近日，由大連船舶重工集團(tuán)有限公司牽頭承擔(dān)的國(guó)家高技術(shù)船舶科研計(jì)劃“風(fēng)帆技術(shù)示范應(yīng)用開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目風(fēng)帆制作正式開(kāi)工。該項(xiàng)目旨在研究風(fēng)帆-主機(jī)混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，掌握風(fēng)帆設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，完成風(fēng)帆在超大型油船（VLCC）上的示范應(yīng)用，提升我國(guó)船舶節(jié)能環(huán)保整體技術(shù)水平。
在全球船舶污染排放限制、節(jié)能環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格的情勢(shì)下，研發(fā)風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)，利用風(fēng)能促進(jìn)大型船舶節(jié)能減排，成為造船業(yè)綠色發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。相關(guān)實(shí)際應(yīng)用及研究已表明，在散貨船、油船等大型遠(yuǎn)洋船舶上安裝風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)，能夠有效替代部分需燃油供給的動(dòng)能，降低船舶油耗成本。此外，風(fēng)能與太陽(yáng)能的“強(qiáng)勢(shì)混搭”，還可為船舶提供更為強(qiáng)勁的動(dòng)力。
資料圖：旋筒式風(fēng)帆
借來(lái)“東風(fēng)”替代油，
風(fēng)帆輔助節(jié)能減排
“風(fēng)帆節(jié)能減排的效果，主要看風(fēng)能在船舶推進(jìn)動(dòng)力中所占的比重，也就是說(shuō)，一艘船能借來(lái)多少‘東風(fēng)’，就替代多少燃油，這與船舶自身的整體動(dòng)力設(shè)計(jì)方案、風(fēng)帆技術(shù)的發(fā)展水平及實(shí)際使用情況等直接相關(guān)。”中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一四研究所高級(jí)分析師曹林說(shuō)。
從理論上講，對(duì)于以“機(jī)為主、風(fēng)為輔”的船舶，風(fēng)帆輔助動(dòng)力可以為之節(jié)省50%的燃油，但目前已采用機(jī)帆混合動(dòng)力的大型遠(yuǎn)洋船舶及相關(guān)應(yīng)用研究表明，風(fēng)帆技術(shù)尚達(dá)不到這個(gè)水平。盡管如此，風(fēng)帆輔助動(dòng)能在節(jié)能減排上的“功勞”也不容小覷。
由大船集團(tuán)牽頭的“風(fēng)帆技術(shù)示范應(yīng)用開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目，是我國(guó)節(jié)能環(huán)保示范工程之一，2014年被列入工業(yè)和信息化部高技術(shù)船舶科研專(zhuān)項(xiàng)。在風(fēng)帆輔助節(jié)能減排方面，該項(xiàng)目VLCC可實(shí)現(xiàn)在相同航速下平均日油耗降低12%以上。廈門(mén)船舶重工股份有限公司正在為芬蘭維京郵輪公司（Viking Line）建造的2800客位游輪型客滾船，將配備雙燃料主機(jī)并安裝旋轉(zhuǎn)風(fēng)帆。數(shù)據(jù)分析顯示，在合適的風(fēng)力及航速條件下，該客滾船應(yīng)用旋轉(zhuǎn)風(fēng)帆可獲得25%的節(jié)油效果。
今年1月，芬蘭風(fēng)力輔助推進(jìn)系統(tǒng)（AWPS）供應(yīng)商N(yùn)orsepower Oy與維京郵輪簽訂協(xié)議，為該公司的一艘液化天然氣（LNG）燃料動(dòng)力渡船安裝高24米、直徑4米的風(fēng)帆，這可以使該船每年降低20%的燃料成本，減少二氧化碳排放量約900噸。
資料圖：風(fēng)箏式風(fēng)帆
近年來(lái)，國(guó)際海事組織（IMO）關(guān)于全球二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等船舶空氣污染物的排放限制越來(lái)越嚴(yán)格，船舶工業(yè)對(duì)于清潔燃料、清潔能源及相關(guān)技術(shù)的需求不斷增加。作為可再生能源，風(fēng)能成為重要備選項(xiàng)。DNV GL最近發(fā)布的《能源轉(zhuǎn)型展望》報(bào)告預(yù)測(cè)，風(fēng)能將推動(dòng)可再生能源使用的持續(xù)擴(kuò)張。
