Направи дарение на училище!

Автор: гл. ас. д-р Иван Цонев
(Катедра „Експлоатация и мениджмънт на морския транспорт”, ВВМУ „Н. Й. Вапцаров”, Варна

Резюме: Корабоплавателната индустрия, крайъгълен камък на световната търговия, се насочва към по-устойчиво бъдеще. Тъй като опасенията относно въздействието върху околната среда и изменението на климата се засилват, индустрията проучва иновативни решения за намаляване на въглеродните си емисии. Едно обещаващо направление, което набира скорост, е използването на вятърната енергия за задвижване на корабите. Вятърното задвижване не е нова концепция; исторически, корабите са разчитали на улавящи вятъра платна за задвижване. През последните години има възраждане на интереса към овладяването на силата на вятъра като допулнение към традиционните методи, разчитащи предимно на течни горива . Този интерес е подхранван от необходимостта да се постигнат амбициозни цели за декарбонизация, определени от Международната морска организация (IMO) и широката морска общност. Тази статия изследва мечтите и предизвикателствата, свързани с интегрирането на системи за вятърно движение в корабоплаването.

Ключови думи: Устойчив морски транспорт, опазване на околната среда, алтернативни горива, задвижване с вятър, хибридни кораби

Разбери повече за БГ Наука:

***

• Въведение

Тъй като екологичните разпоредби стават все по-строги, приемането на системи за вятърно задвижване помага на корабните компании да спазват стандартите за емисии и допринасят за глобалните цели за устойчивост. Вятърът е чист и възобновяем енергиен източник, което прави технологиите за подпомагане на вятъра устойчиво решение за морската индустрия. Технологиите за подпомагане на вятъра значително подобряват горивната ефективност, което води до намалени оперативни разходи и по-ниски емисии на парникови газове. Няколко иновативни системи за вятърно задвижване са разработени и успешно работят за увеличаване на мощността на традиционните двигатели. Сред тях най-забележителни са ротори, смукателни крила, твърди и меки платна, хвърчила. [1]

Тъй като морската индустрия се стреми към устойчивост, интегрирането на хибридни системи за задвижване, съчетаващи вятърна енергия и алтернативни горива, се очертава като удачно решение. Тази синергия от традиционни и авангардни технологии обещава намаляване на емисиите на парникови газове и повишаване на горивната ефективност. Примери за бъдещи разработки в корабните хибридни системи, които използват вятърна енергия заедно с алтернативни горива, са:

• Кораби, задвижвани с водород: Водородът набира популярност като чисто алтернативно гориво за морската индустрия. Бъдещите хибридни корабни системи могат да включват водородни горивни клетки заедно с традиционните двигатели, позволявайки на корабите да превключват между източници на енергия въз основа на оперативните изисквания. Тази гъвкавост не само намалява емисиите, но и се справя с предизвикателствата, свързани с непостоянния характер на вятърната енергия.
• Амонякът като корабно гориво: Амонякът се очертава като обещаващо безвъглеродно гориво за корабоплаването. В хибридните системи корабите могат да използват амоняк заедно с технологии за подпомагане от вятъра. Амонякът има предимството да бъде гориво с висока енергийна плътност, което го прави жизнеспособна опция за превоз на дълги разстояния. Комбинацията от вятър и задвижване с амоняк представлява мощна стратегия за постигане на устойчив морски транспорт.
• Биогорива: Биогоривата, получени от устойчиви източници, като водорасли или отпадъчни материали, могат да бъдат безпроблемно интегрирани в хибридни корабни системи. Тези биогорива могат да работят в тандем с технологии за подпомагане от вятъра за захранване на плавателни съдове с намалено въздействие върху околната среда. Комбинацията от вятър и биогорива отговаря както на необходимостта от възобновяеми енергийни източници, така и на изискванията за минимизиране на въглеродния отпечатък от морските дейности.

Бъдещите разработки в корабните хибридни системи също ще включват усъвършенствани системи за управление на енергията. Тези системи ще оптимизират използването на вятърна енергия и алтернативни горива въз основа на данни в реално време, скорост на кораба и преобладаващи метеорологични условия. Интелигентните алгоритми ще осигурят най-ефективната комбинация от източници на енергия, като максимизират както икономията на гориво, така и емисиите по време на цялото пътуване. [2]

• Проекти в етап на разработка

Тъй като морската индустрия се насочва към устойчиви практики, задвижването с помощта на вятър се очертава като обещаващо решение за намаляване на въглеродните емисии и подобряване на горивната ефективност. Многобройни проекти по света в момента са в различни етапи на развитие, изследвайки иновативни технологии за използване на силата на вятъра за корабоплаването. Тези инициативи варират от дизайн на нови кораби до модернизиране на съществуващи кораби, като всяка от тях допринася за колективните усилия за намаляване на въздействието на морския транспорт върху околната среда. Тъй като тези проекти напредват през съответните им етапи на развитие, те обещават да трансформират корабната индустрия, начертавайки курс към по-устойчиво и екологично бъдеще в открито море. Тази глава разглежда някои проекти за задвижване с помощта на вятър, които оформят бъдещето на устойчивия морски транспорт:

•  FutureShip е проектирал ферибот с нулеви емисии за Scandlines (фиг. 1), който може да бъде внедрен до 2027 г.

