Цилиндрические паруса обещают сократить расход топлива на грузовых судах до 90%

Новая ветровая система от стартапа CoFlow Jet, напоминающая набор опор моста, случайно установленных на грузовом судне, обещает сократить расходы на судовое топливо до 90% за счет использования стационарных цилиндров без движущихся частей.

Между ростом цен на топливо и растущими правительственными предписаниями, требующими от судоходных компаний стать углеродно-нейтральными к 2050 году, наблюдается сильный толчок к повышению эффективности грузовых судов при одновременном снижении их выбросов. Один из способов сделать это — взять страницу из учебников истории и заново адаптировать паруса для использования ветра.

На первый взгляд, это имеет смысл. Паруса приводили в движение корабли по всему миру на протяжении тысячелетий и использовались для коммерческих перевозок вплоть до окончания Второй мировой войны. Однако у парусов есть две проблемы, которые вытеснили их с рынка грузовых перевозок для всех, кроме самых локальных ниш.

Во-первых, традиционные паруса требуют огромных команд. Что-то размером с 921-тонный чайный клипер Cutty Sark нуждалось в команде из примерно 30 человек, чтобы управлять парусами. Сравните это с современным 196 000-тонным контейнеровозом, которому нужно всего 13 офицеров и матросов — и большинство из них нажимают кнопки вместо того, чтобы тянуть канаты.

Вторая проблема в том, что паруса полностью зависят от ветра. Если ветер дует достаточно сильно и в правильном направлении, отлично. Если он дует слишком слабо или слишком сильно, или дует не с той стороны, это не так уж и здорово.

В результате, как только паровая и дизельная энергетика стали практичными, поскольку они требовали меньше рабочей силы и энергии по требованию, паруса вскоре стали использоваться в качестве средств отдыха и исследований.

Сегодня идея использования паруса переживает такой же ренессанс, как и во время энергетического кризиса 1970-х годов, поскольку судоходные компании рассматривают обновленные версии старых технологий, чтобы сократить расходы на топливо. Однако вместо акров парусины, натянутой на лес деревянных мачт, новые системы используют воздушных змеев, флюгеры из композитных материалов или надувные, а некоторые даже используют сам корпус судна в качестве паруса.

ГэЧэн Чжа, профессор аэрокосмической техники и директор Лаборатории аэродинамики и вычислительной гидродинамики в Инженерном колледже Университета Майами, использует подход, представляющий собой вариант роторов Флеттнера, разработанных в 1920-х годах, но с принципиальной особенностью.

Роторы Флеттнера — это большие вращающиеся цилиндры, которые создают аэродинамическую тягу под прямым углом к ​​проходящему над ними воздуху. Цилиндры CoFlow Jet, разработанные ГэЧэн Чжа, не вращаются. Они втягивают немного воздуха из ветра, дующего на них, а затем расходуют его в другой части цилиндра. Втягивая небольшое количество воздуха из впускного отверстия, сжимая его с помощью крыльчатки и выбрасывая через выпускное отверстие, это создает дисбаланс давления и значительную тягу, которая простирается по всей длине цилиндров.

По словам ГэЧэн Чжа, это делает систему ветрового движения очень эффективной, которая может обеспечить 100% необходимой тяги для перемещения судна благодаря очень высокому коэффициенту подъемной силы и снижению сопротивления системы. В отличие от системы Флеттнера, здесь нет вращающихся частей, и она может обеспечить сокращение расхода топлива до 50% на больших грузовых судах и 90% на малых.

Конечно, все это зависит от силы и направления ветра. Однако еще одним преимуществом является то, что систему можно модернизировать на уже существующих судах, а цилиндры можно убирать для входа и выхода из гавани.

«Старое снова стало новым», — сказал Чжа. «С сегодняшними технологическими достижениями ветровая тяга является эффективной альтернативой дизельным двигателям. И главное преимущество в том, что она экологична — эффективный способ декарбонизации судоходной отрасли, которая отвечает за около 3% мировых выбросов парниковых газов. Судоходная отрасль имела тенденцию сопротивляться переменам, потому что дизельные двигатели очень мощные, но теперь, под давлением, ей придется меняться, вольно или невольно».