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"风翼"增强了船舶的节能减排功能

 21st Oct 2020

造船师


TNA Chinese 2德国航运公司Reederei Nord的所有者Christian OldendorffBAR Technologies公司的美洲杯帆船设计者兼工程师Simon Schofield的一次偶然会面可能会使大型商船的风力推进向前迈进一大步。


Oldendorff先生是一位风投人士。他启动了一个专门投资颠覆性海事技术的项目,称为Amplifier(增强器)。Oldendorff先生和Schofield先生在那次会面中商定,由BAR Technologies公司对一种已取得专利权的风力辅助推进方案进行开发,Reederei Nord公司协助开发并且最终将研究成果应用到其旗下的一艘散货船上去。


BAR Technologies公司对其研发的风力推进设计WindWings(风翼)一直秘而不宣,但在一次《造船师》的独家专访中,Schofield先生在公司允许透露的范围内对其作了介绍,让《造船师》了解到WindWings风翼的研发情况以及为什么BAR Technologies深信他们的这一方案较之迄今为商船开发的诸多风力辅助方案更为有效。


近几年,对风力推进的兴趣高潮迭起,许多此类设备已经推向市场。包括日本商船三井、马士基油轮公司、Louis Dreyfus Armateurs K-Lines Viking Lines等各大公司在内的主流航运公司都已涉足了各种风力推进项目,一些主流船厂也一样。甚至诸如雷诺、空客、欧洲航天局和Drax等非航运公司,也参与其中。


风力推进如此受推崇的原因是关于船舶排放的立法越来越严格,而且大家都认识到风能是一种取之不尽用之不竭的零排放能源,可以免费提供,不需要添加外部基础设施。正如国际风力船舶协会(IWSA)所指出的,“风力推进技术方案意义重大,因为它提供的是推进动力,而不是提高燃料效率的措施。这种能源的成本在船舶整个寿命周期中始终为零。”IWSA认为,风力推进还有其他潜在的好处。如果风力推进能使船舶的燃料需求量大为减少,甚至可能减少船舶需要的装机功率,那么对于替代燃料和低碳燃料的需要量就可以减少,从而可能促使船东更快地接受那些较为昂贵的替代燃料和低碳燃料。


越来越多的风力推进技术正在与气象导航软件结合使用。气象导航软件几经发展,提供的信息越来越可靠,足以帮助航线预测、航线规划并可对航线进行运行性调整。在实现风力推进最大得益的同时,将不利气象条件的影响降至最小。


尽管BAR Technologies公司和Reederei Nord公司在2020年初首次宣布了他们关于Amplifier项目的计划,但此后就很少提及了。现在,他们已一起进入Schofield先生所描述的成熟的“最后阶段”。他们确信,将这项已获专利的WindWings风翼技术与航线优化软件结合在一起,每个远洋航次可减少船舶的燃料消耗平均达到30%,不过经改装的现有船舶和经船体优化的新船的节能量可能会有差异。


Schofield先生说:“我们认为,与大多数其它风力推进装置相比,能使燃料使用量减少30%已经是极大的提高了,通常的情况是减少1020%。”最初的方案是针对散货船和液货船的,预计在适当时候会推出针对其它类型船舶的各种变型方案。


赛艇的衍生品


BAR Technologies公司成立于2016年,宗旨是向客户提供丰富的设计知识、技术技巧以及在参与英国夺回美洲杯的过程中开发的知识产权。公司汲取利用了由诸多船舶设计师和相关学科专家组成的团队的综合经验。其首席执行官John Coope说,他特别感谢Oldendorff先生为公司提供了机会,使公司得以把这项技术从专利推向海洋。


Oldendorff先生是一位卓识远见的海运学者,一贯支持新兴技术。他是“走向净零” (Towards Net Zero) 联盟的领军人物,该联盟致力于推进波罗的海和北海航运走向无碳的未来。他对《造船师》说:“当Simon John向我解释他们用WindWings风翼和ShipSEAT做了什么的时候,我立刻就想参与进去。” 


“尽管与我们建立正式伙伴关系的是Amplifier,但是我们在Reederei Nord公司的同事在当前项目的初始阶段就与BAR Technologies公司的团队密切合作了。我们夜以继日,完全沉浸于其中。我们通过定期的指导委员会会议指导项目的进展,在会议上我们各抒己见,讨论各种新的设想,当然都是视频会议。IMO的‘2050挑战’给我们树立了目标,但航运业采取的行动需要大大提前,需要下定决心和刻不容缓的行动”。


要了解WindWings风翼从何而来,必须从ShipSEAT说起。ShipSEAT是一款软件,BAR Technologies公司用它来分析所有涉及减小阻力的因素的有效性,不同类型的舵、气泡、不同的船体尾部形状等等均在其列。


一种全面的方法


“有许多方法可以减小阻力,但其中大多数有一个共同之处,就是它们都是孤立设计的,”Schofield先生解释道。


ShipSEAT软件使我们能全面地研究各种类型的风力推进装置,我们在美洲杯项目中就是这样做的。ShipSEAT是一整套工具,能够对各种不同的方案进行同类比较,考察它们总体上是怎样影响船舶设计以及船舶运行方式的。软件中有一个气象导航模块,使我们能够预测船舶在任何航线上遇到各种气象条件时的航行性能,并优化它。”


“我们就Oldendorff先生对风力推进的关注点与其进行探讨,然后开始使用ShipSEAT软件分析各种风力推进方案。我们详细讲解了各种方案对一艘船的影响,不仅仅是它们能提供多大推力,能节省多少燃料或者能减少多少排放,而且从总体上对它们进行全面评价。”


“我们要搞清楚各种风力推进装置对一艘船的各个方面及其运行的影响,例如,对于一艘散货船那样的大型船舶而言,风流压差角对推进器性能的影响。要想使风力推进真正对船东有用,所有这些单个的影响,都应被纳入风力推进系统的设计考虑之中。


不论风向如何,都能实现推进力最大化


“作为一家从设计高性能帆船转型而来的公司,我们对风力推进的机理了如指掌。然而,对于散货船或液货船这样的商船而言,各种变量之间的相互作用是一种截然不同的挑战。”


“我们发现的现象与我们的预期完全不一样,与帆船明显不同。我们汲取这些知识并将其应用到我们自己的风力推进系统设计中,从而成就了WindWings风翼。”


Schofield先生说,关于WindWings风翼的具体设计,他不能与大家分享太多,但他说,待到WindWings风翼接近建造时,BAR Technologies公司会披露更多信息。“方案有很多内容,但是要做的硬件并不多。我可以说,我们的方案,利用我们已取得的专利,可以在一个很宽的风向范围内使风推进力最大化,”他解释说,“与其高喊我们要干什么,还不如在接下来的几个月里实打实地做点什么出来。”


不过,BAR Technologies公司已在虚拟环境中对WindWings风翼进行了广泛的测试,对其性能有足够的信心,认为可以进入下一阶段,也就是把WindWings风翼装置安装到一艘船上,而不必在此前做任何船模试验了。


该项目的合作伙伴正在为获得船级社的原理认可做准备,并希望能在不久的将来将第一台WindWings风翼安装到船上。BAR TechnologiesReederei Nord Amplifier的各个团队都承诺在项目的整个进展过程中随时让《造船师》了解情况,因此在未来的几周内务请关注本刊的独家报道。