Солнечные батареи и военная логистика

Мы воспринимаем солнечные панели как электростанции, хотя с точки зрения снабжения армии разумно было бы отнести их к категории топлива. Компактного и защищённого источника энергии. В этой статье в числах измеряется значение солнечных батарей для военного обеспечения, индустрии и строительства. Актуально для Африки, Ближнего Востока и Средней Азии, не имеет значения для Европейского театра военных действий из-за устойчивых фронтов, доступного топлива и развитой дорожной сети.

Солнечные электростанции, это простой и быстрый в установке, легко масштабируемый вид генерации. 1 киловатт СЭС, это 5 квадратных метров поверхности батарей, 40 кв.метров площади земли под электростанцию, 75-100 килограмм перевозимых грузов. Номинальная мощность СЭС рассчитывается для освещённости в 1 кВт/кв.метр, но реальная значительно меньше. При КИУМ в 10-20% один киловатт СЭС даёт 3.2-6.3 гигаджоулей/год, когда военная кампания низкой интенсивности требует около 30 ГДж электроэнергии и 163 ГДж топлива в год на одного солдата (1.8-3.7 тонн топлива ежегодно, а в комплексе 11 тонн топлива с учётом авиации и тылов)

Оперативная ёмкость территории в современной войне 5-15 солдат/кв.километр, батальонный район обороны 5×15 километров, в батальоне около 500 бойцов. Это 15 ТДж электроэнергии ежегодно, 200 ГДж/км². При КИУМ 10% это потребует 63 кВт/км² номинальной мощности или 0.25 гектара на кв.километр под солнечными панелями, 0.25% занимаемой батальоном территории. СЭС мощностью в 50 кВт достаточны для опорных пунктов отделений, а мощностью в 500 кВт способны заменить дизельные генераторы в зоне 10-20 километров от линии соприкосновения. Эти россыпи солнечных панелей будут прекрасно видны с воздуха, но раздражающе неуязвимы.

Стоимость солнечных батарей всего лишь 90-190 долларов/киловатт, а литиевых аккумуляторов 110-130 долларов/кВт*час. Оборудование СЭС (включая аккумуляторы на 2 кВт*час) будет стоить 570 долларов/киловатт и 25 рабочих часов на установку. Это близко к стоимости 152-мм снаряда или FPV-дрона, как по деньгам, так и по человеко-часам. Стоимость солнечной генерации равновесна со стоимостью её уничтожения в зоне досягаемости FPV-дронов и гаубиц, то есть в зоне 0-10 километров. В зоне 10-20 километров уничтожение СЭС не окупается, особенно когда они прикрыты сеткой-рабицей с плёнкой и разнесены. Если использовать дроны-установщики, система безопасна для пехоты.

Стоимость дизельного генератора сопоставимой мощности в 15-30 раз дешевле, поскольку 50 кВт генератора равняется 250-500 кВт СЭС при 10-20% КИУМ. Масса дизель-генератора 1 тонна против 25-50 тонн оборудования СЭС. Генераторы также прекрасно защищены от дронов, их уничтожение не окупается. С другой стороны при 30% КПД и 100% времени в работе 50 кВт генератор расходует первичной энергии на 1600 ГДж/год или 37 тонн топлива (×3 стоимости генератора), что уравнивает перевозимое для него топливо с оборудованием сопоставимой СЭС. Если военная кампания планируется на 1-2 года, то дизель-генераторы, это однозначный выбор. Если база будет существовать дольше двух лет, а собственного порта мы не имеем, как в Сахеле, то установка 1-2 гектаров солнечных панелей, это выгодное дополнение к генератору.

Снабжение военной базы, на одного солдата в день, это 5-10 кг топлива, 5-10 кг стройматериалов и снаряжения, 2.5 кг продовольствия, 20 кг воды (2 кг бутилированной), 1-3.2 кг снарядов, 5-20 патронов, 0.3 птички (90% FPV-дроны и 9% мавики). Если вода местная, то в сумме получается 28 кг/день, 10 тонн/год. Из этих грузов 36% занимает топливо. Половина этого топлива расходуется на генераторы, если местная электросеть недоступна. Сократить потребление топлива хотя бы на 50%, это мечта военной логистики, ведь угроза от дронов для трубопроводов и колонн снабжения увеличивается. Для отдалённых, рассредоточенных баз, на каждой из которых сидит не более батальона, изоляция, это главная угроза.

Чтобы снизить угрозу от изоляции есть несколько решений. Во-первых заглублённые хранилища для дизельного топлива с необходимыми для длительного хранения присадками. Во-вторых колодцы и водопровод. В-третьих местные стройматериалы. В-четвёртых инженерные машины, станки и принтеры на базе. В целом всё это изрядный объём инженерных задач. Строительство и укрепление позиций должно быть постоянным, но силы в человеко-часах ограничены, работа местных не всегда доступна, а перевозка строителей из метрополии осложнена. Решение видится в значительном повышении энергетики, продаже энергии и электроинструментов туземцам, чтобы взамен привлекать их к труду.

Производительность труда, это сумма энергии, который управляет рабочий, и капитала на рабочее место. Электрификация инструментов в период 1900-1970 годов увеличила производительность труда в 4 раза. Сейчас производство части стройматериалов, расходников, деталей и даже мин переносится всю ближе к фронту. Это назвали микроиндустрией. Рабочие места посредственно автоматизированны, но человеко-часы и деньги никто не считает, если это экономит дни и недели на доставку грузов с большой земли. Если обеспечить эти рабочие места энергией и вывести их за территорию базы, то труд туземцев начнёт приносить пользу.

