DNV：越來越多的商船利用風力技術減排

2022-05-17 17:24:42
來源：國際船舶網編輯：國際船舶網我有話要說

由于國際海事組織（IMO）邁向2050年軌跡，以及不斷上漲的燃料價格導致減少燃料消耗與碳排放的需要，航運業正在重新挖掘風力推動的潛能。目前正在進行中的多個項目對商船利用風能的可行性開展研究。

世界各地港口的船舶觀測者都在納悶：有些船舶的甲板上，那些看上去有點滑稽的構造是什么？高大的柱狀物看起來像尺寸超標的煙囪，或者讓人聯想起飛機的機翼。

他們看到的是現代的風帆，這是運用最新科學發現推動船舶的創新設計。由于航運業認識到脫碳的必要性，目前產生了數量驚人、種類繁多的風力輔助推進系統（WAPS）項目，這些項目通常得到了政府支持。雖然眼下還不清楚，未來碳中和背景下有哪些驅動船舶的燃料和技術，成本會是多少，但對于有遠見的利益相關方來說，風力輔助推進技術已經成為減少船舶碳足跡的技術之一，也為確定和開發下一代動力源贏得了時間。

對風力輔助推進重拾興趣

“近年來已經開展了大量的WAPS開發工作，但大部分不為主流市場所知”，DNV首席工程師Uwe Hollenbach表示，“現在這個行業開始意識到，降速航行和其他效率增強方式的效果有限，你必須想得更遠。”

致力于風能的倡議和聯合項目不斷涌現。各類大會、研究和論文推動航運業界迎接風力輔助推進的到來。IMO近期更新了EEDI和EEXI的計算模式，讓WAPS系統能發揮更大的現實效益。

新風帆材料和虛擬建模實現效率水平最大化

這一領域肯定會出現新的動態，而且是件嚴肅的事。“風力是一種用之不竭的能源 — 可能有些不穩定，但足夠強大，值得我們重新考慮”，DNV頂級帆船專家、高級首席工程師Hasso Hoffmeister說，“你基本上不會在風能上出錯 — 免費、零碳，而且有很多改造方案可供選擇，其中不少都易于安裝。此外，在合適的地區，總能獲得零成本的風能 — 它提供了一定的規劃可靠性，不再受制于燃燒燃料的供應和價格波動。”

帆船和流體動力學專家、尤其是從事賽艇領域的專家一直在開發和改進創新風帆系統。通過先進的輕量化材料和虛擬建模仿真，實現和展示了前所未有的效率水平。傳感器系統與計算機對復雜的現代風力推進裝置的處理與控制加以優化。目前成熟的技術使輔助風力推進成為貨輪現實可行的選擇之一。

風力推進的基本考量因素

在Uwe Hollenbach看來，考慮采用風力輔助推進時，需要考量以下基本因素：

- 運營地區應具備足夠的風力。相比中高緯度地區，熱帶地區的風力不夠可靠。

- 小型船舶可選擇的系統更多。但大型船舶往往受到限制，因為空氣阻力降低了風帆系統的效率。裝載甲板貨物的船舶也需要高效布置風帆系統的新理念。

- 天氣導航有助于提升WAPS效率。

- 在啟動WAPS項目前，強烈建議開展危害識別研究（HAZID）。桅桿和風帆必須遠離駕駛臺和吊桿，并保護其免受惡劣天氣和海況的影響。否則會影響船舶的操控和裝卸、視線及安全。

- 新船規劃WAPS的效果要優于改造，設計師可以考慮穩性、效率以及電力需求，并將WAPS納入混動推進系統，實現投資效益最大化。

由于這些因素，在現有采用風力輔助推進系統的船舶中，燃料節省和減排數值的差異很大。“DNV擁有全面的風能專業知識和模擬工具。作為獨立第三方，我們能夠預測設計方案的輔助推進功率和燃料節省情況，并計算EEDI或EEXI”，Hasso Hoffmeister說。DNV已經制訂了WAPS系統認證標準，并對市場上很多WAPS系統授予了AiP（原則性認可證書）。

基于DNVST0511標準的DNV船級標識WAPS，用于風力輔助推進系統，涵蓋了諸多常見的風帆類型。

旋翼帆技術已得到證實

目前商船上最受歡迎也是風險最小的WAPS技術是旋翼帆，也被稱為福萊特納帆，以上世紀二十年代的發明者命名，Hoffmeister說。在小型船舶上安裝旋翼帆，通過先進的計算機控制技術實現了4.5%的燃料節省，最高可達25%。渡船、汽車船、多用途船、散貨船和油船上的旋翼帆改造相對簡單。

