在航运业，一场减少碳足迹的革命正悄然进行。在此过程中，通过创新和技术的进步，传统的航运业正在获得新的活力。与过去的风动力方式不同，现代风力辅助系统旨在与传统的推进方法相结合，而不是完全取代它们。这种混合动力系统有助于最大限度地提高船舶的效率，同时减少其对环境的影响。

由于国际海事组织（IMO）正在追求2050年的目标，以及燃料价格的持续上涨促使人们寻求减少燃料消耗和碳排放的方法，航运业正在重新审视风力推动的潜力。目前，多个项目正在进行中，以研究商船利用风能的可行性。

风力驱动船舶走红

巴西矿业巨头淡水河谷公司日前宣布，与阿曼船东Asyad签订合作协议，计划在旗下最大的矿石货运船舶上安装大型风力驱动系统，提高货运船舶能源利用效率，降低物流运输过程中的温室气体排放量。

根据淡水河谷公司公开的信息，将在长362米、宽65米的铁矿运输船舶上安装5座长35米、直径5米的圆柱形风能转子系统，利用海上风能推动船舶前进。根据计划，该船舶在行进途中可借助风力降低燃料用量，整体能源系统效率有望提高6%左右，每艘船每年可减少二氧化碳排放达到3000吨。

淡水河谷公司航运技术经理罗德里戈·贝梅洛指出，风力驱动系统将在矿物海运领域脱碳中起到核心作用。目前推进的环保技术试点都能为未来远洋船舶脱碳提供有价值的经验。

事实上，近年来，除了淡水河谷公司，全球还有多家跨国航运巨头都“看准”了风力驱动船舶。

跨国干散货船东Pyxis Ocean近期宣称，在长为229米、宽为32米的干货船上安装了两座长达37.5米的刚性“风帆”，主要由钢材和玻璃复合材料支撑，能够在风况适当时推动船舶前进。根据测算，这种风力驱动系统每年能够帮助货船节约1.5吨燃料，每年减少约20吨二氧化碳排放。

据全球航运保险公司Gard分析，风力驱动被认为是全球船舶脱碳的关键组成部分，风帆系统将为碳基燃料系统增强动力，有可能为单一船舶提供1%-8%的总体“能效增益”。

风力推进的基本考量因素

在Uwe Hollenbach看来，考虑采用风力辅助推进时，需要考量以下基本因素：

运营地区应具备足够的风力。相比中高纬度地区，热带地区的风力不够可靠。

小型船舶可选择的系统更多。但大型船舶往往受到限制，因为空气阻力降低了风帆系统的效率。装载甲板货物的船舶也需要高效布置风帆系统的新理念。

天气导航有助于提升WAPS效率。

在启动WAPS项目前，强烈建议开展危害识别研究（HAZID）。桅杆和风帆必须远离驾驶台和吊杆，并保护其免受恶劣天气和海况的影响。否则会影响船舶的操控和装卸、视线及安全。

新船规划WAPS的效果要优于改造，设计师可以考虑稳性、效率以及电力需求，并将WAPS纳入混动推进系统，实现投资效益最大化。

由于这些因素，在现有采用风力辅助推进系统的船舶中，燃料节省和减排数值的差异很大。“DNV拥有全面的风能专业知识和模拟工具。作为独立第三方，我们能够预测设计方案的辅助推进功率和燃料节省情况，并计算EEDI或EEXI”，Hasso Hoffmeister说。DNV已经制订了WAPS系统认证标准，并对市场上很多WAPS系统授予了AiP（原则性认可证书）。

基于DNVST­0511标准的DNV船级标识WAPS，用于风力辅助推进系统，涵盖了诸多常见的风帆类型。

旋翼帆技术已得到证实

目前商船上最受欢迎也是风险最小的WAPS技术是旋翼帆，也被称为福莱特纳帆，以上世纪二十年代的发明者命名，Hoffmeister说。在小型船舶上安装旋翼帆，通过先进的计算机控制技术实现了4.5%的燃料节省，最高可达25%。渡船、汽车船、多用途船、散货船和油船上的旋翼帆改造相对简单。

18米的“经济型福莱特纳”旋翼帆最高可节省20%的燃料

例如，Norsepower在一艘成品油船上改造了两台DNV认证的旋翼帆，节约了8.2%的燃料消耗。之后，有两艘混动渡船安装了DNV认证的福莱特纳旋翼帆。目前为止安装旋翼帆的最大船舶是一艘散货船，共安装了五台，旋翼帆在货物装卸时可以放倒，预计可节省8%的燃料消耗。DNV入级的滚装船“SC Connector”安装了两台福莱特纳旋翼帆，预计将减少25%的排放，船舶通过大桥时可以放倒帆。目前验证测量工作正在进行中。

