Движение с помощью ветра

Движение с помощью ветра — это практика снижения расхода топлива торгового судна за счет использования парусов или другого устройства улавливания ветра. Паруса раньше были основным средством передвижения кораблей , но с появлением парового двигателя и дизельного двигателя паруса стали использоваться только для прогулочного плавания. В последние годы, в связи с ростом цен на топливо и повышенным вниманием к сокращению выбросов, возрос интерес к использованию силы ветра для приведения в движение коммерческих судов.

Ключевым барьером для внедрения любой технологии декарбонизации, в частности технологий, использующих энергию ветра, часто обсуждается в научных кругах и промышленности, является доступность капитала. С одной стороны, кредиторы судоходных компаний в целом сокращают свои обязательства. ^{[ 1 ]} в то время как, с другой стороны, низкоуглеродные новостройки, а также проекты модернизации влекут за собой более высокие, чем обычно, капитальные затраты. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Таким образом, исследовательские усилия направлены на развитие совместной экономики и бизнес-моделей лизинга , в которых выгоды от сокращения потребления ископаемого топлива, а также выгоды от квот на выбросы углерода или снижения сборов распределяются между пользователями, поставщиками технологий и операторами. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Дизайн

Механические средства преобразования кинетической энергии ветра в тягу корабля являются предметом многочисленных недавних исследований. Если ранние корабли, предназначенные в первую очередь для плавания, проектировались с учетом парусов, которые их приводили в движение, то коммерческие суда теперь проектируются в основном с учетом груза, который они перевозят, и для облегчения погрузочно-разгрузочных работ требуется большая чистая палуба и минимальное верхнее такелажное оборудование. Еще одно соображение при проектировании парусной двигательной установки для коммерческого судна заключается в том, что для того, чтобы она была экономически выгодной, она не может требовать для работы значительно большего экипажа и не может поставить под угрозу остойчивость корабля. Принимая во внимание эти критерии проектирования, в качестве ведущих конструкций ветроэнергетических двигателей стали три основные концепции: «Концепция крылатого паруса», «Воздушный парус» и «Ротор Флеттнера».

Крылья

В результате роста цен на нефть в 1980-х годах правительство США заказало исследование экономической целесообразности использования ветровой тяги для снижения расхода топлива кораблями торгового флота США . В этом исследовании было рассмотрено несколько конструкций и сделан вывод, что крыловой парус будет наиболее эффективным. Исследуемый вариант крылатого паруса представлял собой автоматизированную систему больших прямоугольных цельных парусов, поддерживаемых цилиндрическими мачтами. Это будут симметричные паруса, которые позволят с минимальными усилиями поддерживать ориентацию паруса при различных углах ветра; однако эта конструкция была менее эффективной. Небольшое грузовое судно было оснащено этой системой для оценки фактической экономии топлива, в результате чего, по оценкам, она позволила сэкономить от 15 до 25% топлива судна. ^{[ 7 ]}

Кайт-парус

Концепция воздушного змея в последнее время вызвала большой интерес. Эта установка состоит из запуска гигантского воздушного змея с носовой части корабля с использованием тяги, развиваемой змеем, чтобы помочь тянуть корабль через воду. Другие концепции, которые были исследованы, были разработаны таким образом, чтобы кайт-оборудование попеременно вытягивалось и втягивалось на катушке, приводя в движение генератор. Кайт, используемый в этой установке, похож на воздушные змеи, используемые кайтбордистами - любителями , но в гораздо большем масштабе. Эта конструкция также позволяет пользователям расширять ее масштаб, запуская несколько воздушных змеев, расположенных друг над другом.

Идея использования воздушных змеев была в 2012 году самой популярной формой ветроэнергетической установки на коммерческих судах, во многом из-за низкой стоимости модернизации системы на существующих судах с минимальным вмешательством в существующие конструкции. Эта система также допускает большую степень автоматизации, используя компьютерное управление для определения идеального угла и положения кайта. Использование воздушного змея позволяет улавливать ветер на больших высотах, где скорость ветра выше и более постоянна. ^{[ 8 ]} Эта система использовалась на нескольких кораблях, наиболее заметным из которых в 2009 году стал MS Beluga Skysails , торговое судно, зафрахтованное Командованием военных морских перевозок США для оценки заявлений об эффективности и возможности установки этой системы на другие корабли. ^{[ 9 ]}

Ротор Флеттнера

Третья рассматриваемая конструкция — ротор Флеттнера . Это большой цилиндр, установленный вертикально на палубе корабля и вращающийся механически. Эффект этой вращающейся области при контакте с обтекающим ее ветром создает эффект тяги, который используется для приведения корабля в движение. Роторы Флеттнера были изобретены в 1920-х годах и с тех пор использовались ограниченно. В 2010 году грузовое судно дедвейтом 10 000 тонн было оснащено четырьмя роторами Флеттнера, чтобы оценить их роль в повышении топливной эффективности. С тех пор роторами были оснащены несколько грузовых судов и пассажирский паром.

