Мазут нетонет: флот
Морской транспорт снабжает 90% мирового грузооборота. Да, он достаточно медленный, но чертовски надежный и недорогой. Танкеры, балкеры, контейнеровозы, другие посудины и сейнеры перевозят в четыре раза больше товаров, чем грузовики, в шесть раза больше, чем железная дорога, и в 400 раза больше, чем грузовая авиация.
90 000 морских судов каждый год пережевывают 370 млн тысячь киллограм тяжелого флотского мазута и лишь по выбросам сернистых соединений превосходят автопарк планеты в 260 раз.
Более того, обстановка с экологией имеет тенденцию к ухудшению. По оценке доктора наук Хенрика Бахера, вице-президента консалтинговой компании Elomatic Marine, благодаря экономическому буму в Азии интенсивность морского судоходства в ближайшие 30 лет вырастет как минимум в два раза. Не обращая внимания на то что доставка тонны груза морем требует в среднем в четыре раза меньше топлива, чем при автоперевозках, свирепый спрос на бункерный мазут неизбежно унесет нефтяные котировки в стратосферу.
В том же направлении, в стратосферу, встанет огромное облако выхлопных газов, в случае если, само собой разумеется, не предпринять предупредительные меры по понижению энергоемкости морских перевозок. И они предпринимаются, причем не политиками, а самими перевозчиками.
Матрос эволюции
В 2013—2015 годах датская компания Maersk возьмёт от Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering десять контейнеровозов нового класса называющиеся Triple-E, оснащенных сдвоенными 910-тонными низкооборотными дизельными двигателями MAN мощностью 43 000 л.с. Triple-E будут наибольшими в мире судами. При длине 400 и ширине 59 м они смогут перевозить в собственном чреве до 18 000 20-футовых контейнеров.
Большое количество это либо мало? В случае если загрузить их на ЖД состав, то протяженность металлической змеи составит 110 км, а вдруг поставить друг на друга, крыша «небоскреба» достигнет высоты 47 км. Но не это основное.
Суда класса Triple-E беспрецедентно экономичны.
Силовая установка Triple-E будет оснащаться совокупностью рекуперации тепловой энергии, которая складывается из теплообменников, парового турбогенератора и бойлеров. Совокупность разрешит извлекать и превращать в электричество до 10% излишней тепловой энергии, содержащейся в выхлопных газах. Гидродинамическое сопротивление движителей Triple-E на 15%, а масса силовой установки на 300 т ниже, чем у Emma Maersk.
Помимо этого, большая скорость гиганта намеренно снижена до 23 узлов против 25 у Emma, соответственно, для перемещения «на всех парах» ему потребуется всего 65−70 МВт мощности. С позиций «чайника», изменение совсем маленькое. На самом же деле из-за этих лишних пары узлов 396-метровая Emma, несущая «всего» 15 500 контейнеров, потребляет на 10−15 МВт больше.
Иными словами, на 1 кВт•ч энергии Triple-E способен переместить тонну груза на 184, а Emma — на 120 км (грузовой авиагигант на базе Boeing-747 на одном киловатт-часе пронесет тонну груза всего на 500 м).
Тягаться с датчанами нынешним «балкерам-обжорам» будет непросто. Но, у них имеется хороший шанс получить второе дыхание и бороздить просторы океана еще дюжина лет по окончании фирменного тюнинга от инжиниринговой компании DK Group из Роттердама. Пример Maersk Triple-E наглядно демонстрирует возможность понижения расхода горючего на 20−35% без использования и конструкции радикальных изменений судов экзотических силовых установок.
Основатель DK Group Йорн Винклер выделяет пара факторов экономичности. Во-первых, это повышение коэффициента наполняемости судна за счет более широкого U-образного корпуса. Во-вторых, понижение средней скорости перевозок до 20 узлов. Относительно медленный движение судна компенсирует ухудшение обтекаемости «скуластого корпуса» и разрешает двигателям трудиться в оптимальном диапазоне оборотов.
В-третьих, увеличение эффективности силовой установки за счет применения более систем рекуперации и совершенных движителей тепловой энергии выхлопных газов. В-четвертых, использование устойчивых к биозагрязнению гидрофобных покрытий корпуса, снижающих затраты и вязкостное сопротивление на доковый ремонт и обслуживание.
