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蓝海星智库支持激光武器，美军披露舰艇能量仓未来技术指标

舰艇能量仓概念最早在2013年版《海军电力系统技术发展路线图》中提出 ， 是一种用于未来高能耗负载的通用化、模块化、可扩展电力系统 。 2015年版《路线图》明确能量仓概念将结合分布式储能与能源先进控制技术 。 2019年版《路线图》进一步细化了能量仓发展目标 ， 构想了能量库与“综合电力与能源系统”的集成方案 。 2020年 ， 美国海军海上系统司令部电力舰船办公室在第32届水面舰艇联盟年会上 ， 披露了美海军未来能量仓的技术指标 。
一、发展背景
现有舰艇电力系统由发电机响应负载 。 为确保高效率 ， 发电机一般为恒定功率 ， 不能快速动态响应新负载的用电需求 。 然而 ， 激光武器、电磁导轨炮、水面电子战系统、大功率微波武器、S波段和X波段防空反导雷达等装备的功率一般为兆瓦级 ， 启动后会在极短时间内消耗大量电能 ， 严重影响现有舰艇电网稳定性 。 因此 ， 美海军提出发展能量仓 ， 在高能耗装备工作时 ， 由能量仓提供脉冲供电 ， 能量仓则由发电机充电 。
根据美海军电力舰船办公室 ， 能量仓的用途主要有两种：一是为激光武器（150kW的“固体激光器技术成熟化”SSL-TM项目、60kW的“高能激光与一体化光学致盲与监视系统”HELIOS）、电子战系统（水面电子战改进计划Block3）、雷达（防空反导雷达AMDR）等脉冲负载供电；二是用作舰艇后备电源 ， 能够支持单发电机运行 ， 实现电力系统削峰 ， 平缓舰艇电网用电需求 ， 减少电能消耗 。
二、系统架构
能量仓由储能和电力转换两部分构成 ， 根据负载类型和电力要求 ， 可使用不同储能设备 。 例如 ， 燃料电池可连续供电约10小时、蓄电池约数十分钟、飞轮约不足1分钟、超级电容器约10秒、普通电容器约不足1秒 。 美海军计划发展的未来舰艇能量仓将采用蓄电池、电容器/超级电容器或飞轮储能 。
蓝海星智库支持激光武器，美军披露舰艇能量仓未来技术指标
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图1储能方案对比
能量仓可在现役舰艇改造时加装或在新建舰艇中安装 。 现役舰艇改造时 ， 脉冲负载依次通过新型低压/中压直流MIL-STD1399电气接口、能量仓、现有440V交流MIL-STD1399电气接口 ， 连接舰艇发配电系统；在新建舰艇中安装时 ， 脉冲负载则直接通过新型低压/中压直流MIL-STD1399电气接口和能量仓 ， 连接舰艇发配电系统 。
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图2左：在现役舰艇改造时增加能量仓 ， 右：在新建舰艇中安装能量仓
三、美海军研发项目
【蓝海星智库支持激光武器，美军披露舰艇能量仓未来技术指标】美国海军在能量仓方面开展了多项研究 ， 验证了单蓄电池、电池电容混合、飞轮储能方案 。 具体包括单蓄电池供电的“固体激光器技术成熟化”项目（SSL-TM）储能模块和莱昂纳多DRS公司激光武器能量仓、电池-电容混合供电的多功能储能模块 ， 以及英国GKN公司的飞轮储能系统 。
（1）“固体激光器技术成熟化”项目（SSL-TM）储能模块
“固体激光器技术成熟化”项目储能模块由RCT公司在美国海军研究署“沼泽工厂”（SwampWorks）计划资助下研发 。 储能模块采用铅酸电池储能 ， 储能量100kWh（即360MJ） ， 电池装在28英尺标准集装箱内 。 美海军于2011年完成储能模块陆上样机试验 ， 2019年研发出舰用样机（ESM-S） ， 用于LPD-27“波兰特”号两栖攻击舰上的SSL-TM固体激光器 。
（2）莱昂纳多DRS公司激光武器能量仓
在美海军电力舰船办公室资助下 ， 莱昂纳多DRS公司研发出了激光武器能量仓 ， 2017年-2018年在佛罗里达大学先进电力系统中心进行了硬件在环试验 。 试验验证了激光武器能量仓在全功率放电、单脉冲负载（不同周期、大小和占空比）、带有高频分量的随机负载、多级脉冲负载下的表现 ， 认为能量仓能够满足这些负载的电能需求 。 目前 ， 美海军正在研发电力转换与蓄电池间的中间接口 ， 预计2021年研制完成 ， 有望实现更快速的充电 。


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