正是风正扬帆时

11月13日上午，大船集团为招商轮船建造的全球首艘安装风帆装置的30.8万吨超大型原油船（VLCC）80号船“NEW VITALITY （凱力）”轮成功交付。该轮的顺利交船标志着研发团队已高质量完成了风帆装置在超大型油船上的工程化应用，填补了国际空白，是国内造船界、航运界相关参研单位共同合作的重大创新技术成果。为抢占未来船舶技术制高点，保持市场竞争优势创造有利条件。

“凱力”轮是大连船舶重工集团为招商局能源运输股份有限公司建造的6艘VLCC姊妹船的第2艘，入中国船级社（CCS）单一船级，由CCS执行船级和法定检验。该轮是全球首艘安装试验用风帆辅助推进装置的VLCC，是由大船集团牵头，CCS参研和检验的工信部重点科研项目的示范船。

在目前燃油成本高企、运力供大于求，以及排放控制区越来越多，环保法规更趋严格的背景下，风能，作为船舶的一种“原始”动力，逐渐回归人们的视野。

船舶使用风能作为驱动力，一般会采用风帆直接驱动技术，当然还包括风力发电后作为船舶推进动力的风力间接驱动技术。风力直接驱动常见的方式一般有桅式传统阻力帆、翼面升力帆、富莱特纳旋筒和风筝帆等，其中，阻力帆和风筝帆均系采用相当面积的受风装置承受风压，从而因风压的作用产生推进力；翼面升力帆系利用气流在特定装置的表面发生流场改变，从而利用气动学原理产生推进力；富莱特纳旋筒系利用气流通过高速旋转的圆筒时，产生压力差的马努斯效应产生推进力。随着空气动力学技术以及船舶设计手段的进步，采用空气动力学原理的升力帆和富莱特纳旋筒技术，因其辅助推进效率较高，逐步成为利用风能提高船舶能效的首选。

通过对“凱力”轮相关海试数据的分析，翼型风帆助推效果符合设计预期，节能效果显著。相信在全球节能减排的大背景下，风帆助推等节能技术将在更多的大型船舶上推广应用。

近年来，已有不少公司和研究机构对船舶风动力技术进行了深入研究，并诞生了多项创新技术，实现了风能的现代化利用。

1、Oceanfoil公司翼帆系统

Oceanfoil公司的翼帆系统是一型可用于大型商船的风动力系统。每一个Oceanfoil翼帆由3块与尾鳍或舵相关联的风板组成，看起来就像是3张竖着的机翼。之所以采用机翼的形状，是由于机翼的曲率最适合产生推力，因此称得上是一种理想的捕获风力用以推进的形态。

Oceanfoil翼帆系统效果图

该翼帆系统的主要特点为：为船东和运营者节省双倍的燃油；可使船舶以较低的发动机输出功率达到所需要的航速；降低发动机负荷，从而减少维护需求；省下的成本可用于在排放控制区（ECA）使用更昂贵的蒸馏燃油；补足其他一些有效降耗措施和技术，如低速航行、减阻涂料，以及按气候优化航线等。

通过CFD和水池试验，Oceanfoil公司证明该风动力系统可以降低15%~20%的油耗，15~18个月就可以收回安装成本，船东也因此对其产生了更浓厚的兴趣。

2．Solar Sailor折叠式风帆系统

Solar Sailor公司对于风帆影响散货船空间和可达性的解决方案同样也是折叠翼帆，当风帆张开时，面积将扩展至2倍或4倍。该设计中，船桅可向下折叠至甲板，与货舱口齐平。该公司称，这是一种理想的解决方案，船舶只要经过简单改装就能实现，并不会对货物处理设备产生重大影响。所有该风动力系统设备均能巧妙地、轻松地安装，只需要对船体进行最小限度的穿透操作，甚至有些情况下几乎不需要。

