船舶风力推进：前景可期

当前，船舶应用风力推进技术的可行性愈发明显。国际风动力船舶协会认为，这一可替代能源前景光明。

过去10年间，海事业对风力推进技术进行了研发和测试，最终使得一些风力推进装置装船使用。这或多或少有些令人意外，其原因是，尽管工程师们对现代船舶以风能为动力这一颇具科幻感的方案很感兴趣，但事实上其经济效益较小。

那么，风力推进技术的应用步伐何以加快？究其原因，是因为航运业的温室气体减排压力与日俱增。根据国际海事组织（IMO）的路线图，到2050年，航运业的二氧化碳排放量应在2008年基础上减少50%。为应对来自海事法规的挑战，航运业对混合动力解决方案的兴趣不断增加，风力推进技术因此重回业界视野。尤其是，作为可再生能源，风力的优势在于：与传统燃油相比，无须考虑加油问题；不仅如此，与电力、氢气和沼气等清洁能源相比，无须生成，可以在所有地点直接免费使用。

概况

航运业近年来重新利用风能的最明显标志，是船上高耸的弗莱特纳（Flettner）转子（也称转子帆）——通过改造，此类转子已出现在一些新船上。1924年，该技术被德国工程师安东·弗莱特纳（Anton Flettner）首次应用在纵帆船“Buckau”号上，但此后未再进一步发展。如今，Flettner转子被业界重新评估，并通过计算机辅助设计（CAD）工具、计算流体力学（CFD）软件被优化为现代版。

弗莱特纳转子为一个大型圆柱体形，由电动机驱动旋转，从而利用马格努斯效应（Magnus effect），将气流转化为方向与其垂直的力，从而对船舶产生推力。传统船舶若安装弗莱特纳转子作为辅助动力，则有助于减少油耗，进而降低运营成本和排放。

Enercon公司的滚装船“E-Ship1”号于2010年建造完工，用于运输风机部件。该船首次使用了现代版的弗莱特纳转子，共安装了4个转子。此后直至2015年，另一个案例才出现：Bore公司的滚装货船“M/V Estraden”通过改装，安装了弗莱特纳转子。今年，又有两艘船安装弗莱特纳转子：蓝色星球航运公司（Blue Planet Shipping）的散货船“M/V Afros”号安装了4个转子，维京客轮（Viking Line）2013年建成的豪华客船“Viking Grace”号则在4月份通过改装安装了转子。

可以想见，弗莱特纳转子的性能与船型及航行时的天气条件高度相关。尽管风力难以产生持续稳定地节能效果，但根据“M/V Estraden”号的运营商Bore公司及其转子供应商Norsepower获得的数据，其节能效果较为明显：使用转子期间，该船的油耗平均降低了5%；若使用多个大型转子，则油耗有望降至20%。目前，转子可提供的动力相当于2兆瓦（MW）的发动机输出功率。

一些风力推进新项目目前正在进行。Fehn Ship Management公司的4250载重吨杂货船“Fehn-Pollux”正在安装两个名为“Eco-Flettners”的转子，该转子是“MariTIM”项目中“风能混合动力近海船舶”分项目的研发成果。由59家德国及荷兰海事公司、研究机构组成的财团MariGreen负责MariTIM项目，旨在推动两国边境地区实现绿色航运。通过优化，Eco-Flettners转子不仅在各种风速下均可使用，且如果条件允许，甚至有可能完全满足船舶的动力需求。此外，马士基集团还计划在壳牌租用的一艘109000载重吨油船上安装两个30米高的Norsepower公司转子，有望使该船的油耗及温室气体排放量均最多减少10%。

MariGreen分析，一旦上述新项目完成，使用弗莱特纳转子的船舶将涵盖普通货船、滚装船、散货船、油船和客船/渡船等大多数常规船型。这表明，风力推进技术能被广泛应用。不仅如此，目前积极采用该技术的几乎都是业内知名企业，如马士基、壳牌和嘉吉等。这意味着，即便风力推进技术仍处于发展的早期阶段，但业界巨擘的青睐、较好地节能效果将使其不会再“淡出”海事业的视线。

