今天,一艘外形奇特的船吸引了航运业界的注意。

新加坡船东Berge Bulk展示了其新的风帆翼货轮。其负责人詹姆斯·马歇尔(James Marshall)表示,这艘船是目前世界上最强大、节能效果最好的风帆翼货轮。 

该船名为“Berge Olympus”号,210,000载重吨,配备了四个由英国公司BAR Technologies 设计的巨型WindWings,并在中国完成改装。

Berge Bulk表示,这些由Yara Marine Technologies 制造、BAR Technologies 开发的风帆宽20 m,高37.5 m,比10层楼高。四个风帆的总表面积达3000平方米,是A380飞机机翼表面积的三倍多。

WindWings风帆与飞机翼结构有点像,气流吹过之后会形成不同的压力差,也就出现推力。

Berge Bulk表示,这些“巨无霸”每天可以为船舶节省下将近6吨的燃料,并将CO2排放量减少19.5%。

除了安装WindWings之外,Berge Olympus 还改装了轴带发电机系统。轴带发电机由主机驱动,为船舶提供电力,从而节省燃料并减少排放。它的容量为1兆瓦,足以消除该船对于海上操作辅助发动机的需要。

Berge Bulk 首席执行官Marshall表示:“在Berge Bulk,我们不断努力提高效率并减少现有船队对环境的影响。从2008年至今,我们每吨英里的二氧化碳排放量显着减少了46%,已经超过了IMO设定的2030年碳排放强度降低目标。”

据了解,“Berge Olympus”号将被安排在巴西和中国之间航行,这条贸易航线以顺风条件著称。引入了改进的天气路线和海洋预报系统,使其可以更好地利用风能。

2个月前,全球第一艘风帆翼货轮“罗盘海洋”号(Pyxis Ocean)刚开启了其处女航。罗盘海洋号是日本三菱公司所有、嘉吉远洋运输公司(Cargill Ocean Transportation)租赁的卡姆萨级货轮(Kamsarmax),全长230公尺,排水量8.2万吨。船上配备了2具玻璃纤维制,高度37.5米,全面展开后宽度为20米的风帆翼。

WindWings项目是已从欧盟的Horizon 2020研究和创新计划获得资金支持的项目的一部分。通过利用风能,WindWings可以帮助船东符合新的CII规定。因为风能不仅零排放,而且不会耗尽,极具可预测性,所以它在船舶运营方面能以较低前期投入实现长期较高收益。

据称,借助风帆翼,可以使“罗盘海洋”号每天节省3吨燃油,相当于燃料消耗和二氧化碳排放量减少30%。

航运业在减少温室气体排放方面面临着非常重大的挑战。去年7月初,国际海事组织海洋环境保护委员会通过了一项修订后的解决温室气体排放战略。其新目标包括到2030年减排20%,到2040年减排70%(相对于2008年的水平),以及到2050年实现净零排放的最终目标。风力推进似乎不可避免地会发挥重要作用与清洁燃料等其他发展一起努力实现这些目标。

在现代化大型远洋船舶上安装风帆,如此复古的造型已经成为全球船舶航运界的新流派。日本、德国、荷兰等国家都在进行现代化帆船的研发。而在硬质翼面帆船的研究方面,中国后发制人走到了世界前列。

去年10月,配备中国第二代自主研发风帆装置的“新伊敦”号正式下水出航。据了解,该船在营运中预计可节约燃油消耗约9.8%。

据了解,“新伊敦号”是大船集团为招商轮船精心打造的新一代节能环保型超大型原油船,配备第二代风帆装置,综合性能指标世界一流,是新一代节能降耗船型的典范。

“新伊敦号”在海上航行 新华社视频截图

“新伊敦号”安装的两对大型硬质翼型风帆,由中国科研团队自主研制,风帆升起高度近40米,单翼总表面积达1200平方米,帆叶结构采用了碳纤维复合材料,轻质、高强、高耐海洋环境。