“经济型福莱特纳”平均节省10-20%的燃料消耗

“经济型福莱特纳”的首个应用项目是多用途船“Fehn Pollux”，该船安装了一台旋翼帆，其平均燃料节省高达10-12%，超出了所有人的预期。福莱特纳大家庭的另一个成员，是伦敦的Anemoi海事技术公司在一艘散货船上改建了四台旋翼帆，并同样通过了DNV认证。旋翼帆安装在滑轨上，可以避开码头吊杆。“福莱特纳”原理越来越普及：DNV近期为韩国大宇造船海洋株式会社开发的旋翼帆系统授予了原则性认可证书。

运用帆船竞赛技术减少商船的碳排放

与此同时，最初为帆船竞赛发明的创新风帆类型已经进入了商船货运领域，主要航运公司都对运用这些技术表示意愿。英国朴茨茅斯的BAR技术公司以及Yara海运技术公司开发了名为“风翼”的固体翼帆系统，并于2021年11月获得了DNV的原则性认可证书。这种模仿飞机机翼的翼帆设计为两组到五组，完全由计算机控制。据BAR技术公司介绍，平均可以减少船舶30%的二氧化碳排放。

“为海事行业开发新的风力推进技术并非易事，因为安全处于最重要的地位。在‘风翼’的早期安装中，与DNV的合作非常重要，我们获益良多。通过原则性认可的专业方法和架构以及设计审批，我们的工作不仅确保绩效，还注重可靠性与安全性”，BAR技术公司首席执行官John Cooper表示。

“风翼”可以折叠，能让船舶通过桥梁，并确保货舱口的自由出入。BAR技术公司与跨国食品巨头嘉吉等公司建立了合作关系，将于2022年底在嘉吉一艘大型干散货船上改造首台“风翼”。嘉吉宣布，计划在未来几年中租赁20艘以上的新型风力辅助船。

翼帆可减少高达45%的环境足迹

DNV还向VPLP设计公司开发的AYRO海翼3.6.3风力辅助推进系统授予了原则性审批证书。这艘121米长的滚装船计划于2022年交付，将配备四台自动化“海翼”翼帆，预计该船的环境足迹将减少20-45%。

AlfaWall Oceanbird是华轮威尔森和阿法拉伐组建的合资公司，从事风力推进和风力辅助的飞机机翼型刚性翼帆的开发工作。整个“海鸟”概念包括了翼帆、特殊设计的船体和航速/航线推荐，能减少最多90%的排放。“从上一次着手研究风帆动力以来，技术已经大为改观”，该公司董事总经理Niclas Dahl介绍，“自动化、传感器、材料技术、航线规划、天气预报，所有这些结合在一起，让我们从全新的角度审视风力推进。我们可以做15年前不可能做的事情。”

Cousteau演示吸力翼帆

吸力翼帆是指利用内部的风扇、通过开孔矩阵吸入周围的空气，从而产生翼帆的“抬升”效应。这项技术由Jacques-YvesCousteau在他的“Alcyone”船上首次成功应用，并得到了eConowind的优化。目前在两艘普通货船上安装了两台移动箱式装置，类似项目也在西班牙落地。

风筝归来

风筝正在迎来复兴：2022年，一种创新的自动化风筝帆将开展为期半年的海上试航，空客公司的子公司Airseas将在一艘滚装船上布置半幅尺寸的“海翼”演示风筝。另有一艘安装海翼风筝系统的LNG动力散货船计划于2024年交付。

风筝被视为一种非常有效的风能利用方式。2022年，空客公司旗下的Airseas将在一艘滚装船上布置半幅尺寸的“海翼”演示风筝。

合理应用或能锦上添花

不过，在业界看来，虽然船舶上可用的新兴减碳技术路线以及应用方式十分多元，但上述措施对于全行业脱碳的作用可能只是“锦上添花”，达成航运业零碳目标的关键仍是低碳、绿色替代燃料的使用。

在嘉吉海洋运输公司总裁扬·迪勒曼看来，风力驱动系统是一项特殊技术，能够将传统内燃机与能效提升技术结合到一起，共同实现减排。“然而，除非人们愿意关停所有的内燃机，仅仅使用风能绝对无法让航运业达成净零排放目标。”

Gard公司也在分析中指出，时至目前，全球大型商船安装风力驱动设备的经验仍然相当有限，新增的风力驱动设备具有高度自动化水平，船长和船员还需接受额外培训，包括优化航行效率和系统操作培训等，以确保航程安全可靠。

尽管如此，风力驱动乃至其他清洁能源驱动系统仍被航运业寄予厚望。扬·迪勒曼表示，与传统化石燃料相比，生物甲醇、绿氨等新兴低碳燃料成本明显更高，密度却相对更低，完成同样航程需要更大的储罐。有了风力驱动系统，新兴低碳燃料将获得更大市场空间，投资回报年限可能会大大缩短，进而鼓励更多船东参与其中，加快船舶行业减碳速度。

文章来源： 中国能源报，航运界 ，中国船检杂志社