不過(guò)，要再現(xiàn)大型遠(yuǎn)洋貨船千“帆”競(jìng)發(fā)之景，仍需時(shí)日。“風(fēng)帆的應(yīng)用給船舶動(dòng)力系統(tǒng)、甲板布置、船體結(jié)構(gòu)等造成的問(wèn)題還需要進(jìn)一步解決，風(fēng)帆輔助推進(jìn)系統(tǒng)及設(shè)備成本較高，給機(jī)帆混合動(dòng)力系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)一定影響。”曹林說(shuō)。
太陽(yáng)能“加持”，
機(jī)帆混合動(dòng)力更強(qiáng)勁
人類(lèi)社會(huì)對(duì)于風(fēng)帆助航的運(yùn)用有著悠久的歷史，工業(yè)革命帶來(lái)動(dòng)力革新，蒸汽機(jī)、柴油機(jī)的運(yùn)用極大地提高了船舶的運(yùn)輸效率，也使得風(fēng)帆逐漸淡出了人們的視野，尤其在大型遠(yuǎn)洋船舶上的應(yīng)用幾乎絕跡。
20世紀(jì)七十年代，受第一次石油危機(jī)影響，為了減少油耗、降低成本，一些國(guó)家開(kāi)始研制風(fēng)帆輔助動(dòng)力船舶。1980年，日本建造了全球首艘風(fēng)帆混合動(dòng)力油船“新愛(ài)德丸”號(hào)。該船安裝了2個(gè)高12.15米、寬8米的風(fēng)帆，風(fēng)帆的角度、收放由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，并通過(guò)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。從某種意義上說(shuō)，該船開(kāi)創(chuàng)了風(fēng)帆在現(xiàn)代船舶應(yīng)用的先河。此后幾年，日本又相繼建造了多艘風(fēng)帆輔助動(dòng)力運(yùn)輸船。
在節(jié)能環(huán)保要求不斷提高及船舶日益大型化的形勢(shì)下，很多國(guó)家都進(jìn)行了風(fēng)帆輔助動(dòng)力技術(shù)的研究和實(shí)船試驗(yàn)，風(fēng)帆在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料運(yùn)用以及智能化等方面都有了較大改進(jìn)。
2007年，全球第一艘風(fēng)箏貨船“白鯨天帆”號(hào)從德國(guó)漢堡市起航，橫渡大西洋駛往美國(guó)休斯敦，懸在該船上方的巨型高科技風(fēng)箏“吃飽”風(fēng)力，供給前進(jìn)動(dòng)力。2015年，挪威一艘新型貨船以船身為帆，從海風(fēng)中獲得動(dòng)力持續(xù)前進(jìn)，僅以L(fǎng)NG為補(bǔ)充燃料，無(wú)需使用燃油，十分環(huán)保節(jié)能。
資料圖：以船身作風(fēng)帆
今年8月，英國(guó)勞氏船級(jí)社（LR）宣布加入Quadriga可持續(xù)航運(yùn)項(xiàng)目，參與建造全球最大的風(fēng)帆動(dòng)力貨船——一艘長(zhǎng)170米的汽車(chē)運(yùn)輸船。該船將配備4根桅桿安裝風(fēng)帆，使用風(fēng)帆和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)混合推進(jìn)動(dòng)力，高峰負(fù)荷時(shí)還可啟用電池系統(tǒng)。
風(fēng)能使用方式相對(duì)單一，且不夠穩(wěn)定，而集風(fēng)能和太陽(yáng)能于一體的太陽(yáng)能電池帆，可有效補(bǔ)齊這一“短板”。日本生態(tài)船舶動(dòng)力公司(EMP)已成功研制出太陽(yáng)能電池板EnergySail，將在明年進(jìn)行海上實(shí)船試驗(yàn)。EnergySail是一種安裝在船舶甲板旋轉(zhuǎn)桿上的剛性帆，內(nèi)嵌在帆中的太陽(yáng)能電池板可收集風(fēng)能和太陽(yáng)能，并轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存在電池中，供給通常由輔助發(fā)電機(jī)提供的電力，可以大幅減少船舶油耗和溫室氣體排放。這些帆板由計(jì)算機(jī)控制，根據(jù)風(fēng)力狀況調(diào)節(jié)其方位以減少阻力，并持續(xù)收集能量。
資料圖：太陽(yáng)能風(fēng)帆
此外，日本郵船正在研發(fā)全新環(huán)保集裝箱船，主要以L(fǎng)NG為動(dòng)力，輔以太陽(yáng)能電池及風(fēng)帆推動(dòng)，預(yù)計(jì)于2030年正式面世。
