Современная грузовая судоходная отрасль стоит на пороге интересных изменений, вызванных усилиями глобальных игроков по снижению выбросов парниковых газов — частичный возврат к парусным судам. Одним из таких решений стал проект по созданию СПГ-танкера, оснащенного Wind Assisted Ship Propulsion Systems (дополнительной ветровой двигательной системой) Wind Challenger. Технологическое решение Wind Challenger разработано одним из ключевых японских транспортных игроков — компанией Mitsui O.S.K. Lines, Ltd. (MOL), которая активно внедряет инновационные решения для достижения углеродной нейтральности.
Инновационный проект MOL и Hanwha Ocean
MOL в сотрудничестве с южнокорейской компанией Hanwha Ocean Co., Ltd. разработала проект СПГ-танкера с мембранной конструкцией, который будет оснащен дополнительной ветровой двигательной системой Wind Challenger. В начале августа этого года данный проект получил принципиальное одобрение от морского регистра Nippon Kaiji Kyokai (японская некоммерческая неправительственная организация — классификационное общество судов ClassNK), что стало первым в мире случаем одобрения такого рода для СПГ-танкера. Новый танкер будет иметь грузоподъемность в 174 000 кубических метров и будет оснащен двумя парусами Wind Challenger.
Основной целью данного проекта является не только снижение эксплуатационных расходов за счет уменьшения потребления топлива, но и существенное сокращение выбросов парниковых газов. Это соответствует экологической стратегии MOL, направленной на достижение нулевых выбросов к 2050 году.
Технология Wind Challenger: как это работает?
Дополнительная ветровая двигательная система Wind Challenger представляет собой техническое решение, использующее силу ветра с помощью выдвижных жестких парусов в качестве дополнительной силовой установки судна. Это достигается за счет автоматического управления выдвижением, уменьшением и поворотом парусов в зависимости от направления и скорости ветра. Такая технология позволяет значительно сократить потребление топлива, как это было продемонстрировано на примере угольного судна SHOFU MARU, которое благодаря Wind Challenger снизило ежедневное потребление топлива до 17%.
Фактически применение такой системы это как применение паровых котлов на парусных судах в 18-19 веках, только наоборот — здесь парусная оснастка будет являться дополнительным движетелем.
Преимущества Wind Assisted Ship Propulsion Systems
По мнению разработчика, MOL, такие системы как Wind Challenger, обладают рядом неоспоримых преимуществ:
1. Экономия топлива и декарбонизация: В условиях ужесточения требований Международной морской организации (IMO) по снижению выбросов парниковых газов, переход на безуглеродные виды топлива становится необходимостью. Использование парусов способствует достижению этих целей за счет значительного снижения расходов на топливо и уменьшения выбросов.
2. Безопасность и качество: Все судна, оснащенные такими системами, должны соответствовать строгим международным стандартам безопасности. Технологии, применяемые в Wind Challenger, обеспечивают надежность и устойчивость к неблагоприятным погодным условиям.
По данной ссылке Вы найдете 3D-модель судна с системой Wind Challenger.
Компания проводила тестирование жесткости и надежности таких парусов. Ознакомиться с видео можно по ссылке.
Одной из ключевых задач в разработке нового СПГ-танкера было обеспечение структурной безопасности грузового отсека — хранилища СПГ — при установке парусов. Компания Gaztransport et Technigaz SA (GTT), разработчик конструкции СПГ хранилища судна, провела тщательную оценку и подтвердила, что структура танка полностью устойчива к дополнительным нагрузкам, вызванным парусами.
3. Удобство использования: Одной из ключевых особенностей является простота эксплуатации и совместимость с различными типами судов, включая как новые, так и уже существующие. Система не требует специальных навыков для управления, что облегчает ее интеграцию в повседневную работу экипажа.
Будущее морских перевозок с Wind Challenger
MOL планирует активно развивать и внедрять технологию Wind Challenger. В планах компании до 2030 года ввести в эксплуатацию 25 судов, оснащенных системой Wind Challenger, а к 2035 году увеличить их число до 80. С точки зрения компании этот шаг не только уменьшит выбросы парниковых газов от флота компании, но и внесет вклад в общую декарбонизацию общества.