现状

上述观点来自于国际风动力船舶协会（IWSA）。据协会的秘书长加文·奥莱特（Gavin Allwright）介绍，这家成立于2015年的协会秉承“风力推进是可靠的解决方案”的理念，其目标是“向全球航运业推广风力推进技术，并集聚这一领域各方的力量，促使业界和政府对此持积极态度并制定相应政策。”

加文·奥莱特在向《皇家造船师》记者介绍风力推进技术及其发展前景时表示，在风力推进技术领域，弗莱特纳转子虽是“打入市场的先驱”，但也仅是七种解决方案之一，其他方案还包括硬帆（也称翼帆）、软帆（如DynaRigs）、风筝、涡轮机、水翼和吸翼，加文·奥莱特将其统称为“解决方案工具箱”。

上述技术分别处于不同的发展阶段，且迄今为止鲜少实现商用。尽管如此，称得上“雄心勃勃”的项目比比皆是，如名为“天帆”（SkySail）的巨大风筝已被安装在德国Wessels Reederei公司的“MV Michael A”号和“MV Theseus”号上；嘉吉租用希腊船东Anbros Maritime的一艘船也将安装该装置。此外，很多企业也对翼帆——类似飞机机翼的辅助推进装置——很感兴趣，竞相开发相关解决方案，如位于伦敦的Windship Technology及其竞争对手Oceanfoil。根据英国咨询公司BMT发布的报告，一艘在北大西洋运营的50000载重吨巴拿马型散货船通过使用翼帆，使油耗及温室气体排放均减少了14%。该领域的另一个“玩家”是Bound4Blue，该公司于今年4月份与ORPAGU签署协议，将在后者的一艘渔船上测试其翼帆装置。

即将装船的Eco-Flettners转子 MARIKO/摄

迄今为止，还没有实船使用案例能够证明，某种解决方案最适用于哪些船型。在最终选定方案前，技术人员将综合考量甲板布置、视野和装卸货等因素。举例来说，对于甲板空间及其宝贵的集装箱船而言，风筝是极佳的选择；而对于经常装卸货物的船舶而言，可收回或移动的软帆更具优势；相比之下，具有超大型上层结构的船舶如渡船，就很难安装大型软帆或转子。

进展

鉴于安装风力推进装置的船舶数量极少，海事业此前对“风力推进是船舶减排的希望所在”的观点有所怀疑也有情可原。对此，加文·奥莱特表示：“回望10年前，以液化天然气为燃料的船舶数量也很少。风力推进也一样，它需要发展，必须要有更多利用风能的船舶——我们需要通过示范船对所有的技术进行海试。”

若目前被开发的风力推进技术大都能进入市场，则到2030年，装船（包括改装船和新船）的相关装置预计将达3700—10700台。这一数据来自荷兰环境咨询机构CE Delft、英国丁达尔气候变化研究中心（Tyndall Centre for Climate Change Research）、德国弗劳恩霍夫协会系统创新研究所（Fraunhofer ISI）和瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）共同开展的一个研究项目，项目旨在分析船舶风力推进装置的市场潜力及其在推广应用过程中所受的限制。根据该项研究，装置的装船数量取决于业界及政府在以下方面的努力：

●提供关于风力推进装置的性能、可操作性、安全性、耐久性和经济性的可信信息；

●为风力推进技术的研发提供资金，尤其是在包括船舶建造及装置性能测试在内的示范项目；

●制定激励政策以提高船舶能效/减少二氧化碳排放。

为在上述方面取得进展，IWSA积极在世界各地建立网点，以使科技企业能与当地的产业集群进行接触，并争取地区及国家相关机构、部门的资金支持。目前该协会在法国港口城市南特的业务发展良好，已与40多家公司开展了合作；在南太平洋和北欧也开展了活动，并且计划在北美和亚洲建立网点。

