Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ветровая силовая установка - это практика снижения расхода топлива торгового судна за счет использования парусов или других устройств для улавливания ветра. Раньше паруса были основным средством передвижения судов , но с появлением парового двигателя и дизельного двигателя паруса стали использовать только для прогулочного плавания. В последние годы с ростом затрат на топливо и повышенным вниманием к сокращению выбросов возрос интерес к использованию энергии ветра для движения коммерческих судов.

Ключевым препятствием для внедрения любых технологий обезуглероживания, в частности ветроэнергетических, часто обсуждается в академических кругах и в отрасли - наличие капитала. С одной стороны, судоходные кредиторы сокращают свои обязательства в целом [1], а с другой стороны, низкоуглеродные новостройки, а также проекты модернизации влекут за собой более высокие, чем обычно, капитальные затраты (CapEx). [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 сниженных сборов распределяются между пользователями, технологиями провайдеры и операторы.[5] [6]

Дизайн [ править ]

Механические средства преобразования кинетической энергии ветра в тягупоскольку корабль является предметом многих недавних исследований. В то время как ранние корабли, предназначенные в первую очередь для плавания, проектировались вокруг парусов, которые их приводили в движение, теперь коммерческие суда проектируются в основном с учетом груза, который они перевозят, что требует большой чистой палубы и минимального подвесного такелажа для облегчения обработки груза. Еще одно соображение при проектировании парусной двигательной установки для коммерческого судна состоит в том, что для того, чтобы она была экономически выгодной, она не может требовать значительно большей команды для работы и не может ставить под угрозу устойчивость корабля. Принимая во внимание эти критерии проектирования, три основных концепции стали ведущими проектами ветряных двигателей: «Wing Sail Concept», «Kite Sail» и «Flettner Rotor».

Концепция крыла паруса [ править ]

В результате роста цен на нефть в 1980-х годах правительство США заказало исследование экономической целесообразности использования ветряных двигателей для снижения расхода топлива судами торгового флота США.. Это исследование рассматривало пять различных конструкций и пришло к выводу, что при современных технологиях наиболее выгодным вариантом будет «концепция крыла-паруса». "Wing Sail Concept" в основном представляла собой автоматизированную систему больших прямоугольных твердых парусов, поддерживаемых цилиндрическими мачтами. Это были бы симметричные паруса, которые позволили бы минимальным усилиям поддерживать ориентацию паруса при разных углах ветра, однако эта конструкция была за счет повышения эффективности. Небольшое грузовое судно было оснащено этой системой для оценки фактического прироста топлива, в результате чего было оценено, что это экономит от 15 до 25% топлива судна. Несмотря на положительные результаты этого исследования, «концепция крыла-паруса» не прижилась и в настоящее время не встречается ни на каких коммерческих судах. [7]

Кайт парус [ править ]

Концепция кайт-паруса в последнее время вызвала большой интерес. Эта установка состоит из запуска гигантского воздушного змея с носовой части корабля, используя тягу, развиваемую воздушным змеем, чтобы помочь ему протащить корабль по воде. Другие концепции, которые были исследованы, были разработаны для того, чтобы кайт-установка попеременно выдвигалась и втягивалась на катушке, приводящей в действие генератор. Кайт, используемый в этой установке, аналогичен воздушным змеям, используемым любителями кайтбординга, в гораздо большем масштабе. Эта конструкция также позволяет пользователям увеличивать масштаб, запуская несколько воздушных змеев, расположенных друг над другом.

Идея использования воздушных змеев в настоящее время является наиболее популярной формой ветряной силовой установки на коммерческих судах, в основном из-за низкой стоимости модернизации системы на существующих судах с минимальным вмешательством в существующие конструкции. Эта система также позволяет в значительной степени автоматизировать использование компьютерного управления для определения идеального угла и положения кайта. Использование воздушного змея позволяет улавливать ветер на больших высотах, где скорость ветра выше и стабильнее. [8] Эта система в последнее время использовалась на нескольких кораблях, наиболее известным из которых является MS  Beluga Skysails , торговое судно, зафрахтованное Командованием военного морского транспорта США для оценки требований эффективности и возможности установки этой системы на другие корабли. [9]

Ротор Флеттнера [ править ]

Ранний корабль, демонстрирующий использование роторов Флеттнера
Схема, показывающая принципы работы ротора Флеттнера

