Поднять паруса!

В 1926 году в Нью-Йорк прибыл необычный корабль, который пересек Атлантику. Это был переоборудованный парусник под названием Баден-Баден. Две его мачты были снесены. Вместо них на палубе установили пару вращающихся цилиндров высотой 15 метров. Это были роторы (конструкции в виде цилиндра, который вращается при помощи электродвигателя), которые работали как паруса. Устройства назвали в честь их немецкого изобретателя Антона Флеттнера. Работа роторных парусов была чрезвычайно эффективна. Она позволяла судну потреблять меньше половины обычного расхода топлива. Аналогичный корабль, работающий на мазуте, тратил топлива в два раза больше. Роторные паруса еще и позволяли более успешно управляться со встречным ветром, чем это происходило при использовании оригинальной оснастки парусников. В то время изобретение роторов считалось великим достижением (в частности, их высоко оценил Альберт Эйнштейн), но интерес к ним пропал с падением цен на нефть, пишет сайт The Economist.

В последнее время стоимость нефти растет, и не только в финансовом плане. На суда, которые перевозят более 80 % товаров в мире, приходится около 3 % выбросов парниковых газов в атмосферу, что сопоставимо с выбросами от авиации. Поэтому сейчас порты вводят ограничения на выбросы для морских судов. Международная морская организация (межправительственная организация, специализированное учреждение ООН) поставила задачу сократить выбросы до нулевого уровня примерно к 2050 году. Сложность заключается в том, что в настоящее время нет простого способа достичь этой цели.

Возвращение к использованию парусов в судоходстве может снизить уровень загрязнения окружающей среды. Зеленая повестка возродила интерес к роторам Флеттнера и другим ветровым технологиям, включая паруса с жесткой, не прогибающейся поверхностью, гигантские воздушные змеи и высокие конструкции, известные как всасывающие паруса (паруса, искусственно повышающие скорость движения воздуха с подветренной стороны). Морской индустрии, а также многим другим судостроительным предприятиям может потребоваться значительное время для переориентирования своей деятельности. Прошли те времена, когда при эксплуатации парусных судов всё сводилось к необычным проектам и экспериментальным испытаниям. Теперь владельцы грузовых судов начинают размещать заказы на модернизацию существующих грузовых судов и строительство судов, работающих на ветре. Возможно, новая эра парусных кораблей уже наступает.

Ветер особенно подходит в качестве вспомогательного источника энергии для более крупных глубоководных судов. В настоящее время технология аккумуляторных батарей не позволяет обеспечить энергией небольшие суда, работающие на коротких маршрутах. И хотя альтернативные виды топлива, получаемые с помощью экологически чистых технологий, такие как биотопливо, водород и аммиак, обладают необходимыми качествами, для их производства и распространения практически не существует инфраструктуры. По крайней мере, на начальном этапе они будут дорогими. Следовательно, для судов, использующих альтернативные виды топлива, использование ветра поможет еще больше снизить затраты и выбросы в атмосферу.

ИЗ ПРОШЛОГО

Использование роторов Флеттнера остается одним из оптимальных решений. Когда ветер приводит в движение вращающиеся цилиндры, это создает область высокого давления воздуха с одной стороны и более низкого давления с другой. Благодаря явлению, известному как эффект Магнуса (физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа), этот перепад давления создает силу, расположенную под прямым углом к ​​направлению ветра. Так образуется подъемная сила. Вертикальный ротор помогает двигаться кораблю вперед. Роторы можно вращать с разной скоростью и в разных направлениях. Это позволяет «подстраивать» их под преобладающие условия, связанные с силой ветра. Все это происходит автоматически, поэтому дополнительная работа команды не требуется.

Среди компаний, поставляющих современные роторы Флеттнера, — финская фирма Norsepower. Ранее в этом году компания заключила крупнейшую в истории сделку по ветроэнергетическим установкам. Она получила заказ на установку шести 35-метровых роторов на каждый из трех новых грузовых судов. Они строятся для Louis Dreyfus Armateurs, французского судовладельца. Суда будут зафрахтованы европейской аэрокосмической группой Airbus. Каждый из кораблей предназначен для перевозки частично собранных самолетов, а именно конструкций из фюзеляжей, крыльев и хвостового оперения. Из заготовок позже на заводах Airbus в Америке соберут шесть авиалайнеров А320.

Фирма Norsepower уже оснастила восемь кораблей роторами и получила заказы на сумму 30 миллионов евро (32 миллиона долларов). По словам Туомаса Риски, пока еще генерального директора компании, суда, находящиеся в эксплуатации, показывают уменьшение расхода топлива и, следовательно, снижение вредных выбросов в атмосферу на 5–25 %. Каждый ротор стоит недешево, около 1 миллиона евро, которые, по его словам, можно окупить за счет экономии топлива в течение трех-десяти лет.

