Самая ранняя в истории человека попытка использовать ветер состояла в преобразовании его энергии в энергию поступательного движения напрямую, без передаточных механизмов. Ничего нет проще, чем натянуть на пути ветра ткань, а может быть и шкуру убитого животного, и всецело отдаться чувству свободы. Так появился парус, завладевший морскими просторами. Позже его оттеснили паровые машины и атомные двигатели.
Резкие колебания цен на нефть и угрожающий уровень загрязнения морей и океанов продуктами судоходства породили новую волну интереса к парусному вооружению для современных грузовых судов. Задача снизить объём потребления углеводородного топлива из ископаемых источников и, как следствие, уменьшить эмиссию Со2 и других вредных веществ в атмосферу Земли занимает умы специалистов всего мира.
Датская история
В 1995 году Министерство окружающей среды и энергии Дании обратилось к консалтинговой фирме «KNUD Е. HANSEN A/S: Naval Architects, Designers & Marine Engineers», которая более двух десятков лет изучала технологии экономии топлива на судах коммерческого плавания. Министерство заказало фирме исследование эффективности парусного вооружения, применяемого в качестве вспомогательного («Отчёт Вудварда» двадцать лет спустя. — Прим. авт.)
В рамках этой работы KNUD E. HANSEN A/S сформулировала концепцию «Modern WindShip» («Современный парусник». — Прим. ред.) применительно к двухсотметровому судну типа сухогруза или танкера с дедвейтом* 50 тысяч тонн. Каждая из шести мачт «Modern WindShip» несёт четыре пары крыльев аэродинамического профиля. Крылья сидят на горизонтальных валах и управляются автономно. Такая парусная система объединяет преимущества парусных крыльев и больших поверхностей прямого паруса, так как при опущенных вниз крыльях образуются жёсткие парусные поверхности.
Технико-экономическое исследование датчан показало, что применение паруса на таком судне, осуществляющем перевозки по типовым маршрутам, увеличивает фрахт на 10% по причине того, что судно с парусной системой не в состоянии принять на борт объём груза, равный объёму груза судна без паруса. Кроме того, наличие парусной системы усложняет погрузочные работы в порту. Однако отмечалось, что в районах с сильным ветром достигается экономия топлива до 10—15%, а на отдельных маршрутах (Роттердам — Нью-Йорк) расчётная экономия топлива может достигать 27%.
Дорогой парус
Группа сотрудников Токийского университета поставила задачу разработать парусное вооружение, способное уменьшить ежегодный расход моторного топлива на 30% без существенного увеличения фрахта. Концепция получила название «UT Wind Challenger». Согласно этой концепции, проектируется система парусов шириной 20 м и высотой 50 м. Каждый парус этой системы состоит из пяти полых сегментов, изготовленных из алюминиевых сплавов и укреплённых внутри стеклопластиком. В поперечном сечении парус имеет аэродинамический профиль. Столь крупные паруса не являются серьёзным обременением при погрузочных работах в порту, а в условиях шторма сегменты паруса телескопически складываются друг в друга.
На основании компьютерного моделирования судно «UT Wind Challenger», следуя тихоокеанским торговым маршрутом, экономит 64% топлива. При скорости ветра 13 м/с парусное вооружение обес-печивает судну дедвейтом 180 тысяч тонн расчётную скорость 14 узлов (1 морской узел = 1,852 км/ч). Приблизительная стои-мость такого телескопического паруса оценивается в 2,5 млн долларов США. При экономии топлива 25% паруса окупаются за 5—10 лет. К 2016 году планируется спустить на воду уменьшенный в два раза прототип «UT Wind Challenger».
Стальной дельфин
В 2005 году на Всемирной выставке ЭКСПО в японском городе Нагоя шведско-норвежская транспортная компания «Wallenius Wilhelmsen» представила проект судна будущего — «E/S Orcelle». Необычное судно названо в честь вида дельфинов Orcaella brevistosus (фр. — Orcelle), обитающего в реке Иравади в Мьянме (Бирма), который находится под угрозой вымирания. Аббревиатура «E/S» обозначает экологически чистое судно (от англ. — environmentally sound ship).