Другие проекты основанные на парусах для грузовых судов
Паруса от BAR Technologies
Компания BAR Technologies разработала современные паруса для кораблей, которые могут сделать их более экологичными и снизить затраты на морские грузоперевозки. Эти паруса уже установлены на судне Pyxis Ocean и прошли успешные полугодовые испытания. Во время тестирования корабль пересек Индийский и Тихий океаны, а также Северную и Южную Атлантику, подтвердив эффективность технологии.
В отличие от классических парусов, эти устройства выполнены из стекловолокна и стали, поднимаясь на 37,5 метров над палубой. Их управление полностью автоматизировано. Основная идея заключается не в использовании ветра как основного источника движения, а в уменьшении нагрузки на дизельные двигатели при подходящих ветровых условиях. Это позволяет экономить до 3 тонн дизельного топлива в день и снижает расходы на топливо на 14%.
Данная концепция аналогична системе Wind Challenger.
Судно Canopée для перевозки ракет ESA
Одним из наиболее примечательных примеров является парусно-моторный паром под названием Canopée, созданный компанией Zephyr et Boree. Это судно было спроектировано специально для удовлетворения логистических нужд компании ArianeGroup, сотрудничающей с Европейским космическим агентством. Canopée будет доставлять компоненты ракеты-носителя Ariane 6 из европейских портов во Французскую Гвиану. Хотя его называют первым современным коммерческим парусным судном, оно также оснащено полноценным дизельным двигателем. Четыре жестких паруса высотой 37 метров и площадью 363 квадратных метра каждый помогают снизить потребление топлива и выбросы вредных веществ на 30%. В случае необходимости мачты можно сложить и уложить на палубу.
Система SeaWing: кайт для грузового судна
Французская компания Airseas предлагает использовать технологию Seawing, которая представляет собой парус в виде большого воздушного змея, для снижения вредных выбросов от морских судов. Хотя идея парусного судоходства не нова, Airseas стремится сделать её более эффективной с помощью современных технологий. Вместо простого крепления паруса канатом к носу судна, инженеры компании разработали более технологичный подход.
Одним из основных препятствий на пути реализации этой идеи является сложность развертывания и управления таким парусом. Однако в Airseas утверждают, что благодаря разработанным ими решениям, приведение паруса в рабочее состояние требует минимальных трудозатрат — достаточно нажать всего несколько кнопок. Хотя детали этого процесса не раскрыты, тестирование прототипа подтвердило жизнеспособность данной методики.
Экологическая эффективность Seawing заключается в том, что парус снижает нагрузку на судовые двигатели, благодаря чему они потребляют меньше топлива. По предварительным расчетам, это позволит снизить токсичные выбросы в морской отрасли на 20%.
Компания планирует завершение строительства производственных мощностей и начало серийного выпуска своих технологичных парусов. Ожидается, что инновационные парашюты площадью 1000 квадратных метров появятся на рынке не ранее 2026 года.
Преимущества:
1. Снижение токсичных выбросов в морской отрасли на 20%.
2. Уменьшение потребления топлива судовыми двигателями.
3. Простота приведения паруса в рабочее состояние с минимальными трудозатратами.
Недостатки:
1. Сравнительная сложность развертывания и управления парусом.
2. Необходимость завершения строительства производственных мощностей, что откладывает массовое производство до 2026 года.
Турбопарус
Еще одним вариантом движетеля, работающего на силе ветра, является турбопарус. Технология основана на эффекте Магнуса — физическом явлении, возникающем при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа: образовании силы, воздействующей на тело и направленной перпендикулярно направлению потока.
Турбопарус — это система парусного привода, основанная на аэродинамическом профиле, которая использует вертикальную металлическую трубу с яйцевидным сечением и подвижным щитком. Благодаря насосной системе, турбопарус создает разрежение с одной стороны, что позволяет судну двигаться в направлении, перпендикулярном давлению, подобно крылу самолета. Воздух течет быстрее с одной стороны паруса, создавая тягу, что делает его эффективным даже при движении против ветра.
Преимущества турбопаруса заключаются в его способности генерировать движущую силу независимо от направления ветра. Это позволяет судам, оборудованным турбопарусами, двигаться против ветра, используя разницу давлений, создаваемую завихрениями внутри и вне паруса. Турбопарусы могут работать в сочетании с традиционными двигателями, и их можно автоматизировать, используя компьютерные системы для оптимального управления положением и давлением в системе.
