研究人員參考前人的卓見為下一代新型船舶尋找點子:風力

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風力船

在許多方面而言,這都是個顯而易見的解決方案。許多世紀以來,世界各地的海上貿易都是由風力來推進的。現在維持我們的生活水準的運輸工具都是透過燃燒化石燃料獲取動能的,我們正在尋找可以取代它們的替代方案。有些人再次將目光轉向再生能源,例如使用風力來推動液貨船、散貨船和貨櫃船。因為現代的全球化趨勢和經濟的發展,回復到使用昔日的木質帆船是不合理的,但有幾個21世紀的設計想法,可能可以使風力推進的船舶再次成為主流。

想要像我們利用風車來發電一樣地使用這種免費、可再生的能源,風力,來做為船舶的動力的話,在船舶的設計上肯定有很長的一段路要走。值得一提的是,我們花了很長的時間做很多的改良,才使得風力渦輪機進化成現在這個配置完美的結構。事實上,渦輪機也還是不斷地在改良。科學家和工程師們花費了很多年爭論著渦輪機的最佳設計為何,究竟兩個、三個或更多個葉片何者為優,配置應該為水平還是垂直,或是討論船舶的製造應該在陸上還是在海上進行。

要設計風力船舶可能更加複雜,而且會涉及到更多的專業領域。在這個領域中,諸如軟帆、硬式翼帆、弗萊納轉子(flettner rotors,最初是由Flettner在1920年代構思出來的,是利用馬格努斯效應(Magnus effect)的原理,藉由一個旋轉的圓筒型立柱來產生動力)和風箏動力,這些選擇都在設計的思考過程中占有一席之地。軟帆的材質是布料,是現有帆船中最讓人容易聯想到的設計,例如Dynarig和Fastrig這兩種船便是採用這種設計。硬式翼帆不是使用布料,而是使用硬板來產生動力,就像把飛機機翼垂直安裝在船上一樣,例如oceanfoil公司推出的設計。

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弗萊納轉子(flettner rotor)是由馬達旋轉的立式圓筒,藉由旋轉來調整圓筒中的氣流而產生動力,就很像飛機機翼產生的升力的原理(這個原理被稱為馬格努斯效應)。雖然以上提到了四個例子,但到目前為止,在大型商用船舶的設計中,最常採用的只有風箏動力和弗萊納轉子這兩種。

在應用上有幾個著名的例子,比如Cargill(嘉吉)和Wessels兩家公司合作測試的風箏動力系統,還有Enercon和Norsepower這兩個獨立的運營商共同合作,試著在不同的船舶上使用不同的弗萊納設計。這些試驗是重要而全面的經驗,讓我們了解到進行這些研究所花費的成本、設計上的性能數據,並看到其投資成果。這些成果無疑地都讓我們更接近成功,讓我們可以再次輕易地利用風力,讓它再次成為一個“理所當然的事情”。

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這些新技術的試驗和風力渦輪機的發展史,讓我們理解到為什麼現代風力船舶的研究不會在一夜間完成。因為首先,還沒有人知道在這麼多種設計中哪一個會是最成功的。

新式風力推進造船技術還有一個風力渦輪機所沒有面臨過的工程挑戰:它必須是活動式的。不是只要單純地用螺栓固定在甲板上就好了,在維持最高安全標準的同時還必須考慮到,在各種各樣不同的港口間(許多港口或許會有一些橋樑)裝卸貨物時,這些螺栓的位置不會造成不便。

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解決這些問題需要時間和金錢,願意承擔風險,並且有耐心的投資者可以看著這項新興的技術從原型到完全開發的產品。但因為化石燃料的價格趨勢和日益受到重視的環保法規,我相信改變是必然的。風力是免費的,一旦證明了製作和操作風力船舶的成本,是遠遠低於使用化石燃料的船舶的,人們便會發現該項技術非常值得投資。

許多人認為油價門檻已經到達極限,甚至已經超過了,因為越來越多人提出風力推進的解決方案,這甚至反而導致近期油價的下跌。

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儘管目前針對航運的溫室氣體排放限制並沒有很強硬的規定,未來這些會排放許多二氧化碳的船隻,若其排放量繼續增長的話,可能會面臨更嚴格的管制。這些管制的細節與形式上究竟應該如何進行都還在討論的階段,但是無論這些針對溫室氣體排放的規定內容為何,相較之下,都使得風力推進船舶成為一個良好的投資。

航運在現代經濟活動中是很重要的一環。只有不再依賴石化燃料,也就是往減碳、甚至是無碳化的方向發展,航運(還有環境)才能夠永續發展下去。在我們現在所面臨的這些挑戰下,風力是個勢在必行而又優雅的解決方案。但除非投資者或政治家,或者兩者都改變他們的想法及做法,否則它也只會是個在一旁漸漸被遺忘的想法而已。
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來源: Iflscience