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货船重返风帆动力 -- The Return of Sail Power: Cargo Ships Are Turning Back to the Wind

一个多世纪以来,商业航运逐渐告别风帆,如今风帆正在回归。船东们为散货船、油轮、集装箱船乃至LNG运输船安装转子帆、刚性翼和吸附式系统,与传统发动机配合,在条件允许时借风降低油耗。国际风船协会(International Windship Association)称,已有100多艘大型商船配备现代风力推进系统,合计载重超过500万载重吨。占全球船队比例仍极小,但船越来越大,项目越发雄心勃勃,2026年更出现多个迹象,风力辅助推进正走出示范阶段。

正文

一个多世纪以来,商业航运一直在远离风帆。如今,风帆正在回归。

全球船队中,船东们正在为散货船、油轮、集装箱船等各类船舶安装高耸的转子帆、刚性翼帆和吸力帆系统。LNG运输船可能是下一个。

目的并不是把现代货船变回帆船。这些系统的设计初衷是与传统发动机协同工作,在条件允许时利用风力降低燃油消耗。

曾经的小众实验,如今正逐渐看起来像是商业航运的一个真实细分领域。

国际风帆协会表示,目前已有100多艘大型商船配备了现代风力推进系统,总载重吨超过500万吨。

这在全球船队中仍只占极小份额,但船舶越来越大,船东越来越熟悉,项目也越来越雄心勃勃。

2026年已出现多个迹象,表明风力辅助推进正在走出示范阶段。

本月最大的信号之一来自马士基。该公司计划在其一艘8700 TEU集装箱船上安装35米高的转子帆,预计2027年在常规大西洋航线上开始测试。

该项目预计将成为集装箱船上首次安装转子帆。

转子帆看起来更像巨大的垂直圆柱体,而非传统风帆。风吹过时它们旋转,通过马格努斯效应产生气动升力,从而生成推力,减轻船舶发动机的负荷。

这一概念已有一个多世纪的历史,但现代控制技术和材料正使其在曾经难以想象的船舶规模上变得实用。

淡水河谷40万载重吨的“Sohar Max”号是全球最大的矿砂船之一,已安装五个35米高的转子帆。该系统预计可减少多达6%的燃油消耗。淡水河谷还计划在未来以乙醇为动力的超大型矿砂船上使用转子帆。

淡水河谷Sohar Max号安装Anemoi转子帆

Anemoi Marine Technologies完成了在40万载重吨超大型矿砂船Sohar Max上安装五个转子帆的工作,使其成为迄今接受风力推进技术的最大船舶。图片:Anemoi Marine Technologies/淡水河谷

油轮是下一步。

日本出光油轮公司正在建造的两艘VLCC计划在2028年投入运营时安装Norsepower转子帆,将风力辅助推进带到海上最大的船舶之列。

LNG航运可能也不远了。韩国船级社、HD现代重工、BAR Technologies和利比里亚船旗国登记处最近宣布,计划研究一艘配备BAR Technologies WindWings的17.4万立方米LNG运输船。

该设计将船舶的居住区前移,为甲板上的大型刚性帆创造空间。项目将考察将该系统应用于LNG运输船的技术、安全和监管挑战。

这一点意义重大,因为LNG运输船是商业运营中最复杂、船期最紧的船舶之一。

如果风力推进能在那里奏效,将进一步证明该技术正在进入主流。

并非所有项目都只是为了辅助发动机。

法国2025年交付的“Neoliner Origin”号使用两根76米长的碳纤维桅杆,帆面积约3000平方米,风力被设计为该船跨大西洋的主要推进力。这艘136米的滚装船可在欧洲和北美之间运输汽车、集装箱和其他货物。

Neoliner Origin号离开土耳其RMK船厂进行海试

Neoliner Origin号离开土耳其RMK船厂进行海试。图片由NEOLINE提供

空客也在采取类似思路,设计新一代滚装船,利用风力推进、替代燃料和优化航线相结合,跨大西洋运输飞机部件。

结果是新旧技术的奇特混合:一些世界上最先进的供应链,正再次开始依赖航运最古老的推进力之一。

风帆本身也在快速变化。

有些系统使用旋转圆柱体。另一些则像垂直安装在甲板上的飞机机翼。bound4blue的eSAIL利用吸力增加气动升力,其他开发商则在研究刚性水翼、自动翼帆和软帆系统。