Строительство относительно защищённой от гераней и тяжёлых сбросов батальонной базы, это, оценочно, 60-120 тонн стройматериалов на бойца в первый год и 20-40 тонн в последующие. Стройматериалы по массе распределяются так: цемент 10-13%, кирпич 10-17%, гравий 30-36%, песок 36-39%, сталь 1-3%. Энергетическая стоимость их производства такова: сталь -- 20 гигаджоулей/тонна; цемент -- 3.3-5 ГДж/т; кирпич -- 1.1-2 ГДж/т; гравий -- 0.3 ГДж/т; песок -- 0.1 ГДж/т. Обычно перевозят только арматуру и цемент, но остальное на местном рынке не всегда доступно в нужное время и в достаточном количестве, в основном из-за слабой сети дорог. Перевозка грузовиком, это 1-2.5 МДж/тонно-километр, по железной дороге 0.6-0.9 МДж/ткм, а малыми судами 0.1-0.15 МДж/ткм.

Мы ожидаем, что в течении следующих 5-10 лет капитальное строительство в Африке и Центральной Азии превратится в логистический ад. Причина, минирование дорог дронами. С радиусом полёта FPV в 5 километров нереально контролировать дороги без сплошной линии фронта. Слишком дорого поддерживать систему детекторов, дорожных служб, держать поблизости СПН. Наконец, проблемой становится сама дистанция подвоза. Энергетика Сахеля скудная, 10-30 ГДж/человека, электричества нет в 70-90% домохозяйств. База на 500 бойцов с их потребностями в 163 ГДж/человека как чёрная дыра продавливает инфраструктуру региона на 100 тысяч человек, для ЦАР и Сахеля это территории в 5000-12000 кв.километров, что в 60-160 раз больше батальонного района обороны.

Но если военная база настолько продавливает слабую инфраструктуру региона, не может ли она стать центром её кристаллизации? Электричество от СЭС нестабильно, с пиком к полудню и очевидными падениями по мере уменьшения солнечного света, но если база может балансировать это на аккумуляторах, то почему бы не передавать дневной избыток на местное производство? Больше электроинструментов, больше производительности труда, больше свободных рук на строительство и рабочих на микроиндустрию. Продажа электроэнергии и лизинг инструментов в долг, оплата рабочие руки. Предприятия в Сахеле настолько доисторические, что даже строительство мельницы или водопровода высвободит миллионы человеко-часов от ручного труда. Подобным пытаются промышлять китайцы, но у них нет сотен тысяч злой и опытной пехоты, многие из которых уже привыкли к хорошим доходам и не захотят возвращаться в мирную жизнь. В конце концов всё построенное прибыльно будет и защищать.

Нужно ли производить солнечные батареи? Нет, не сейчас. Потребности вооружённых сил ничтожны: миллионной армии для 100% обеспечения солнечной энергией нужно всего лишь 10 ГВт при сегодняшней стоимости панелей в 100-200 млн долларов за 1 ГВт. Капитал в солнечных панелях выбывает менее чем на 2% при хранении и на 5% при использовании, что делает их компактнее дизельного топлива для генераторов, но при чрезвычайных ситуациях генераторы гораздо удобнее из-за своей дешевизны. При сегодняшних ценах солнечные электростанции окупаются энергетически лишь за 4 года работы, если есть большой спрос на электроэнергию в дневные часы. Это Африка, Индия, Индонезия, те нищие но перспективные рынки для захвата которых китайцы так демпингуют товар. Наконец, важно осознавать, что уничтожение солнечных батарей сигналом со спутника возможно. А если это возможно, значит уязвимость у экспортных точно есть.

Производство 1 кВт солнечных панелей требует 13 кг чистого кремния, и хотя кремний металлургический стоит всего 43 ГДж/тонна, его очистка расходует по разным источникам 1400-2200 ГДж первичной энергии (кремний для процессоров в 2010 году потреблял 8500 ГДж/тонну), в целом это означает 4-7 EROI за 20 лет работы СЭС при 10-20% КИУМ. Профессиональные оценки EROI в диапазоне 8-34 (максимум для СЭС в пустынях Китая). В 2025 году Китай с их 80% мирового рынка произведёт около 540 ГВт солнечных батарей при 1600 ГВт мощностей производства, исходя из FCOE ×7 затратив на это приблизительно 10 экзаджоулей (около 5% своей годовой энергетики, 1.5% первичной энергии мира и 14% мировой добычи серебра). Китай проходит пик добычи угля в 2025 году, к 2050-м их добыча сократится втрое, а Россия достигнет пика сибирского угля к 2070 году. Поэтому только к 2040-м будет смысл красть современную технологию, чтобы за 10-20 лет развернуть заводы и выпекать панели вблизи места добычи.

Следует относиться к солнечным панелям как к энергетической капсуле. Перевозка по маршруту Сибирь-Шанхай-Кейптаун на электропоезде и балкере расходует около 5 ГДж энергии на каждую тонну груза (15% энергии перевозимого угля), а для солнечных панелей тот же маршрут потребит всего 0.01% их потенциальной энергии по самой консервативной оценке. Это означает экономию на железных дорогах (32% капитальных вложений в месторождение, это железные дороги).