Третья рассматриваемая конструкция - это ротор Флеттнера . Это большой цилиндр, установленный вертикально на палубе корабля и вращающийся механически. Воздействие этой вращающейся области в контакте с обтекающим ее ветром создает эффект тяги, который используется для движения корабля. Роторы Flettner были изобретены в 1920-х годах и с тех пор находили ограниченное применение. В 2010 году грузовое судно дедвейтом 10 000 тонн было оборудовано четырьмя роторами Flettner, чтобы оценить их роль в повышении топливной эффективности. С тех пор несколько грузовых судов и пассажирский паром были оснащены роторами. Недавние примеры включают: «Компания Viking Line установила паруса ротора Norsepower на круизном пароме Viking Grace, что сделало его единственным в мире действующим пассажирским судном с модернизированным ротором Flettner» [10]. «Институт энергетических технологий и Shell, Norsepower установили два своих винтовых паруса на борт танкера LR2 Maersk Pelican в августе 2018 года» [11]

Катамаран Фленсбург на Кильской неделе 2007
Maersk Pelican - самые большие роторы Flettner в мире по состоянию на 2019 год.

Единственный параметр ротора Флеттнера, требующий управления, - это скорость вращения ротора, поэтому этот метод ветровой тяги требует очень небольшого вмешательства оператора. По сравнению с кайтовыми парусами роторы Flettner часто обеспечивают значительное повышение эффективности по сравнению с размером паруса или воздушного змея по сравнению с размером ротора и преобладающими ветровыми условиями. [12]

Растущие тенденции [ править ]

Повышение эффективности этих трех механизмов помощи движению обычно составляет около 15–20% в зависимости от размера парусов. Основная причина того, что использование этих механизмов не является более распространенным, заключается в том, что судоходные компании не хотят устанавливать непроверенное оборудование. [13] Благодаря правительственным инициативам, направленным на сокращение выбросов и рост стоимости топлива, вполне вероятно, что эти двигательные установки получат более широкое распространение в ближайшие годы. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Viking Grace - круизное судно с несущим винтом
  • Круизный лайнер Wind Surf с поддержкой ветра
  • Ядерная морская двигательная установка
  • Двигательная установка с внутренним приводом
  • Интегрированная электрическая силовая установка
  • Комбинированная ядерная и паровая двигательная установка
  • Кормовой движитель
  • Морская силовая установка
  • Воздушно-независимая силовая установка

Ссылки [ править ]

  1. ^ Фербер, София (21 октября 2019). «Мировые судоходные финансы не оправдывают ожиданий, но греческие и французские банки продолжают расти» . Проверено 20 ноября 2020 года .
  2. ^ Халим, Рональд; Кирштейн, Люси; Мерк, Олаф; Мартинес, Луис (29.06.2018). «Пути декарбонизации для 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 Даниэль (2018-12-01). «Финансирование зеленых кораблей через схемы экспортного кредитования» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 65 : 300–311. DOI : 10.1016 / j.trd.2018.08.013 . ISSN 1361-9209 . 
  4. ^ Схинас, Орестис (2018), «Финансирование судов инновационных технологий» , 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 20.11.2020
  5. ^ Схинас, Орестис; Мецгер, Даниэль (2019-04-01). «Модель с оплатой по мере накопления для продвижения экологичных технологий в судоходстве» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 69 : 184–195. DOI : 10.1016 / j.trd.2019.01.018 . ISSN 1361-9209 . 
  6. ^ Мецгер, Даниэль; Схинас, Орестис (01.12.2019). «Нечеткие реальные варианты и общие сбережения: оценка инвестиций в экологически чистые технологии судоходства» . Транспортные исследования, часть D: Транспорт и окружающая среда . 77 : 1–10. DOI : 10.1016 / j.trd.2019.09.016 . ISSN 1361-9209 . 
  7. ^ Бергесон, Ллойд. (1981). Ветровая силовая установка для кораблей американского торгового флота. Спрингфилд, Вирджиния: Национальная служба технической информации.
  8. ^ Риццуто, E. (2012). Устойчивый морской транспорт и использование морских ресурсов . Лондон, Великобритания: CRC Press
  9. ^ Конрад, Джон. (2009, апрель). Журнал погоды моряков Том 53 № 1. Получено с веб-сайта Министерства торговли США: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml
  10. ↑ Редакторы (11 апреля 2018 г.). «Викинг Лайн устанавливает Роторный парус на круизном пароме» . Морской исполнительный орган . Проверено 20 ноября 2020 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  11. ↑ Редакторы (25 октября 2019 г.). «Испытания ротора Флеттнера обеспечивают реальную экономию топлива» . Морской исполнительный орган . Проверено 20 ноября 2020 .CS1 maint: extra text: authors list (link)
  12. ^ Траут Майкл. (2014, январь). Вклад движущей силы воздушного змея и ротора Флеттнера на выбранных маршрутах доставки. Прикладная энергия, 113, 362–372.
  13. ^ Конрад, Джон. (2009, апрель). Журнал погоды моряков Том 53 № 1. Получено с веб-сайта Министерства торговли США: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml