Napęd wspomagany wiatrem

Napęd wspomagany wiatrem to praktyka zmniejszania zużycia paliwa przez statek handlowy poprzez użycie żagli lub innego urządzenia wychwytującego wiatr. Żagle były kiedyś głównym środkiem napędzania statków , ale wraz z pojawieniem się silnika parowego i silnika wysokoprężnego żagle zaczęto wykorzystywać wyłącznie do żeglowania rekreacyjnego. W ostatnich latach, wraz ze wzrostem kosztów paliwa i większym naciskiem na redukcję emisji, wzrosło zainteresowanie wykorzystaniem siły wiatru do napędzania statków handlowych.

Kluczową barierą we wdrażaniu jakiejkolwiek technologii dekarbonizacji, w szczególności wspomaganej wiatrem, jest często dyskutowana w środowisku akademickim i branżowym dostępność kapitału. Z jednej strony pożyczkodawcy spedycyjni ogólnie zmniejszają swoje zobowiązania, z drugiej strony niskoemisyjne nowe budowle oraz projekty modernizacyjne pociągają za sobą wyższe niż zwykle nakłady kapitałowe (CapEx). Dlatego wysiłek badawczy skierowany jest w stronę rozwoju ekonomii współdzielenia i leasingu modele biznesowe, w których korzyści wynikające ze zmniejszonego zużycia paliw kopalnych, a także zyski z uprawnień do emisji dwutlenku węgla lub obniżonych opłat są dzielone między użytkowników, dostawców technologii i operatorów.

Projekt

Mechaniczne sposoby przekształcania energii kinetycznej wiatru w ciąg dla statku są przedmiotem wielu ostatnich badań. Tam, gdzie wczesne statki zaprojektowane głównie do żeglugi były projektowane wokół żagli, które je napędzały, statki handlowe są obecnie projektowane głównie wokół przewożonego przez nie ładunku, co wymaga dużego, wolnego pokładu i minimalnego takielunku napowietrznego, aby ułatwić obsługę ładunku. Inną kwestią projektową przy projektowaniu układu napędowego żagla dla statku handlowego jest to, że aby był on ekonomicznie korzystny, nie może wymagać znacznie większej załogi do działania i nie może zagrażać stabilności statku. Biorąc pod uwagę te kryteria projektowe, wyłoniły się trzy główne koncepcje jako wiodące projekty napędu wspomaganego wiatrem: „Wing Sail Concept”, „Kite Sail” i „Flettner Rotor”.

Żagiel skrzydłowy

W wyniku rosnących cen ropy w latach 80. rząd Stanów Zjednoczonych zlecił badanie ekonomicznej wykonalności wykorzystania napędu wspomaganego wiatrem w celu zmniejszenia zużycia paliwa przez statki w Marynarce Handlowej Stanów Zjednoczonych . W badaniu tym rozważono kilka projektów i stwierdzono, że żagiel skrzydłowy bylby najskuteczniejszy. Badana opcja żagli skrzydłowych składała się ze zautomatyzowanego systemu dużych prostokątnych pełnych żagli wspartych na cylindrycznych masztach. Byłyby to żagle symetryczne, które pozwalałyby na minimalną obsługę w celu utrzymania orientacji żagla przy różnych kątach wiatru; jednak ten projekt był mniej wydajny. Mały frachtowiec został wyposażony w ten system w celu oceny rzeczywistych zysków paliwa, w wyniku czego oszacowano, że zaoszczędzono od 15 do 25% paliwa statku.

Żagiel latawiec

Koncepcja żagla latawca spotkała się ostatnio z dużym zainteresowaniem. Ten zestaw polega na puszczaniu gigantycznego latawca z dziobu statku, wykorzystując przyczepność rozwiniętą przez latawiec, aby pomóc w ciągnięciu statku przez wodę. Inne koncepcje, które zostały zbadane, miały na celu naprzemienne wyciąganie i chowanie zestawu latawca na szpuli, napędzając generator. Latawiec używany w tej konfiguracji jest podobny do latawców używanych przez rekreacyjnych kiteboarderów , na znacznie większą skalę. Ten projekt pozwala również użytkownikom rozszerzyć jego skalę, latając wieloma latawcami w układzie piętrowym.

Pomysł wykorzystania latawców był w 2012 roku najpopularniejszą formą napędu wspomaganego wiatrem na statkach handlowych, głównie ze względu na niski koszt modernizacji systemu na istniejących statkach, przy minimalnej ingerencji w istniejące konstrukcje. Ten system pozwala również na dużą automatyzację, wykorzystując sterowanie komputerowe do określenia idealnego kąta i pozycji latawca. Używanie latawca pozwala uchwycić wiatr na większych wysokościach, gdzie prędkość wiatru jest większa i bardziej stała. Ten system był używany na kilku statkach, z których najbardziej godnym uwagi w 2009 roku był MS Beluga Skysails , statek handlowy wyczarterowany przez US Military Sealift Command ocenić twierdzenia dotyczące wydajności i wykonalności zamontowania tego systemu na innych statkach.

Wirnik Flettnera

Wczesny statek demonstrujący użycie wirników Flettner
Diagram przedstawiający zasady działania Flettner Rotor

Trzecią rozważaną konstrukcją jest wirnik Flettnera . Jest to duży cylinder zamontowany pionowo na pokładzie statku i obracany mechanicznie. Efekt tego wirującego obszaru w kontakcie z otaczającym go wiatrem tworzy efekt ciągu, który jest używany do napędzania statku. Wirniki Flettner zostały wynalezione w latach dwudziestych XX wieku i od tego czasu były używane w ograniczonym zakresie. W 2010 roku statek towarowy o nośności 10 000 dwt został wyposażony w cztery wirniki Flettner w celu oceny ich roli w zwiększaniu efektywności paliwowej. Od tego czasu kilka statków towarowych i prom pasażerski zostały wyposażone w wirniki.

Jedynym parametrem wirnika Flettnera wymagającym kontroli jest prędkość obrotowa wirnika, co oznacza, że ​​ta metoda napędu wiatrowego wymaga bardzo niewielkiej ingerencji operatora. W porównaniu z żaglami latawcowymi, rotory Flettner często oferują znaczny wzrost wydajności w porównaniu z rozmiarem żagla lub latawca, w porównaniu z rozmiarem wirnika i panującymi warunkami wietrznymi.

Przykłady instalacji rotora Flettnera w 2018 roku obejmują:

  • Prom wycieczkowy Viking Grace stał się pierwszym statkiem pasażerskim z wirnikiem.
  • Cysterna płynna Maersk Pelican została doposażona w dwa wirniki.
  • Ultramax masowiec Afros otrzymał cztery wirniki, które można odsunąć na bok podczas operacji portowych.
Flensburg katamaran na Kiel Week 2007
Maersk Pelican z wirnikami Flettnera

Rosnące trendy

Wzrost wydajności tych trzech mechanizmów wspomagania napędu wynosi zwykle około 15–20%, w zależności od wielkości systemu. Głównym powodem, dla którego stosowanie tych mechanizmów nie jest bardziej rozpowszechnione, jest głównie niechęć firm żeglugowych do instalowania nieprzetestowanego sprzętu. Wraz z rządowymi inicjatywami zachęcającymi do zmniejszenia emisji dwutlenku węgla i rosnącymi kosztami paliwa, wydawało się prawdopodobne, że te układy napędowe będą w nadchodzących latach powszechniej stosowane. [ potrzebne źródło ]

Projektowanie

  • Inteligentny Sojusz Zielonej Żeglugi
  • Vindskip : Projekt statku wykorzystujący kadłub jako żagiel
  • Projekt Wind Challenger
  • wentylacja
  • oceaniczny ptak
  • Sailcargo

Organizacje

  • Międzynarodowe Stowarzyszenie Windship

Zobacz też

  1. ^ Furber, Zofia (21 października 2019). „Globalne zbiorniki finansowania żeglugi, ale banki greckie i francuskie są prężne” . Źródło 20 listopada 2020 r . {{ cite web }} : CS1 maint: stan adresu URL ( link )
  2. Bibliografia   _ Kirstein, Łucja; Merk, Olaf; Martinez, Louis (2018-06-29). „Ścieżki dekarbonizacji międzynarodowego transportu morskiego: ocena wpływu polityki oparta na modelu” . Zrównoważony rozwój . 10 (7): 2243. doi : 10.3390/su10072243 . ISSN 2071-1050 .
  3. ^    Schinas, Orestis; Ross, Harm Hauke; Rossol, Tobiasz Daniel (2018-12-01). „Finansowanie ekologicznych statków poprzez systemy kredytów eksportowych” . Badania nad transportem Część D: Transport i środowisko . 65 : 300–311. doi : 10.1016/j.trd.2018.08.013 . ISSN 1361-9209 . S2CID 116208589 .
  4. Bibliografia   zewnętrzne _ _ _ _ _ _ 1 , ISBN 978-0-12-813830-4 , pobrane 20.11.2020 Linki
  5. ^    Schinas, Orestis; Metzger, Daniel (2019-04-01). „Model pay-as-you-save na rzecz promocji ekologicznych technologii w żegludze” . Badania nad transportem Część D: Transport i środowisko . 69 : 184–195. doi : 10.1016/j.trd.2019.01.018 . ISSN 1361-9209 . S2CID 115879277 .
  6. Bibliografia    _ Schinas, Orestis (2019-12-01). „Rozmyte opcje rzeczywiste i wspólne oszczędności: ocena inwestycji w ekologiczne technologie żeglugowe” . Badania nad transportem Część D: Transport i środowisko . 77 : 1–10. doi : 10.1016/j.trd.2019.09.016 . ISSN 1361-9209 . S2CID 208839914 .
  7. ^ Wind Ship Development Corporation (1981). Napęd wiatrowy dla statków amerykańskiej marynarki handlowej . Waszyngton, DC: Departament Handlu USA. hdl : 2027/mdp.39015000478001 .
  8. ^ Rizzuto, E. (2012). Zrównoważony transport morski i eksploatacja zasobów morskich . Londyn, Wielka Brytania: CRC Press
  9. Bibliografia _ (2009, kwiecień). Mariners Weather Log Vol.53 nr 1. Pobrane ze strony internetowej Departamentu Handlu USA: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml
  10. Bibliografia _ (2014, styczeń). Udział mocy napędowej latawca i wirnika Flettnera na wybranych szlakach żeglugowych. Energia stosowana, 113, 362–372.
  11. ^ „Viking Line instaluje Rotor Sail na promie wycieczkowym” . Zarząd Morski . 11 kwietnia 2018 . Źródło 2020-11-20 . {{ cite web }} : CS1 maint: stan adresu URL ( link )
  12. ^ „Próba wirnika Flettner zapewnia rzeczywiste oszczędności paliwa” . Zarząd Morski . 25 października 2019 . Źródło 2020-11-20 . {{ cite web }} : CS1 maint: stan adresu URL ( link )
  13. ^ Kundu, Ankur (29 stycznia 2021). „Maersk Tankers sprzedaje swój pierwszy statek wspomagany wiatrem” . Zarząd Morski . Źródło 2021-07-23 . {{ cite web }} : CS1 maint: stan adresu URL ( link )
  14. ^ Roker, Stephanie (14.12.2018). „Ultramax masowiec zainstalowany z silnikami wiatrowymi; zdobywca nagrody Ship of the Year 2018” . Suchy luzem . Źródło 2021-07-23 . {{ cite web }} : CS1 maint: stan adresu URL ( link )
  15. Bibliografia _ (2009, kwiecień). Mariners Weather Log Vol.53 nr 1. Pobrane ze strony internetowej Departamentu Handlu USA: http://www.vos.noaa.gov/MWL/apr_09/skysails.shtml
  16. ^ „Dlaczego statki towarowe mogą (dosłownie) ponownie pływać po pełnym morzu” . Tydzień . 2019-02-26 . Źródło 2021-08-18 .
  17. ^ „Ogromne 80-metrowe żagle Oceanbird zmniejszają emisje z transportu towarowego o 90%” . Nowy Atlas . 2020-09-14 . Źródło 2021-08-18 .
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wind-assisted_propulsion&oldid=1131295455 ”