Из России с любовью
Еще 7−15% экономии горючего может добавить использование патентованной совокупности воздушной смазки Air Cavity System (ACS), созданной DK Group в кооперации с датской FORCE Technology. Примечательно, что первые испытания по уменьшению площади мокрого контакта методом создания воздушного слоя на днище судна были совершены в Ленинграде коллективом под управлением конструктора Матвеева в середине 1960-х. А в первой половине 70-ых годов двадцатого века в Неприятном был выстроен и испытан экспериментальный скоростной катер с воздушной смазкой.
В будущем в СССР было построено еще пара аналогичных аппаратов, но работы были свернуты из-за крайней сложности расчета оптимальной геометрии воздушных каналов. Голландцам же посредством сына Матвеева, Константина, выпускника МФТИ, а сейчас доктора наук Университета Вашингтона, удалось расколоть данный орешек.
Сущность разработке ACS содержится в создании воздушно-пузырьковой рубахи в особых каналах на днище судна. Это снижает вязкостное сопротивление перемещению. К примеру, пятно контакта с водой у 300-метрового танкера при применении ACS значительно уменьшается на 8000 м2 — это целое футбольное поле! Воздушное пространство подается в каналы в носовой части посредством компрессора, а отвод «смазки» происходит естественным методом недалеко от кормы.
Энергоемкость ACS мала — она отбирает у силовой установки не более 3% мощности, а вот понижение расхода горючего большое.
При жажде элементы ACS возможно устанавливать на уже трудящиеся посудины длиной от 275 м. В случае если наряду с этим заменить ветхую силиловую краску на инновационное сверхпрочное покрытие Seaflo Neo от японской компании Chugoku либо на бельгийский Hydrex Ecospeed из виниловой смолы со стеклянными микрочешуйками, то расход мазута может снизиться еще на 3−5%. Разработка ACS доказала собственную эффективность на протяжении опробований 90-метрового судна ACS Demonstrator в осеннюю пору 2009 года в норвежских фьордах.
Электрохимия рулит
Давайте разберемся с источниками энергии. на данный момент на рынке господствует флотский мазут. Другой сжиженный газ (СПГ) занимает менее 1% рынка, а экзотический водород употребляется в микроскопических дозах экспериментальными судами.
Но таковой расклад, согласно точки зрения Хенрика Мадсена, президента норвежской судостроительной компании Det Norske Veritas (DNV), продержится от силы лет десять. С введением в Балтийском и Северном морях, и на побережье Северной Америки особенных территорий со строгим ограничением вредных выбросов экологически чистый СПГ быстро набирает популярность. DNV и финская Wartsila одними из первых влились в «газовый» тренд.
DNV лидирует в области контейнеровозов и проектирования супертанкеров с газовыми силовыми установками «под ключ», а Wartsila занимается модернизацией действующего парка судов. Финны уже более года создают эргономичные битопливные судовые ДВС, одинаково действенно трудящиеся и на мазуте, и на СПГ.
Следующим этапом газификации морского транспорта станут гибридные дизель-электрические либо чисто электрические силовые установки на топливных элементах (ТЭ). Годом ранее на шведском автомобилевозе Undine инженеры Wartsila удачно протестировали генерирующую установку для электроснабжения бортовых совокупностей на базе пакета ТЭ мощностью 20 кВт. на данный момент в ходе сертификации находится более замечательная, 50-киловаттная судовая установка WFC50, а в лабораториях компании обкатываются мегаваттные совокупности на СПГ.
Химическая реакция между СПГ и атмосферным кислородом разрешает производить электричество напрямую — без потерь энергии и процесса сгорания на механических компонентах. КПД существующих ТЭ колеблется от 55 до 80% в зависимости от электролита и типа реагентов. Наряду с этим конечные продукты реакции — энергия и очень необходимые на любом корабле питьевая вода и тепло.
И никаких вредных выбросов, по крайней мере конкретно в точке применения устройства.