Хотя примерно аналогичную экономию обещают и другие вспомогательные ветроэнергетические системы, сравнивать их эффективность трудно, так как многое зависит от условий ветра и типа судна, а также его скорости и курса. Риски считает, что если бы компании захотели изменить логистику, то суда могли бы большую часть времени работать на холостом ходу. Вместо того чтобы придерживаться установленного ранее графика, можно было бы планировать движение по маршрутам с наиболее благоприятным ветром. Так это было раньше в эпоху парусного судоходства. Тогда доставка товаров с длительным сроком годности займет немного больше времени, но зато в атмосферу выбросится гораздо меньше углекислого газа.

ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ

Сегодня возрождаются и другие старые проекты. В 1985 году в Нью-Йорк приплыло еще одно необычное судно – исследовательский Alcyone, построенный французским океанографом и кинорежиссером Жак-Ивом Кусто. На корабле была установлена пара всасывающих парусов - высокие цилиндры с электрическими вентиляторами, которые втягивают воздух в перфорированные полосы по бокам. По словам компании Bound4blue из Кантабрии (северная Испания), которая производит современную версию этого паруса под названием Esails, они притягивают воздушный поток, снижая сопротивление и создавая в семь раз большую силу, чем обычный парус.

Компания Bound4blue основана в 2014 году тремя инженерами аэрокосмической промышленности. Среди ее консультантов – Бертран Шарье, помогавший Кусто конструировать корабль Alcyone. Компания уже установила несколько парусов, в том числе три 22-метровые версии, модернизированные для транспортного судна Ville de Bordeaux, зафрахтованного Airbus. В процессе доработки находятся еще пять судов, в том числе танкер-химовоз. Экономия топлива зависит от типа судна и особенностей его эксплуатации. Для оценки эффективности компания привлекает независимых экспертов.

По словам Даны Кэмпс, руководителя отдела маркетинга компании, эти паруса можно использовать практически на любом крупном морском судне. Для некоторых кораблей их, возможно, придется модифицировать. Так как палуба контейнеровоза, например, обычно заставлена ящиками, которые нуждаются в периодической погрузке-разгрузке, любая вспомогательная ветроэнергетическая система не должна мешать рабочим процессам. К тому же роторы и всасывающие паруса могут быть оснащены опускающими механизмами, которые также полезны при прохождении под низкими мостами. Такие же не занимающие много места системы можно установить и на круизных лайнерах. Сегодня они напоминают гигантские плавучие жилые дома. Период окупаемости на этих судах будет более длительным, так как они надолго останавливаются в портах, потому что рассчитаны на туристические рейсы.

Некоторые крупные суда продолжают ходить и под жесткими парусами, подобно тем, что установлены на современных гоночных яхтах. Одним из кораблей, оснащенных жесткими парусами, является сухогруз Pyxis Ocean, принадлежащий компании Mitsubishi Corporation. Пятилетнее судно было модернизировано в Китае двумя парусами WindWings высотой 37,5 метра, разработанными bar Technologies, морской инженерной фирмой, базирующейся в Портсмуте на южном побережье Великобритании.

Судно Pyxis Ocean было зафрахтовано Cargill, гигантской продовольственной группой, для перевозки зерна. После шести месяцев в море WindWings сократили расход топлива примерно на 15 %, хотя компания считает, что три паруса могут сократить средний расход топлива на 30 % и более. Шведская компания Oceanbird планирует установить шесть гигантских парусов на новом автовозе Orcelle Wind. Этот корабль предназначен для перевозки 7000 автомобилей и должен поступить в эксплуатацию в 2027 году. По оценкам Oceanbird, паруса помогут снизить уровень выбросов на 50-60 процентов по сравнению с обычными автовозами.

Другой вариант – буксировать корабли с помощью гигантских парусов, похожих на парафойлы (бескаркасный тип кайта-воздушного змея), которые используют кайтбордеры. В феврале крупная японская компания Kawasaki Kisen Kaisha (K Line), занимающаяся морскими перевозками, приобрела французскую компанию Airseas, которая разрабатывала кайт-парус под названием Seawing. Эти паруса можно доставать и запускать автоматически с носа судна, благодаря чему устройство не занимает место на палубе. В прошлом году Airseas испытала паруса Seawing на грузовом судне компании K Line. Ожидается, что они позволят сократить выбросы углекислого газа примерно на 20 %, утверждают представители K Line.

В открытом море курсирует около 50 000 крупных грузовых судов различных типов. Каждый имеет средний срок службы примерно 30 лет. Судоходной отрасли потребуется некоторое время, чтобы навести порядок в своей деятельности. Но это сделать необходимо. Если курсирующие в море корабли будут продолжать дымить и загрязнять окружающую среду, то судовладельцы вскоре окажутся без работы. Хотя на сегодня количество судов, вернувшихся к использованию энергии ветра, пока невелико, эта технология явно набирает обороты.