Первая в мире подводная лодка на литий-ионных батареях введена в строй

Внедрение литий-ионных аккумуляторов позволит отказаться на японских подводных лодках от применения не только традиционных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, но и воздухонезависимых двигателей Стирлинга.

Министерство обороны Японии получило финансирование на 11-ю лодку типа Soryu, которая стала первой в мире "линейной" подводной лодкой, оснащенной литий-ионными аккумуляторными батареями, по программе 2015 финансового года. Строительство лодки SS 511 Oryu велось на верфи Kobe Shipyard & Machinery Works корпорации Mitsubishi Heavy Industries в Кобе с марта 2015 года, спуск корабля на воду был осуществлен там 4 октября 2018 года.

Всего японским флотом первоначально предполагалось построить в варианте с литий-ионными аккумуляторными батареями три последние лодки типа Soryu (SS 511 - SS 513), после чего перейти к постройке подводных лодок нового типа проекта 29SS (также известных как "3000-тонный тип") с такими батареями, однако в итоге число лодок типа Soryu данной модификации было сокращено до двух (SS 511 и SS 512), а лодка SS 513 станет головным кораблем нового типа. Строительство лодки SS 512 Toryu ведется с 2017 года также в Кобе на верфи корпорации Kawasaki Heavy Industries, лодка была спущена на воду 6 ноября 2019 года и планируется к сдаче в марте 2021 года.

Головная лодка SS 513 нового проекта 29SS была заложена на верфи Kobe Shipyard & Machinery Works корпорации Mitsubishi Heavy Industries в Кобе 30 декабря 2017 года и планируется к сдаче в марте 2022 года. В бюджетах 2018 и 2019 финансового годов было профинансировано строительство двух следующих лодок SS 514 и SS 515 данного проекта (с постройкой в Кобе, соответственно, Kawasaki и Mitsubishi), запланированных к сдаче в 2023 и 2024 годах.

Ввод в строй японского флота первой подводной лодки с использованием литий-ионных батарей стало кульминацией многолетних исследований, которые были начаты в Японии еще в 1962 году. Первая лодочная литий-ионная батарея была готова в 1974 году, но она не отвечала необходимым требованиям.

Сообщается, что в Японии созданы и доведены до эксплуатационного состояния два типа литий-ионных аккумуляторных батарей для лодочного применения: литий-никель-кобальт-алюминий-оксидная (NCA) производства компании GS Yuasa и литий-титанатная (LTO) производства корпорации Toshiba. Японский флот для использования на подводных лодках выбрал батареи типа NCA компании GS Yuasa (Киото).

Литий-ионные батареи дают лодкам продолжительность подводного хода, сопоставимую с продолжительностью при использовании воздухонезависимых энергетических установок (ВНЭУ) на малых скоростях, но при этом за счет высокой емкости обеспечивают весьма высокую продолжительность подводного хода и на больших скоростях, что особенно важно при выходе в атаку или при уклонении от противника. При этом, в отличие от ВНЭУ, лодка может постоянно пополнять запас энергии в литий-ионных батареях, используя подзарядку батарей с применением устройства РДП.

Литий-ионные батареи имеют также более короткое время подзарядки в силу большей силы тока заряда, по сравнению со свинцово-кислотными батареями. Кроме того, литий-ионные аккумуляторы имеют больший срок службы, не требуют технического обслуживания, а электрические системы с их применением проще в управлении и в построении электрических сетей.

Оборотной стороной этого является высокая стоимость литий-ионных батарей. Контрактная стоимость подводной лодки SS 511 Oryu составляет 64,4 млрд иен (около 566 млн долл, по другим данным фактическая стоимость постройки составила 66 млрд иен) против 51,7 млрд иен (454 млн долл) у десятой подводной лодки типа Soryu (SS 510 Shoryu). Практически вся разница в стоимости в виде 112 млн долл составит стоимость литиево-ионных батарей и соответствующей электросистемы.

Литий-ионные батареи при применении на подводных лодках требуют мощных дизель-генераторов для подзарядки, увеличенных устройств РДП для увеличения объемов подачи воздуха и отвода выхлопных газов, а также изменений в электрических цепях, в первую очередь применения автоматических предохранителей. Литиево-ионные аккумуляторы также весят меньше, чем свинцово-кислотные аккумуляторы, поэтому проект подводной лодки типа Soryu пришлось несколько переработать для сохранения балластировки и остойчивости.

Еще с 1954 года, японцы вели исследования по различным типам лодочных ВНЭУ. Корпорация Mitsubishi Heavy Industries работала над созданием парогазотурбинных ВНЭУ различных схем, а корпорация Kawasaki Heavy Industries - дизелей замкнутого цикла. После испытаний стендовых установок, в 1962 году работы над этими типами ВНЭУ были прекращены, а взамен развернуты программы создания литий-ионных аккумуляторных батарей и исследования лодочных ВНЭУ на основе топливных элементов.

Длительное время стоимость литий-ионных батарей была непомерно высокой, и существовали проблемы с их безопасностью, что, вкупе с "незрелостью", как полагали японцы, технологии топливных элементов, вынудило Японию в 1986 году обратиться к внедрению на подводные лодки ВНЭУ системы Стирлинга по шведской технологии. В 1991-1999 годах японцы вели отработку двигателя Стирлинга на береговом стенде, после чего в 2000-2001 годах установили двигатели Стирлинга для морских испытаний на подводной лодке SS 589 Asashio (последней типа Harushio). Двигателями Стирлинга Kawasaki Kockums V4-275R (по четыре на лодке) в результате оснащались десять первых подводных лодок типа Soryu, первая из которых (SS 501) была введена в строй в 2009 году. Однако японцы с самого начала планировали перейти к оснащению этих лодок взамен ВНЭУ Стиринга литий-ионными аккумуляторными батареями - первоначально эти батареи планировалось установить еще на пятой лодке этого типа SS 505 Zuiryu, однако затем программа внедрения несколько раз переносилась.