Впервые идея постройки судна с таким движетелем пришла в голову немецкому инженеру Антона Флеттнера и были успешно им испытаны на шхуне «Букау» в 1924 году.
Уже 80-х года 20-го века идеи Флеттнера получили продолжение у известного исследователя мирового океана Жака-Ива Кусто. Кусто совместно со своей командой модернизировал роторные паруса, изменил конструкцию паруса сделав ее более похожей на каплю в поперечном сечении. Турбопаруса были установлены на судно «Алкион».
Исследования, проведенные на судне «Алкион», показали, что турбопарус обеспечивает в 3,5–4 раза больший коэффициент тяги по сравнению с традиционными парусами, используемыми, например, на Кубке Америки. Это делает его особенно ценным в условиях, где экономия топлива является приоритетом, так как турбопарус может снизить расход горючего до 35 %.
В 2010 году был представлен третий в истории корабль с роторными парусами — грузовое судно E-Ship 1, созданное для компании Enercon, ведущего производителя ветрогенераторов. 6 июля того года корабль впервые вышел на воду и совершил небольшой рейс из Эмдена в Бремерхафен. В августе он отправился в свой первый рабочий рейс в Ирландию, перевозя девять ветрогенераторов.
Судно оснащено четырьмя роторами Флеттнера и традиционной силовой установкой для случаев отсутствия ветра и дополнительной мощности. Роторные паруса выполняют вспомогательную роль, так как их мощности недостаточно для обеспечения нужной скорости 130-метрового грузовика. На корабле установлены девять двигателей Mitsubishi, а роторы приводятся в движение паровой турбиной от Siemens, работающей на отработанных газах. Использование роторных парусов позволяет снизить расход топлива на 30-40% при скорости 16 узлов.
Тем не менее, несмотря на перспективные результаты, турбопаруса пока не получили широкого распространения. Технология была протестирована лишь на нескольких судах. Ограниченное количество исследований и недостаток сравнительных анализов оставляют открытыми вопросы о массовом применении турбопарусов и их долгосрочной эффективности.
Перспективы парусов в современном судостроении и грузоперевозках
Как и любая технология, тем более новая, указанные системы имеют свои достоинства и недостатки.
Основным достоинством является потенциальное снижение расхода топлива, в некоторых случаях разработчики заявляют о 14-30% и, соответственно, снижение выбросов. Безусловно без развития современной техники до уровня полной автоматизации, учитывающей огромное количество параметров: скорость, сила и направление ветра, течения, характеристики судна, судоходные трассы, погодные условия и прочего, ни одна из систем не смогла бы найти свое применение.
В то же время сложность системы, «новый-старый» тип движетеля, создадут трудности в освоении данных систем моряками, потребуют их переобучения, прокладки новых трасс, повышения уровня взаимодействия с другими судами, а также подготовки к обслуживанию систем на берегу. По признанию того же генерального директора BAR Technologies Джона Купера для массового внедрения этой технологии потребуется адаптировать более 250 крупных портов для работы с судами, оснащенными такими парусами. А это существенные затраты, которые необходимо будет профинансировать, что в свою очередь отразится в стоимости перевозки. Будут ли эти совокупные инвестиции ниже стоимости экономии на топливе, снижении уровня загрязнения покажет время.
Тем не менее технология Wind Challenger, и ей подобные, представляют собой важный шаг на пути к более экологически чистым морским перевозкам. Она демонстрирует, как казалось бы старинные методы, такие как использование парусов, могут быть адаптированы и усовершенствованы с помощью современных технологий для решения актуальных экологических и экономических проблем. В условиях глобальных изменений климата и усиления требований к снижению выбросов, роста товарооборота и увеличения затрат на транспортировку, такие инновации становятся неотъемлемой частью устойчивого будущего судоходной отрасли.
Понравилась статья? Тогда ставьте лайк 👍 и подписывайтесь на наш канал. Это поможет нам понять, что вам действительно интересно, – чтобы рассказать об этом более подробно. Посещайте наш сайт (www.pagz.info), чтобы ознакомиться с более подробной информацией по этой теме.