Единственным параметром ротора Флеттнера, требующим контроля, является скорость вращения ротора, а это означает, что этот метод ветрового движения требует очень незначительного участия оператора. По сравнению с воздушными парусами, роторы Флеттнера часто обеспечивают значительный прирост эффективности по сравнению с размером паруса или воздушного змея, а также с размером ротора и преобладающими ветровыми условиями. ^{[ 10 ]}

Примеры роторных установок Флеттнера 2018 года включают:

Круизный паром Viking Grace стал первым пассажирским судном с ротором. ^{[ 11 ]}
Танкер-наливщик Maersk Pelican был модернизирован двумя несущими винтами. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}
Ультрамакс-балкер «Афрос» получил четыре несущих винта, которые можно отодвигать в сторону во время портовых операций. ^{[ 14 ]}

Выполнение

Повышение эффективности этих трех механизмов содействия движению обычно составляет около 15–20% в зависимости от размера системы. По состоянию на 2009 год судоходные компании не решались устанавливать непроверенное оборудование. ^{[ 15 ]} По состоянию на 2019 год несколько инициатив изучали возможность экономически эффективной ветровой установки для коммерческих судов, в том числе шведская концепция Oceanbird по использованию крыльевых парусов, ^{[ 16 ]} японский проект Wind Challenger, ^{[ 17 ]} и несколько координирующих ассоциаций. ^{[ 17 ]}

См. также

Pyxis Ocean — балкер, оснащенный ветроэнергетическими установками.
Viking Grace — круизный лайнер с роторным двигателем.
Wind Surf , круизный лайнер с ветровой поддержкой.
Турбопарус - Тип судовой двигательной установки.
DynaRig – современная форма такелажа парусного судна.
Корабль с водородным двигателем
Ядерная морская двигательная установка
Внутренний привод
Интегрированная электрическая силовая установка
Комбинированная ядерная и паровая двигательная установка
Задняя силовая установка
Морская силовая установка
Воздухонезависимая двигательная установка

Ссылки

^ Фурбер, София (21 октября 2019 г.). «Глобальное судоходство финансируется танками, но греческие и французские банки находятся на плаву» . Проверено 20 ноября 2020 г.
^ Халим, Рональд; Кирштейн, Люси; Мерк, Олаф; Мартинес, Луис (29 июня 2018 г.). «Пути декарбонизации международного морского транспорта: модельная оценка воздействия политики» . Устойчивость . 10 (7): 2243. doi : 10.3390/su10072243 . ISSN 2071-1050 .
^ Схинас, Орестис; Росс, Харм Хауке; Россол, Тобиас Дэниел (01 декабря 2018 г.). «Финансирование «зеленых» судов через схемы экспортного кредитования» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 65 : 300–311. дои : 10.1016/j.trd.2018.08.013 . ISSN 1361-9209 . S2CID 116208589 .
^ Схинас, Орестис (2018), «Финансирование судов с инновационными технологиями» , «Финансы и управление рисками для международной логистики и цепочки поставок », Elsevier, стр. 167–192, doi : 10.1016/b978-0-12-813830-4.00007-1 , ISBN 978-0-12-813830-4 , получено 20 ноября 2020 г.
^ Схинас, Орестис; Мецгер, Дэниел (01 апреля 2019 г.). «Модель «плати по мере экономии» для продвижения экологически чистых технологий в судоходстве» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 69 : 184–195. дои : 10.1016/j.trd.2019.01.018 . ISSN 1361-9209 . S2CID 115879277 .
^ Мецгер, Дэниел; Схинас, Орестис (01 декабря 2019 г.). «Нечеткие реальные варианты и общие сбережения: оценка инвестиций в технологии зеленого судоходства» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 77 : 1–10. дои : 10.1016/j.trd.2019.09.016 . ISSN 1361-9209 . S2CID 208839914 .
^ Корпорация развития ветряных кораблей (1981). Ветровые силовые установки для кораблей американского торгового флота . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство торговли США. hdl : 2027/mdp.39015000478001 .
^ Риццуто, Э. (2012). Устойчивые морские перевозки и эксплуатация морских ресурсов . Лондон, Великобритания: CRC Press
^ Конрад, Джон. (2009, апрель). Журнал погоды Mariners, том 53, № 1. Получено с веб-сайта Министерства торговли США: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml.
^ Траут Майкл. (2014, январь). Движущая сила воздушного змея и ротора Флеттнера на выбранных маршрутах судоходства. Прикладная энергетика, 113, 362–372.
^ «Viking Line устанавливает роторный парус на круизный паром» . Морская исполнительная власть . 11 апреля 2018 года . Проверено 20 ноября 2020 г.
^ «Испытание ротора Флеттнера обеспечивает реальную экономию топлива» . Морская исполнительная власть . 25 октября 2019 г. . Проверено 20 ноября 2020 г.
^ Кунду, Анкур (29 января 2021 г.). «Maersk Tankers продает свое первое судно с ветровой системой» . Морская исполнительная власть . Проверено 23 июля 2021 г.
^ Рокер, Стефани (14 декабря 2018 г.). «Балкер Ultramax с ветряными двигателями; награжден судном года 2018» . Сухая масса . Проверено 23 июля 2021 г.
^ «Журнал погоды Mariners, том 53, № 1, апрель 2009 г.» . www.vos.noaa.gov . Проверено 22 августа 2023 г.
^ Левин, Тим. «Эта концепция грузового корабля оснащена гигантскими крыльями и призвана сократить выбросы на 90% — посмотрите «Oceanbird» » . Бизнес-инсайдер . Проверено 8 октября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б Спросс, Джефф (26 февраля 2019 г.). «Почему грузовые корабли могут (буквально) снова выйти в открытое море» . Неделя . Проверено 22 августа 2023 г.

