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风起了!异军突起的旋筒风帆

2022-06-30 11:215590国际船舶网国际船舶网

风起了!国际海事组织(IMO)的新船能效设计指数(EEDI)、现有船能效设计指数(EEXI)船舶碳强度指数(CII)强制实施和推进后,可再生可循环利用的风能,必将在航运的绿色低碳革命中大行其道。

现代风帆助推船,除了世人熟知的硬质翼面帆,还有一种鲜为人熟知的旋筒风帆——又名风力助推转子、Magnus转筒、Flettner转子等,目前正在中国市场异军突起。

它不同于传统风帆的造型,看上去好像是船上竖着的一个个圆“烟囱”,通过驱动圆筒在风中旋转产生垂直于风速方向的力,为船体提供前行的推力。

与其它风力驱动装置相比,旋筒风帆更轻巧、更灵活、应用更广泛,可以在油轮、客轮散货船滚装船等多种具有空旷甲板面的船型上安装。

根据单船安装旋筒风帆的大小与数量不同,平均节省燃料可高达5-25%,被国内外业界广泛关注与研究。

近两年,随着国内外该项技术研究与实船实践的成熟,旋筒风帆在船舶上的安装与应用即将进入到一个“井喷”的时期。

旋筒风帆的起步与发展

旋筒风帆的起步与发展,源于欧洲,兴于欧洲。

早在20世纪初,德国的工程师安东·福莱特纳(Anton Flettner)与普兰特尔(Prandtl)提出“马格努斯(Magnus)效应”可应用于船舶的推进。

通俗来讲,转筒风帆利用电机驱动转筒旋转,使其逆风旋转一侧表面的气压增大,顺风旋转一侧表面的气压降低,从而产生一个垂直于气流方向的升力,将其投影至船舶前进方向即为推动船舶前进的推力。

通过调整转筒的转速和旋转方向,可以调节筒体受力的大小和方向,从而为船舶前进提供的辅助推力。

为了证实他们的理论,1924年安东·福莱特纳在德国弗里德里希·克虏伯日耳曼尼亚船厂制造了一艘名为巴登巴登号(Baden-Baden)的海船,该船54米长、9米宽、载重吨位625吨,以高18.3米×直径2.8米双圆柱转子为辅助推进动力,并在1926年成功横渡了大西洋,因而这类风力助推转子装置也被称为“福莱特纳转子”

更名前的海船巴登巴登号(Baden-Baden)

近年来,在旋筒风帆技术的实船应用方面,欧洲各国已经走在了前列。

国际上,旋筒风帆商业化经营最成功的是号称全球领先的辅助风力推进系统供应商——芬兰的挪世航力(Norsepower)公司,他们也是目前国内外旋筒风帆订单最多,实船应用经验最丰富的公司。

据挪世航力公司中国总经理武效萱证实,早在2014年,挪世航力公司就已将生产的旋筒风帆应用于芬兰船东Bore公司旗下的一艘9700载重吨级的滚装船“M/S Estraden”轮上,该轮安装的两个高18米×直径3米旋筒风帆,可以降低大约6.1%的燃料油消耗,相当于每年节约400吨燃料油,降低1200余吨CO2排放。

 

滚装船“MS Estraden”

2015年挪威海事展期间,芬兰Deltamarin公司推出全新一代客滚船“DeltaChallenger”号,配备了6个挪世航力公司开发的旋筒风帆,可节约大约10%的辅助推力。

2018年,马士基油轮、挪世航力公司、英国能源技术研究所(ETI)和壳牌海运公司合作,在一艘LR2成品油船上安装了2个高30米×直径5米的旋筒风帆,降低7%~10%的燃料油消耗。

 

 

滚装船“MS Estraden”

2015年挪威海事展期间,芬兰Deltamarin公司推出全新一代客滚船“DeltaChallenger”号,配备了6个挪世航力公司开发的旋筒风帆,可节约大约10%的辅助推力。

2018年,马士基油轮、挪世航力公司、英国能源技术研究所(ETI)和壳牌海运公司合作,在一艘LR2成品油船上安装了2个高30米×直径5米的旋筒风帆,降低7%~10%的燃料油消耗。

加装转子的LR2成品油船

2018年,世界第一艘液化天然气/风能推进混合动力邮轮“M/S Viking Grace”号诞生,安装了1个高24米×直径4米的旋筒风帆,年平均节省液化天然气约300吨,减少CO2排放量约900吨。

旋筒风帆大户落户中国

挪世航力公司在欧洲一直是订单满满,可该公司却在2020年这个风云突变的时期进入中国。

2020年元月-3月,挪世航力公司分别在香港与江苏盐城先后设立了分公司。

武效萱表示,挪世航力十分看好中国产业潜能与交通优势。

目前,江苏盐城的中国公司承担了挪世航力生产基地的重要作用,充分利用长三角工业区的雄厚生产实力,服务整个太平洋西岸的亚太国家,为中国、日本、韩国、新加坡、越南等国家的造船厂,量身定制国产化的旋筒风帆。