Solar Sailor公司折叠式太阳能风帆系统

3、Innovative Marine Technology公司Cargoproa系统

Innovative Marine Technology公司的Cargoproa系统是一型适用范围较广的风动力系统，集装箱船和油船均适用。将Cargoproa系统结合到船上后，就成为了快速帆船结构，看起来就像是一条独木舟加上弦外支架。弦外支架的帆航空间结构可使船拥有比起单体时大得多的风帆，借助这样的大型风帆，船舶航行时就不必再一直使用发动机进行推进了。若环境合适，最高可降低远洋航行的船舶100%的油耗（不包括港口操作）。

Cargoproa系统效果图

4、Lade公司Vindskip设计

Vindskip是由Lade公司设计的一型混合动力远洋商船，采用介于在水上帆行和飞行的风动力系统以及LNG动力。其风动力系统的灵感来自于航空和航天工业以及帆船界等高度受到风况影响的领域。1艘以平均航速17~18 kn航行的商船，无论选择什么航线，其在逆风状态下的航行时间都将超过50%，这就意味着会产生可观的拖曳力。Vindskip的风动力技术就是利用这些相对风产生一个向上的正引力，从而减小航行阻力，降低能耗。

Vindskip型设计效果图

近期Lade公司在克兰菲尔德大学进行的风洞试验以及CFD最优化测试对提升性能起到了很大帮助，使该型设计有望实现在18°~180°相对风迎角的范围内生成正引力，这可谓是一项令人难以置信的成果。再结合可根据风向风速进行自动调节的电脑控制系统，使该型设计最高可降低约60%的能耗以及80%的排放。今年Lade公司计划对水下船体进行更多CFD最优化测试，并且在准备好的模型水池中进行可能有船东参与的后继测试。据 道，目前Vindskip型设计可应用于滚装船、客滚船、PCTC、客船和集装箱船。

5、Norsepower公司旋筒风帆系统

Norsepower公司目前正在研发一种以旋筒风帆（Rotor Sail）作为辅助推进动力的方案。该型应用马格努斯效应的旋筒风帆可以称得上是Flettner旋筒的全新版本，主要应用对象为油船、散货船和滚装船。Norsepower旋筒风帆方案采用了新技术、高级材料，以及尖端控制系统以降低油耗，既可用于新船，也可用于旧船改装，甲板上的货物操作设备和起重机并不会对安装产生影响。为了应对不同的船体尺度、航速、运行情况，Norsepower旋筒风帆设有3种尺寸，分别高18米、24米、30米。

Norsepower旋筒风帆系统的散货船（左）和油船应用实例

该方案的样本已在公司位于芬兰楠塔利的试验基地进行了评估，在不降低航速的前提下，可节省燃油成本5%~30%，今年晚些时候将在Bore公司的“Estraden”号上进行海试。Norsepower公司的目标是成为业内首家拥有先进的、有保证的辅助风动力推进产品（作为现成方案交付）。

6、Windship公司辅助风帆推进系统

该公司目前正在开发一型固定式翼帆系统辅助风帆推进系统（ASPS），据称该系统若用于改装项目可降低约30%的油耗，新建船应用该系统则效果更佳。该系统采用固定式翼帆，安装于2根35米高的船桅上，每根3张翼帆，可根据盛行风风向和风速自动旋转以最大限度利用风力，从而减少发动机功率输出、降低油耗。

Windship公司ASPS系统工作原理图

从上述这些新近出现的风动力推进系统中可以看出，无论是风帆还是旋筒或者其他技术，它们是具有一定共性的。首先就是可以为船舶提供一定的推进力，有效降低船舶能耗，上文所介绍的某些技术甚至可以降低60%以上的油耗，这是吸引船东的最关键因素。其次，这些新技术基本都能用于旧船改装，且对船体结构或者甲板布置的影响不大，这样一来就可扩大应用面并进一步提升船东的兴趣。第三就是成本回收快，或者说是建造成本低，如Oceanfoil公司翼帆系统只要15~18个月就能收回成本。还有就是可应用于大型船舶，在这类船上使用风能是大部分船东最感兴趣的。这些共性也是船舶风动力推进系统的优势所在。

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