Фиг. 1 Ферибот с водородно и Fletner роторно задвижване 

Задвижването се основава главно на течен водород, преобразуван от горивни клетки за електрическо задвижване. Водородът може да бъде получен близо до пристанищата, като се използва излишното електричество от вятърната енергия. То се съхранява в батерии за потребление в моменти на пикова необходимост. Общите енергийни нужди са намалени чрез оптимизирани линии на корпуса, форма на винта, тегло на кораба и процедури в пристанището. Задвижването на кораба ще се подпомага от два ротора Fletner, а допълнително ще има слънчеви панели за отопление и част от натоварването на хотела. [3]

• Съвместен индустриален проект, стартиран през 2009 г. от Токийския университет и подкрепен от най-големите японски корабни компании, се стреми да разработи ветроходен кораб от следващо поколение, който ще има 50% по-нисък разход на гориво в сравнение с конвенционален моторен кораб със същата скорост и тонаж. Наречен „Wind Challenger“, този кораб за насипни товари ще има големи крила от фибростъкло или алуминиева сплав, управлявани от компютър. (фиг. 2) [4]

Фиг. 2 Wind Challenger

1. Aquarius MRE (морска възобновяема енергия) (фиг. 3) е проект, разработен от Eco Marine Power (EMP) от Япония.

Фиг. 3 Aquarius MRE кораб за насипни товари 

Той съчетава задвижване с твърди платна и слънчева енергия и по същество е корабна система за възобновяема енергия. Кораб, оборудван с Aquarius MRE, като пътнически ферибот, круизен кораб, кораб за насипни товари, RoRo кораб или танкер, ще може да се възползва от неограничената сила на вятъра и слънцето. Тези кораби с хибридно захранване ще използват заедно вятърна и слънчева енергия като източник на енергия и задвижване (заедно с основните двигатели на кораба), за да намалят вредните емисии и да понижат разхода на гориво. [5]

1. Въртящи се „крилни платна“: Докато роторите са най-разпространеното устройство за задвижване с помощта на вятъра на корабите днес, други технологии вървят към търговско приложение. Базиран в Париж стартъп Ayro изгражда четири от своите въртящи се „платна“, които ще се издигат от палубата на 121-метровия товарен кораб Canopee (фиг. 4), предназначен да транспортира части от ракетата Ariane 6 от европейските пристанища до Френска Гвиана . [4]

Фиг. 4 Кораб Canopee 

1. „Energy Observer“ е името на изследователски кораб, използващ само възобновяема енергия, захранван само от слънце, вятър и водород (фиг. 5). Корабът е самодостатъчен откъм енергия, с нулеви емисии, нулеви фини частици, нулев шум, на мисия да докаже, че бъдеще, в което кораби плават в океана без изгаряне на изкопаеми горива, е жизнеспособна възможност. За събиране на слънчева енергия той разполага със 141 квадратни метра слънчеви панели, за вятъра има революционна система от твърди платна OceanWings , която оптимизира енергията на вятъра (с до 42%), а машината на кораба действа като електрическа турбина, когато тя е под задвижване от вятъра.

Фиг. 5 Плаване    а ) с твърди платна                                    

б) с VAWT

Има и вятърни турбини с вертикална ос (VAWT), монтирани на борда. Всички тези електрически източници се свързват с батерии и тази съхранена енергия се използва за производството на водород, извличайки го чрез електролиза от морската вода, която кораба събира, докато се движи. Благодарение на своите технологии, това е първият кораб в света, способен да произвежда декарбонизиран водород на борда от морска вода и да използва енергиен микс, разчитащ на възобновяема енергия. [5]

1. Норвежката компания за приключенски круизи Hurtigruten разкри планове за електрически круизен кораб с нулеви емисии с прибиращи се платна, покрити със слънчеви панели (фиг. 6), който трябва да отплава през 2030 г. Полученият дизайн ще работи предимно с 60 мегаватови батерии, които могат да бъдат заредени в пристанището с чиста енергия, тъй като възобновяемите източници представляват 98% от електроенергийната система на Норвегия. За да се намали зависимостта от батерията, когато е ветровито, три прибиращи се платна – или крила – ще се издигнат от палубата, достигайки максимална височина от 50 метра. Те могат да се регулират независимо, като се свиват, за да премине кораба под мостове или променят ъгъла си, за да уловят най-добре вятъра. Платната ще бъдат покрити с общо 1500 квадратни метра слънчеви панели, които ще генерират енергия за зареждане на батериите по време на плаване – и нивата на батерията ще се показват на борда на кораба. [6]

Фиг. 6 Кораб Hurtigruten с нулеви емисии

• Определено нова идея е принципът зад Vindskip (Windship) (фиг. 7), хибриден плавателен съд, проект на Lade AS (базирана в Норвегия дизайнерска фирма), който използва специално проектиран корпус, за да използва силата на вятъра и драстично намаляване на разходите за гориво и емисиите. По принцип целият кораб действа като гигантски въздушен профил който използва вятърната енергия за генериране на задвижване на кораба напред, докато бордовият софтуер постоянно ще следи прогнозите за времето, за да избере най-добрия възможен курс, идея, която очевидно е вдъхновена от космическата индустрия. Търсейки да създаде нещо, което може да използва сила, подобна на аеродинамично повдигане, компанията излезе със симетричен аеродинамичен профил, който да генерира инерция, като дърпа кораба и следователно да намали силата, необходима за задвижването му напред. Симетричният въздушен профил гарантира, че се генерира „повдигане“, когато вятърът идва от двата борда – ляв и десен. В сравнение със съществуващите търговски кораби, Vindskip има очакван товарен капацитет от 6500 CEU (единици, еквивалентни на автомобил) и би позволил на корабите да постигнат скорост до 17 възела за период от 70 дни, но идва с икономия на гориво от около 60 процента. [1]

Цялата статия прочетете в новия Брой 174 на списание Българска Наука

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!