任邵維揚少將所表示,將採用國內廠商所發展的「高效能電池技術」,而這樣技術很可能就是「鋰電池」。這樣的選擇與決定,在無法獲得國外技術和商源的情況下,確實是無奈且是必要的決心。

由此可知亦能研判分析,在細部設計階段可能已經預留配備的空間,至於是否能夠安裝在首艘潛艦上,還必須根據這樣技術的發展成熟而定。

▲潛艦AIP系統。(示意圖/SENER)

鋰電池具有電壓高、能量密度高、循環壽命長、無記憶效應和污染少等優點才被被廣泛應用;不過,就「鋰電池」台灣內部廠商的設計與技術,要組合成龐大的電力安裝到潛艦上,不僅是台灣海軍的技術研發的創舉,其存在的風險也非同小可。

光就單一的鋰電池或是進一步的模組,所造成的燃燒或爆炸案例已不勝枚舉,例如令人震驚的波音787「夢幻」客機鋰電池起火,以及Samsung Galaxy Note 7 大範圍的電池起火爆炸事件,中國大陸知名電動車也曾發生整車爆燃的意外;鋰電池會產生意外地燃燒或爆炸,主要原因就在於電池的內部控制與外部使用的管理。

內部控制在於材料原理和電熱轉換的過程,在製造過程中,電極的製造、裝配等過程如:正極和負極混料、塗布、輥壓、裁切、沖切、組裝、加注電解液、封口、轉化等諸道工序的質量控制;外部使用則無非就是如:過度充電、額外火源、高度擠壓、尖物穿刺、接觸短路等所造成。

個人在海軍還沒有關注到國內技術和產能輸出時,2015年前就曾私下了解和拜訪過國內外相關產業的製程,藉此也逐漸深度瞭解其運用在潛艦的技術層次和可行性,也曾給於若干的研發建議。

其中的關鍵就在於生產製造商並不瞭解潛艦內部空間、溫度和空氣的壓力變化、使用操作應變的高低幅度,以及可能遭受的外部劇烈震動或衝擊。

對於「鋰電池」的安全性,台灣確實也有成功的技術,2016年工研院歷經10年研發發表了「STOBA」技術材料,其可以避免因過度充電、不當的加熱造成溫度異常升高時,自行形成一道薄膜阻隔不正常高溫和熔解。

不過,這樣的技術運用在大眾化的單一手機易,轉用在機、汽電動車上難度高了許多,手機的使用輸出功率約僅1W,筆記電約50W,而機器人則要1000W以上,而電動車更以10KW起跳,更何況是運用在潛艦動則是萬瓦以上。

當然,就機電管理上,可以採取模組、區塊、分層、分流等方式來執行安全設計,但是針對潛艦密閉艙間的壓力、溫度、溼度、鹽分和意外的衝擊、撞擊所造成的變化,能否符合安全條件的要求,還真的有待逐步細心驗證。

過去潛艦使用傳統鉛酸電池的最大危險,就在於充放電的過程會產生氫氣,若無法控制就會造成意外的爆炸(已造成現今若干國家的潛艦因此意外失火或爆炸而沉沒)。因此對於「鋰電池」組的安裝和使用操作,其安全係數,能否符合潛艦的高度需求,達到100%安全至為關鍵,而這樣技術也很可能已經獲得日本相關成熟的支援或協助。

▲海軍海發中心主任邵維揚。(圖/資料照)

然而,對於媒體轉述海軍造船發展中心主任邵維揚少將所指出:「原型艦的研發過程中發現,國內廠商所研發的高效能電池所輸出動力的靜音程度還優於AIP,因此未來後續潛艦即可不安裝AIP系統」。這樣的說法,如果不是記者轉述記載有誤,就是邵少將對於「絕氣推進系統」的定義認知上有所偏差。

因為目前全世界潛艦製造商所採用技術成熟的四大類型「絕氣推進系統」計有:德國的燃料電池、瑞典的史特林引擎、法國的MESMA系統、亦即包含日本最新研發成功的鋰電池系統」,除非邵少將所指得並非屬於這四大類型之一,而仍是傳統的電池提升效率而已。

但是,倘若此一方向真能研發成功,這不僅是我自製潛艦技術層面上的一大突破,更是台灣未來潛艦艦隊發展的一大跨越!非常值得拭目以待!

 (作者為備役海軍上校,曾任潛艦兵器長、作戰長、輪機長與潛艦訓練中心教官、海軍總部計畫官、國防部戰略規劃司計畫督導官,現為中華經略國防知識協會研究員。著有《解析台灣發展潛艦的過去、現在和未來:(1960-2020年)》。)

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王志鵬專欄

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備役海軍上校,曾任潛艦兵器長、作戰長、輪機長與潛艦訓練中心教官、海軍總部計畫官、國防部戰略規劃司計畫督導官,現為中華經略國防知識協會研究員。著有《解析台灣發展潛艦的過去、現在和未來:(1960-2020年)》。

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