事实上,从航运历史上看,即使1912年,柴油船面世,风帆船也从未被完全淘汰。1920年,一位荷兰造船厂制造了一艘名为Avontuur的帆船,并将其用于运载货物,并在接下来的近一个世纪里一直这样做。

用刚性风翼为船舶提供动力的想法至少可以追溯到上世纪60年代,一位名叫约翰·沃克(John Walker)的英国航空工程师在一艘古怪的旧游艇上度过了他的周末。一天,他在驾驶舱里蹦蹦跳跳,想把主帆摆到位,却没注意到一根绳子缠住了他的脚踝。船帆迎风时,绳子把他拉到空中。在那次倒霉事件之后,他开始怀疑为什么帆船在数百年内进化得如此之少。难道没有什么方法可以改进这个由绳索和吊杆组成的混乱系统吗?

之后,Walker制造了他的Plane-Sail三体帆船。在本应是主帆的地方,四张坚硬的帆笔直竖立在空中,就像百叶窗垂直转动一样;每一个都有机翼的形状并产生向前的推力。他们还允许他以比布帆更多的控制力来驾驭风力:Walker无需将整艘船转动一个角度来迎风,而是通过迎风或摇摆,只需转动一个曲柄,他的翅膀上方头部将旋转成可以驱动船前进、侧向甚至倒退的配置。

而这也在21世纪初始时,为一群船舶设计师提供了灵感。最初,他们是想制造一批翼风帆来打破破赛艇的速度记录。

在2017年美洲杯帆船赛之前,一支英国队聘请了一群工程师并制造了世界上最强大的翼帆之一。他们的参赛作品输掉了比赛,但设计师们并没有准备好分道扬镳,而是剥离成立了BAR Technologies。团队决定,“我们不会失去所有这些优秀的人才,我们也不会失去所有这些模拟工具,”公司首席执行官约翰·库珀(John Cooper) 说。一年后,它赢得了与嘉吉公司的合同,将其专有翼帆WindWings安装到一艘散货船上。

根据BAR Technologies的模拟,改装有翼帆的柴油船可以减少多达30%的燃料消耗。为海运公司提供咨询的独立智库sinintef Ocean的首席科学家伊丽莎白·林德斯塔德(Elizabeth Lindstad)对这一数据进行了分析,她认为这是乐观的,但也是可行的,至少在风向合适的贸易路线上是可行的。麻省理工学院造船与机械工程教授保罗·斯克拉沃诺斯(Paul Sclavounos)对此表示赞同。他说,这种规模的节省可能会重塑航运经济。包括嘉吉在内的许多跨国公司从造船厂租赁船只并支付燃料费用。为一艘散货船提供燃料每天的成本可能超过两万四千美元;一家为一艘船增加翼帆的公司每天可以节省数千美元,并且“在一两年内收回投资。”

风力推进对某些船舶的帮助要大于其他船舶。根据国际清洁运输委员会的一份报告,集装箱船约占航运排放量的23% ,但很难将风帆挤到堆满金属箱的甲板上。相比之下,约占航运排放量19%的散货船是风力推进的完美实验所,这要归功于其露天甲板和相对较小的尺寸。对于承载汽车、卡车和火车等车辆的更专业的船只也是如此。这些滚装船在驶入港口时不需要起重机的任何帮助,而且它们倾向于将货物存放在货舱中,从而在甲板上留出足够的空间用于航行。

还有科学家表示,如今的船型并不能完全展现风帆的“真正实力”。Sintef Ocean的科学家Lindstad和她的研究伙伴认为,未来的船舶应该将风力推进与减少阻力的细长船体结合起来。他们估计,以这种方式设计的一些船只可以减少多达50%的燃料使用。货船可能还需要规划新航线,跟随在柴油时代基本上被忽视的信风。

由此可以说,风帆为世界航运开启的,不仅仅是新型节能的开端,同样也可能是新航运时代的开端。