在此过程中，IWSA发挥的作用是组织活动、推动技术交流如分享实船应用案例等。加文·奥莱特举例说，该协会就曾组织过关于开发“风力符号”的讨论，该符号类似于船舶极地符号，可用于建立相关技术标准。幸运的是，风力推进技术不像其他创新技术——如无人航运——那样面临来自于船检方的挑战，其原因是“几乎每项新技术都要通过船级社认证”，因此，风力推进技术有望避免因此而导致发展减缓。

加文·奥莱特表示，IMO的温室气体法规促进了风力推进技术的发展。他介绍，风力除具备其他可再生能源的优势外，还可与其他可再生能源如氢气或沼气一起使用，从而产生良好的节能减排作用：“为了实现IMO的目标，每个人都在寻找二次可再生能源。如果现有的船队都改用二次可再生能源，那就需要大量的燃料，这将是一个很大的挑战。但如果将风力推进装置用作混合动力的一部分，那么挑战立刻就会变小。借助风力推进技术，你可以节省10%—30%的费用。其中，弗莱特纳转子可节省5%—20%的成本，一个大型软帆可能会节省15%—30%的成本。如果一艘设计优化的新船再利用风力推进技术，其节能效果就有可能高达50%。即便是在航船舶，也能通过加装风力推进装置而节能20%。这意味着，你只需要使用80%的二次可再生能源，这相对更加容易。”

新模式

综上所述，节省成本将成为风力推进技术被市场接纳的决定性因素。究其原因，风能与昂贵的二次可再生能源及传统燃料相比价格优势明显，且传统燃料预计还将受限硫令、碳定价等影响而进一步涨价。此外，随着传统发动机提升能效的空间越来越小，风力推进技术即便仅能节省10%成本，对运营商而言也极具诱惑力。

尽管IWSA的上述分析看似完美，但现实却是：“排放控制区域（ECA）内船舶排放物的含硫量不得超过0.1%”的法规2015年生效之时，燃油价格却出现下跌，与可再生能源相比更加低廉。风力推进技术的投资回报率随之降低，导致船东对其持谨慎态度：“按目前的价格计算，所有风力推进装置的投资回报期（ROI）均长达三四年。根据我的经验，航运企业不会采用任何回报期超过3年的技术，除非有政治方面的压力。”加文·奥莱特称。

为此，IWSA希望通过应用新的商业模式来解决上述问题。加文·奥莱特解释说：“我们将找到一个用户，告诉他风力推进装置由我们来安装、监控、维护，3个月后，我们将对装置节省下来的费用进行评估、计算，用户支付其50%。这完全解决了投资回报期过长的问题——因为用户根本没有投资，回报期也无从谈起。若将传统的购买设备模式变为租用模式，尽管用户也需要支付一部分费用，但节省的成本更多。”

这种模式是否会成功还取决于船东的态度。一旦成功，则意味着市场将迎来重大转变。事实上，在航空业，新飞机中有40%是由航空公司租用而非购买的。对于风力推进装置的开发商而言，通过出租设备可以实船验证其技术，进而可以带来利润。对于船东而言，租用设备不仅可以免除其“使用新技术过于冒险”的后顾之忧，更能使其因此获利，并展示其兑现“绿色航运”承诺的决心。

加文·奥莱特表示，只要利用船东的焦虑，对其稍加“刺激”，他们便会意识到风力推进的优点：“我们将告知他们，如果再不考虑可再生能源，你就会落后。而在航运业，人们最担心的就是落于人后。”

不过，还有人以审美为由反对风力推进装置。“因为其优势明显，许多船长会以其他理由如‘我不喜欢它的外观’来拒绝使用。”对此，加文·奥莱特表示：“我会提醒这些船长，他们实际上别无选择——如果这种设备安全且能降低运营成本，采用它是对股东负责的表现。我通常会这样回应他们：你可以按照自己喜欢的颜色来选择风力推进装置。”

安装了“天帆”风筝的“MV Theseus”号