这些爆款风帆正为传统航运业注入新活力

航运业正在经历一场减少碳足迹的深刻变革。在这场变革中，已有技术和设计在通过创新进步后，为传统的航运业注入了新活力，比如风辅助动力系统在向更可持续过渡中发挥巨大潜力。

与古老的风动力方式不同，现代风力辅助系统旨在补充传统推进方法，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效率，同时减少船舶对环境的影响。几种著名的风力辅助系包括通过马格努斯效应产生向前推力的旋筒风帆、通过展开捕捉风能的风筝帆、利用伯努利效应产生向前的推力的硬质翼帆。

2014年，挪世航力（Norsepower）就已将旋筒风帆应用于Bore旗下一艘9700载重吨级滚装船（“Estraden”号）上，当时，该船被证实可以减少大约6.1%的燃油消耗，相当于每年节约400吨燃料油。

图源/FleetMon

2018年，挪世航力又将该辅助推动系统应用于液化天然气（LNG）动力邮轮“Viking Grace”号上。这是全球第一艘LNG/风力推进混合动力邮轮，其二氧化碳排放量每年可减少约900吨，相当于年节约300吨左右LNG。

图源/Shipsmonthly

全球第一艘安装风动力系统的成品油船是马士基油船旗下“Maersk Pelican”轮，在为期一年的测试期内，旋筒风帆为该船节省了8.2%的油耗，相当于减少了1400吨左右的二氧化碳排放。

图源/Vesseltracker

挪世航力称，复合材料转筒制造技术可确保风帆质量轻、成本低、坚固且可靠，具有极好的平衡性。简单但有效的专利机械结构则改善了可靠性、可维护性和整体生命周期成本。“我们的旋筒风帆还具备防冰和强化散热等可选特性，这使其能在从北极到热带的各种天气条件下工作。已获得专利的自动化系统在感应到风力增强到足以产生节油效应时，指令风帆启动运转。自动模式下，系统会监测风速和风向，自动选择转筒的正确旋转方向和每分钟最佳转数，同时配合NAPA航程优化软件，自动选择具有最佳风况条件的航线。”截至2023年2月，已有14桅由挪世航力设计的旋筒风帆安装在8艘船（包括油船、散货船、滚装船和客船）。尽管市场上也有其它相关技术，但从现代船舶风能辅助推进市场占有率来看，拥有成熟技术的挪世航力是行业领先者。

可循的风筝帆首次应用于航运案例是于2008年完成首航的“Beluga SkySails”轮，该船装有由SkySails设计的风动力系统，在测试阶段，理想航次节省约50%的燃油消耗。根据当时报道，这艘长132米的船舶所用风帆系统主体为一个超轻合成纤维制成的巨型风筝，被固定在一根高15米的桅杆上，展开面积160平方米，可在电脑控制下，从100米升至最高300米，并随时变换角度以捕捉最强劲的风力，此时发动机运转降至低速，从而减少燃料消耗。

图源/FayerWayer

Airseas，创建于2016年，其首个Seawing系统安装于滚装船“Ville de Bordeaux”轮上，今年，该船完成了牵引飞行海试验证。据悉，Seawing系统将航海专业知识与空中客车(Airbus)在空气动力学、建模、飞行控制、系统和材料方面的优势相结合，可快速安装在所有商船上。此次海试的完成是Seawing系统迈向工业化的重要一步，“海试的第一阶段已成功验证了风帆的折叠和展开、起飞和降落，以及高空飞行等关键步骤。下一阶段将在更广泛的天气条件下测试Seawing系统，并对自动化系统进行微调。”

Airseas计划于2026年在法国南特建立一家工厂，扩大公司规模，以满足市场对该解决方案的需求。目前，Airseas还与川崎汽船达成了为期20年的协议，承诺将Seawing系统安装在该公司旗下51艘船上。

图源/Airbus

空气作用于帆的力有两种形式，一种是动压力，即当空气流动时，对挡住的帆产生冲击力，帆船顺风行驶就是靠动压力前进，另一种是静压力，即当船帆两侧空气流速不同时，产生压强差。伯努利效应揭示，气体流速越大的地方，静压力越小，流速越小的地方，静压力愈大。这样，气体流速小的一侧对流速大的一侧产生一个侧向压力，这就是静压力。帆船迎风航行，静压力推动前进。

古老的方式正在以创新的形式重现。2018年11月13日，全球首艘安装一对硬质翼帆的30万吨级超大型原油运输船“凯力”轮成功交付，这套动力系统可根据风级和风向控制风帆升降和旋转至最佳风向角以获得最佳推力。大船集团从2015年就开始对这项技术进行攻关，并于2017年成功制造出了样机，证明了中国的风帆动力技术已经具备了装船能力。

图源/大船集团

作为全球首艘风力辅助推进的散货船，商船三井旗下“Shofu Maru”轮是大岛造船建造一艘10万载重吨级煤炭运输船，搭载宽15米、最高可达53米，采用纤维增强复合材料以兼顾强度和重量的可伸缩硬质翼帆。这种硬质翼帆通过船上的计算机系统根据风向调整高度和角度，最大限度地为船舶提供的推力。

图源/商船三井

商船三井的另一个风帆船舶项目“风捕捉者”计划于2024年开始建造。据介绍，“风捕捉者”旨在寻找氢燃料和风能的创新应用，配备多个硬质翼帆，这是可折叠帆技术的延续应用，并通过风能产生氢气，供航行于低风速段时使用。

图源/商船三井

采用风力推进固有优势，例如在燃油效率和减排方面，风力辅助装置利用各种技术捕捉风能，减少燃油，降低温室气体排放，这又会使航运企业减少燃料使用，毕竟燃油支出是其运营成本的一大部分，同时随着航运业面临越来越严格的排放法规，风力辅助动力提供了一种在不影响运营效率的情况下满足这些要求的方法，而运营风力辅助船舶的公司则可以表明对可持续发展和环境的承诺，获得更多货主的优先选择。 

在安装风力辅助推进装置之前，不列颠保赔协会强调，应考虑以下关于技术和操作可能带来的风险。

结构完整性：需要考虑风力辅助推进技术施加在船体上的力，尤其是在帆装平台和船体之间的接合点处。

机动性：在海上使用船帆可能会影响船舶操纵性，包括转向速度、停车范围等，值班驾驶员在决定具体操纵时，应将其作为决策的一部分进行适当考虑。

技术整合：实施风力辅助技术可能需要专业的工程和设计知识，从而确保风力推进系统与传统发动机的无缝整合，以防止意外的技术问题。

货物装卸：风力辅助技术的使用可能会阻碍货物装卸过程，这取决于用于这些操作的机制和与该技术相关的结构。岸吊或其他移动物体也可能对安装的风力辅助装置造成损坏。

稳性和横倾：在标准作业和极端天气条件下，风帆产生的巨大作用力可能会产生横倾力。这需要加以考虑。

可视性：许多技术在操作时都会阻碍视线。这些问题需要对照《国际海上人命安全公约》（SOLAS）对桥楼能见度要求及港口国安全航行规则进行检查。

流通限制：桥楼和等效结构可以施加需要考虑的空气流通限制，或者对安装高度施加限制，或者安装折叠式/可折叠帆。

人员安全：与风力辅助技术相关的移动部件可能会给机组人员带来安全隐患。

维修成本：与风力辅助推进相关的技术可能很昂贵，尤其是在发展初期。因此，任何由误操作或碰撞造成的损坏都可能带来巨大的修复支出。

船员培训：操作风力辅助船需要对船员进行培训，以有效管理附加系统，并了解已安装技术的限制及了解何时使用会造成不安全隐患。