[1] Фурбер, София (21 октября 2019 г.). «Глобальное судоходство финансируется танками, но греческие и французские банки находятся на плаву» . Проверено 20 ноября 2020 г.

[2] Халим, Рональд; Кирштейн, Люси; Мерк, Олаф; Мартинес, Луис (29 июня 2018 г.). «Пути декарбонизации международного морского транспорта: модельная оценка воздействия политики» . Устойчивость . 10 (7): 2243. doi : 10.3390/su10072243 . ISSN 2071-1050 .

[3] Схинас, Орестис; Росс, Харм Хауке; Россол, Тобиас Дэниел (01 декабря 2018 г.). «Финансирование «зеленых» судов через схемы экспортного кредитования» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 65 : 300–311. дои : 10.1016/j.trd.2018.08.013 . ISSN 1361-9209 . S2CID 116208589 .

[4] Схинас, Орестис (2018), «Финансирование судов с инновационными технологиями» , «Финансы и управление рисками для международной логистики и цепочки поставок », Elsevier, стр. 167–192, doi : 10.1016/b978-0-12-813830-4.00007-1 , ISBN 978-0-12-813830-4 , получено 20 ноября 2020 г.

[5] Схинас, Орестис; Мецгер, Дэниел (01 апреля 2019 г.). «Модель «плати по мере экономии» для продвижения экологически чистых технологий в судоходстве» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 69 : 184–195. дои : 10.1016/j.trd.2019.01.018 . ISSN 1361-9209 . S2CID 115879277 .

[6] Мецгер, Дэниел; Схинас, Орестис (01 декабря 2019 г.). «Нечеткие реальные варианты и общие сбережения: оценка инвестиций в технологии зеленого судоходства» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 77 : 1–10. дои : 10.1016/j.trd.2019.09.016 . ISSN 1361-9209 . S2CID 208839914 .

[7] Корпорация развития ветряных кораблей (1981). Ветровые силовые установки для кораблей американского торгового флота . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство торговли США. hdl : 2027/mdp.39015000478001 .

[8] Риццуто, Э. (2012). Устойчивые морские перевозки и эксплуатация морских ресурсов . Лондон, Великобритания: CRC Press

[9] Конрад, Джон. (2009, апрель). Журнал погоды Mariners, том 53, № 1. Получено с веб-сайта Министерства торговли США: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml.

[10] Траут Майкл. (2014, январь). Движущая сила воздушного змея и ротора Флеттнера на выбранных маршрутах судоходства. Прикладная энергетика, 113, 362–372.

[11] «Viking Line устанавливает роторный парус на круизный паром» . Морская исполнительная власть . 11 апреля 2018 года . Проверено 20 ноября 2020 г.

[12] «Испытание ротора Флеттнера обеспечивает реальную экономию топлива» . Морская исполнительная власть . 25 октября 2019 г. . Проверено 20 ноября 2020 г.

[13] Кунду, Анкур (29 января 2021 г.). «Maersk Tankers продает свое первое судно с ветровой системой» . Морская исполнительная власть . Проверено 23 июля 2021 г.

[14] Рокер, Стефани (14 декабря 2018 г.). «Балкер Ultramax с ветряными двигателями; награжден судном года 2018» . Сухая масса . Проверено 23 июля 2021 г.

[15] «Журнал погоды Mariners, том 53, № 1, апрель 2009 г.» . www.vos.noaa.gov . Проверено 22 августа 2023 г.

[:0-16] Левин, Тим. «Эта концепция грузового корабля оснащена гигантскими крыльями и призвана сократить выбросы на 90% — посмотрите «Oceanbird» » . Бизнес-инсайдер . Проверено 8 октября 2020 г.

[:1-17] Jump up to: ^а ^б Спросс, Джефф (26 февраля 2019 г.). «Почему грузовые корабли могут (буквально) снова выйти в открытое море» . Неделя . Проверено 22 августа 2023 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]