2021年,挪世航力公司宣布了其首次在新建大型散货船上创纪录地安装五个倾收式旋筒风帆。

这艘32.5万载重吨的超大型矿砂船(VLOC),被安装了5个高24米×4米直径的可倾收旋筒风帆,可以通过液压油缸倾倒至货舱口之间,灵活方便地避让装卸货物的耙斗,科技含量很高。

该船在舟山的太平洋船厂吊装旋筒风帆,船东是韩国泛洋海运(Pan Ocean Ship Management),并被巴西淡水河谷(Vale)租用。

“我们公司一直在致力于开发风帆航行的研究与计划,研究各种船型适配的旋筒风帆,为船东船厂定制科学高效的技术投资方案。

在不降低航速的情况下,利用可再生能源获得额外的动力,降碳节能增效5-20%,受到了广大船东船厂的青睐。

武效萱透露:“公司目前最大的问题是产能不足,供不应求,好在中国公司本土化国产化的旋筒风帆产能正稳步提升。

据了解,英国商船旋筒风帆供应商——英国Anemoi船舶技术公司的旋筒风帆在数年前就己经进到了中国市场,并通过与瓦锡兰公司的合作在全球范围内大力推广。

英国Anemoi船舶技术公司的旋筒风帆

瓦锡兰公司的技术销售总经理周继红介绍,早在2018年,在江苏南通一船厂,为一艘希腊船东6.4万吨的散货船,安装了4根高18米×直径2.1米的旋筒风帆。

据悉,英国Anemoi船舶技术公司在国内的供应链已建设完成,近期内将为一系列散货船安装旋筒风帆,安装订单正在稳步增长,

中国旋筒风帆国家队迎头赶上

中国作为造船大国,这样的战略机遇期岂容错过?

2022年5月,中国船舶科学研究中心(中国船舶集团702所)首次加装旋筒风帆操纵性模型试验顺利完成。

作为中国造船“国家队”——中国船舶集团702所围绕旋筒风帆实船应用进行了深入系统的技术攻关。

英国Anemoi船舶技术公司的旋筒风帆

瓦锡兰公司的技术销售总经理周继红介绍,早在2018年,在江苏南通一船厂,为一艘希腊船东6.4万吨的散货船,安装了4根高18米×直径2.1米的旋筒风帆。

据悉,英国Anemoi船舶技术公司在国内的供应链已建设完成,近期内将为一系列散货船安装旋筒风帆,安装订单正在稳步增长,

中国旋筒风帆国家队迎头赶上

中国作为造船大国,这样的战略机遇期岂容错过?

2022年5月,中国船舶科学研究中心(中国船舶集团702所)首次加装旋筒风帆操纵性模型试验顺利完成。

作为中国造船“国家队”——中国船舶集团702所围绕旋筒风帆实船应用进行了深入系统的技术攻关。

叠风新能源旋筒帆系统,经过 CCS和LR 船级社认可

李智表示,叠风新能源旋筒风帆订单已经在手,今年下半年有望为一艘客滚船和一艘6.5万吨级的散货船分别安装2个、4个高24米×直径4米旋筒风帆。

目前,依靠天津保税区的强大工业基础,叠风新能源24米×4米旋筒风帆年产能达30台,并加紧研发35米×5米旋筒风帆及其他风力辅助推进装备。

李智介绍,叠风新能源旋筒风帆对船舶改造范围小,无需进坞,可在码头进行,改造周期短至15-20天。

而且,有固定式/可倾倒式/轨道式等多种形式供不同船型选择,利用风能实现对船舶辅助推进,实现 5%-20%的节油效果,设备投资回报周期仅2-4 年。

针对旋筒风帆的火爆预期,我国的相关规范指南也“应运而生”

“中国船级社关于旋筒风帆的规范马上就要出台了。

中国船级社(CCS)上海规范研究所法规与绿色技术研究部副主任顾雅娟表示,随着国际公约和国家规范体系的不断升级,CCS每年都会紧跟行业“热点”发布各类规范指南文件。

旋筒风帆是目前商船上很受欢迎、风险较小的降碳方案之一,除了集装箱船,在散货船、客船、游轮、滚装船、油船上的旋筒风帆改造升级相对简单,能实现5-25%的燃料节省。

顾雅娟分析,旋筒风帆最佳的助力风向为横风,我国沿海的季风风力资源非常丰富,近海航线以南北航线为主,平均风力达到 4 级,旋筒风帆的适用性十分广泛。

现在国内具有实船安装经验的厂家还不是很多,旋筒风帆的科技研究及实船实践前景广阔。

 

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