Для компании, которая имеет около шести десятков судов, перевозящих до 160 тысяч автомобилей ежегодно из Великобритании в Австралию, Новую Зеландию и другие страны, экономичность перевозок имеет первостепенное значение. Поэтому специалисты «Wallenius Wilhelmsеn» в поиске концептуальных решений привлекали к совместной разработке инженеров целого ряда судостроительных компаний и фирм. Видимо, это сказалось на оснащении судна, во внешнем виде которого не сразу распознаешь морское транспортное средство для коммерческих перевозок.
«E/S Orcelle» предназначено для перевозки автомобилей через океан, используя для хода только возобновляемые источники энергии — солнце, ветер и волны. Оно не использует органическое топливо и не загрязняет атмосферу. Кроме того, форма судна и его относительно низкий вес (планируется широко применять алюминий и полимерные материалы) позволяют отказаться от использования водяного балласта, что — серьёзное экологическое преимущество проекта. Известно, что вместе с балластной водой** из океана в океан путешествуют мелкие организмы, которые попадают в чужие среды обитания и нарушают пищевые цепи. Таким образом, плавание «E/S Orcelle» не создаёт опасности и для океана.
Длина судна — 250 м, ширина — 50 м, осадка — 9 м. Восемь грузовых палуб площадью почти в 14 футбольных полей позволяют разместить на них до 10 тысяч автомобилей. Парусное вооружение «E/S Orcelle» состоит из трёх парусных крыльев общей площадью 4200 м2. Шарнирное крепление крыльев позволяет им вращаться и наклоняться вплоть до горизонтального положения. Для преобразования солнечного света в электричество 2400 м2 парусов покрыты солнечными батареями суммарной мощностью 2,5 МВт. При отсутствии ветра, в штиль, когда надобность в парусах отпадает, солнечные батареи на крыльях ориентируют точно по солнцу, добиваясь их максимальной производительности.
Но самое любопытное в «E/S Orcelle» скрыто ниже ватерлинии. По схеме это пентамаран — судно с пятью соединёнными в верхней части параллельными корпусами. Основной корпус в своей подводной части достаточно узкий из соображений минимизации гидродинамического сопротивления. Четыре дополнительных корпуса выполнены в виде постоянно погружённых в воду опор-спонсонов***. Нижние, подводные части спонсонов жёстко соединяют с основным корпусом горизонтальные крылья-плавники, которые независимо подвижны, словно плавники дельфина, благодаря чему они утилизируют энергию волны при движении судна под парусами или при его якорной стоянке. Эти же крылья, число которых 12, выступают и в качестве движителя. В этом случае их силовой привод питается от корабельной энергетической сети, что позволяет «E/S Orcelle» двигаться подобно рыбе — за счёт колебаний плавников.
Традиционные винтовые движители на «E/S Orcelle» также предусмотрены. Они вынесены вниз на обтекателях, а электродвигатели размещают непосредственно у винтов в обтекаемых герметичных капсулах.
В энергосистеме «E/S Orcelle» преду-смотрен и накопитель энергии — питающийся водородом топливный элемент. Водород вырабатывается из морской воды в то время, когда мощность солнечных батарей и волновой установки максимальна. Мощность топливных элементов составляет 10 МВт. Запасённую энергию можно использовать ночью для движения судна, для питания системы вентиляции и освещения. Максимальная расчётная скорость судна составляет 20 узлов.
По словам представителей «Wallenius Wilhelmsen», проект «E/S Orcelle» может быть реализован к 2025 году. Но даже если этого не случится, они надеются увидеть элементы «E/S Orcelle» в судах будущего.
Информация о книгах Издательского дома «Интеллект» — на сайте www.id-intellect.ru
Комментарии к статье
* Дедвейт (от англ. deadweight) — сумма массы полезного груза, перевозимого судном (массы топлива, масла, технической и питьевой воды, пассажиров с багажом, экипажа и продовольствия).
**Балластные воды — забортная вода, набираемая для увеличения осадки танкера после его разгрузки в порту назначения для восстановления мореходных качеств.
*** Спонсон — выступающий за линию борта участок палубы судна со всеми его конструкциями.