马士基油轮公司一直在其MR油轮系列上推广eSAIL系统,而果汁运输船“Atlantic Orchard”号已安装四个26米高的吸力帆。

大多数情况下,船员并不站在甲板上手工调整风帆。这些系统高度自动化,根据风速、风向、航速和航向自行调整。天气航线软件还可以帮助船舶略微改变航向,以捕捉更多风力,同时不显著打乱船期。

这种整合正变得越来越重要。挪威最近启动了WINTEGRATE项目,汇集了康士伯海事、DNV、Odfjell、Norsepower和bound4blue等公司。

其理念是不再把风力推进当作固定在船上的独立设备,而是将其与发动机、电池、电力管理系统和航次规划整合起来。

这一转变可能对该技术的未来至关重要。

风力推进背后的物理学没有改变。改变的是经济账。

船东面临越来越大的压力,需要减少燃油消耗和排放,而许多低碳燃料仍然昂贵、稀缺或无法大规模获得。

相比之下,风是免费的。

它还为航运脱碳进程提供了相对罕见的东西:一种通常可以改装到现有船舶上的技术。

节省幅度在很大程度上取决于船舶、航线和天气。

行业估计,改装项目的燃油节省通常在个位数到低两位数之间,而围绕风力推进专门设计的船舶可能实现更大节省。

这听起来可能不算革命性。

但在每年燃烧数千吨燃油的大型远洋船舶上,即使不大的节省也能迅速累积。

限制仍然很多。

风不可预测。风帆占用甲板空间。系统需要承受恶劣天气、腐蚀和货物操作。驾驶台、起重机和码头可能限制设备的高度或安装位置。

有些航线也比其他航线更适合风力推进。

监管也在追赶。

国际海事组织已开始制定风力推进和风力辅助系统的临时安全指南,首批指南预计将在本十年晚些时候出台。

但行业现在拥有了几年前所缺乏的东西:真实的运营经验。

油轮、散货船、滚装船和杂货船正在积累使用这些系统的商业海上时间。船厂在学习如何安装。船级社在围绕它们制定规则。制造商在扩大生产。

这并不意味着商业航运将回到帆船时代。

发动机在船期、操纵、恶劣天气和港口作业中仍不可或缺。许多船舶还将依赖替代燃料、电池和其他能效技术。

风只是成为推进组合中的又一组成部分。

而这可能才是最重要的变化。

在花了一个多世纪试图摆脱对风的依赖之后,航运业开始意识到,当免费能源从正确方向吹来时,没有什么理由忽视它。

评论

社区对现代货船复兴风帆的计划普遍存疑与调侃,分歧主轴在于航运脱碳应依赖风帆改良还是核动力等集中式能源。

认为风帆动力无法满足现代航运需求

  • 风不可靠且动力规模效应次线性,难以匹配当今供应链物流要求;高价值货物对时效极度敏感,风帆航速太慢不实用(较多人) > 风不是当今供应链物流可靠的动力源,风帆动力规模效应并不线性。(@calmbonsai)

认为核反应堆才是货船脱碳的可靠方向

  • 多家企业回应 MARAD 核动力商船征询,业界意识到风、氢、氨等在全局尺度上不足;核技术成熟且无排放(较多人) > 许多业内人士意识到风、氢、氨等难以支撑全球航运,核动力商船正被认真讨论。(@acidburnNSA)

认为风帆货船只是周期性炒作且技术形态陌生

  • 此类概念约每二十年回潮一次,实际产品如抽吸帆已非传统布帆,近期 Neoliner Origin 等实船已尝试(少数人) > 这种风帆回归的设想似乎每隔二十年就会冒出来一次。(@WalterBright)

设想将海上风电转化为燃料或无人船模式

  • 有建议直接在海上存储风电制成燃料供过路船加注,或设想风筝驱动机器人船巡航发电制氢(少数人)

有价值的补充

  • 冷知识:新西兰羊肉跨洋海运至纽约的碳足迹低于本地卡车配送,规模效应反直觉(意译 @fsckboy)
  • Skysails 曾尝试高空风筝推船,现已转向陆基发电,侧面印证海风直接利用商业化不易(意译 @usrusr)