18米的“經濟型福萊特納”旋翼帆最高可節省20%的燃料。

例如，Norsepower在一艘成品油船上改造了兩臺DNV認證的旋翼帆，節約了8.2%的燃料消耗。之后，有兩艘混動渡船安裝了DNV認證的福萊特納旋翼帆。目前為止安裝旋翼帆的最大船舶是一艘散貨船，共安裝了五臺，旋翼帆在貨物裝卸時可以放倒，預計可節省8%的燃料消耗。DNV入級的滾裝船“SC Connector”安裝了兩臺福萊特納旋翼帆，預計將減少25%的排放，船舶通過大橋時可以放倒帆。目前驗證測量工作正在進行中。

“經濟型福萊特納”平均節省10-20%的燃料消耗

“經濟型福萊特納”的首個應用項目是多用途船“Fehn Pollux”，該船安裝了一臺旋翼帆，其平均燃料節省高達10-12%，超出了所有人的預期。福萊特納大家庭的另一個成員，是倫敦的Anemoi海事技術公司在一艘散貨船上改建了四臺旋翼帆，并同樣通過了DNV認證。旋翼帆安裝在滑軌上，可以避開碼頭吊桿。“福萊特納”原理越來越普及：DNV近期為韓國大宇造船海洋株式會社開發的旋翼帆系統授予了原則性認可證書。

運用帆船競賽技術減少商船的碳排放

與此同時，最初為帆船競賽發明的創新風帆類型已經進入了商船貨運領域，主要航運公司都對運用這些技術表示意愿。英國樸茨茅斯的BAR技術公司以及Yara海運技術公司開發了名為“風翼”的固體翼帆系統，并于2021年11月獲得了DNV的原則性認可證書。這種模仿飛機機翼的翼帆設計為兩組到五組，完全由計算機控制。據BAR技術公司介紹，平均可以減少船舶30%的二氧化碳排放。

“為海事行業開發新的風力推進技術并非易事，因為安全處于最重要的地位。在‘風翼’的早期安裝中，與DNV的合作非常重要，我們獲益良多。通過原則性認可的專業方法和架構以及設計審批，我們的工作不僅確�？冃�，還注重可靠性與安全性”，BAR技術公司首席執行官John Cooper表示。

“風翼”可以折疊，能讓船舶通過橋梁，并確保貨艙口的自由出入。BAR技術公司與跨國食品巨頭嘉吉等公司建立了合作關系，將于2022年底在嘉吉一艘大型干散貨船上改造首臺“風翼”。嘉吉宣布，計劃在未來幾年中租賃20艘以上的新型風力輔助船。

翼帆可減少高達45%的環境足跡

DNV還向VPLP設計公司開發的AYRO海翼3.6.3風力輔助推進系統授予了原則性審批證書。這艘121米長的滾裝船計劃于2022年交付，將配備四臺自動化“海翼”翼帆，預計該船的環境足跡將減少20-45%。

AlfaWall Oceanbird是華輪威爾森和阿法拉伐組建的合資公司，從事風力推進和風力輔助的飛機機翼型剛性翼帆的開發工作。整個“海鳥”概念包括了翼帆、特殊設計的船體和航速/航線推薦，能減少最多90%的排放。“從上一次著手研究風帆動力以來，技術已經大為改觀”，該公司董事總經理Niclas Dahl介紹，“自動化、傳感器、材料技術、航線規劃、天氣預報，所有這些結合在一起，讓我們從全新的角度審視風力推進。我們可以做15年前不可能做的事情。”

Cousteau演示吸力翼帆

吸力翼帆是指利用內部的風扇、通過開孔矩陣吸入周圍的空氣，從而產生翼帆的“抬升”效應。這項技術由Jacques-YvesCousteau在他的“Alcyone”船上首次成功應用，并得到了eConowind的優化。目前在兩艘普通貨船上安裝了兩臺移動箱式裝置，類似項目也在西班牙落地。

風箏歸來

風箏正在迎來復興：2022年，一種創新的自動化風箏帆將開展為期半年的海上試航，空客公司的子公司Airseas將在一艘滾裝船上布置半幅尺寸的“海翼”演示風箏。另有一艘安裝海翼風箏系統的LNG動力散貨船計劃于2024年交付。

風箏被視為一種非常有效的風能利用方式。2022年，空客公司旗下的Airseas將在一艘滾裝船上布置半幅尺寸的“海翼”演示風箏。

綠色融資青睞風力推進

隨著所有WAPS項目績效數據的出爐，產生的經濟效益也會相當可觀。而且新造船采用風力輔助推進對于綠色融資計劃來說更具吸引力。征收碳稅以及不斷收緊的脫碳目標會增強風力推進的吸引力。在DNV全球航運咨詢總監Jan-Henrik Hübner看來，鑒于當前燃料價格高企而WAPS技術已經成熟，技術可行性方面已經不存在壁壘，這是一個好消息：“運營商無需購買的每一噸燃料都是額外的利潤”。畢竟，風力就是金錢！

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