Как раз по данной причине газовые ТЭ были выбраны в качестве главного источника энергии для 40-мегаваттной электрической силовой установки концептуального контейнеровоза будущего Super Eco Ship 2030. Данный проект создан конструкторами японской компании Nippon Yusen и финскими специалистами из Elomatic Marine в 2009 году. Выбросы углекислого газа у Super Eco Ship 2030 будут в три раза ниже, чем у современных аналогов.
А азота и оксидов серы не будет выделяться вовсе.
Солнечный ветер
Дешёвый и недорогой СПГ на данный момент рассматривается инженерами как вынужденная замена дефицитному водороду. на данный момент полномасштабное производство водорода нереально по технологическим обстоятельствам, но к 2030 году данный барьер сохраняют надежду преодолеть. Конструкторы шведской компании Wallenius Wilhelmsen Logistics переплюнули японцев по креативности.
Машина их грезы — фантастический пятикорпусный автомобилевоз E/S Orcelle 2025 модельного года — будет приводиться в перемещение энергией из экологически безукоризненных возобновляемых источников. Первым в этом перечне значится чистый водород, приобретаемый методом электролиза морской воды.
E/S Orcelle — всего лишь полет фантазии. Шведы не планируют строить данный алюминиево-композитный пентамаран ни в 2025 году, ни позднее. А жаль: аппарат у них оказался бы безумно продвинутый. Например, уникальное инженерное ответ солнечных парусов!
Три огромных складных прямоугольных лепестка из композитных материалов находятся на верхней палубе E/S Orcelle. В периоды штиля они ловят солнечные лучи и подают напряжение на электролизные установки благодаря особому покрытию из фотоэлементов неспециализированной площадью 2400 м?. Когда ветер достигает оптимальных кондиций, паруса неспециализированной площадью 4200 м? поднимаются над палубой, расправляя сложенные боковые сегменты и додавая к мощности судна при скорости ветра 15 м/с приблизительно 7,5 МВт.
У Super Eco Ship 2030 парусов еще больше — восемь, неспециализированной площадью 6000 м?. Они оснащены механизмом веерного складывания и при необходимости выдвигаются из поперечных несущих пилонов крыши верхней палубы. Электронный мозг корабля способен выжать из ветра максимум энергии, манипулируя парусами, как дирижер оркестром. В итоге мощность парусной совокупности Super Eco Ship 2030 может доходить до 3 МВт.
А вот фотоэлементы на их поверхности японцы решили не лепить. Возможно, из эмоции меры — так как целый купол верхней палубы площадью 31 000 м? и без того представляет собой целую солнечную батарею. Погожим деньком где-нибудь в тропиках она может выдавать до 9 МВт.
В случае если, само собой разумеется, КПД фотоэлементов к тому времени удастся поднять с нынешних 12−18% до 30. Главную же долю мощности (50 МВт) планируется приобретать от топливных элементов на СПГ.
А до тех пор пока инженеры Nippon Yusen вынуждены приближаться к заветной цели по-пластунски. В 2008 году автомобилевоз Auriga Leader из корпоративной флотилии, таскавший в Америку новенькие Toyota, был оснащен 328 солнечными панелями. Два года наблюдений дали очень скромные результаты — большая мощность пакета не превышала 40 кВт.
солнце и Ветер, согласно точки зрения доктора наук Бахера, вряд ли смогут заменить в судах будущего топливные элементы и окончательно останутся на вторых ролях. Однако превращение бесплатных вечного движения и фотонов воздуха в электричество внесет важный вклад в экологическую реабилитацию морского транспорта.
Могучий тихоход
Maersk Triple-E станет наибольшим в мире контейнеровозом (400 м), на 2,29 м опередив нынешнего фаворита Emma Maersk и на 40 м — наибольшее пассажирское судно Oasis of the Seas. Лидерство в безотносительном зачете удерживает танкер Seawise Giant.
Новый класс судов будет очень конкурентоспособным. Цена доставки одного контейнера из Азии до Северной Европы, складывающаяся из цены горючего, затрат на эксплуатацию, портовых сборов, сборов за проход по амортизации и каналам судна, у Triple-E обещает быть на 26% ниже, чем у соперников.
Композитная диета
финны и японцы детально расписали, за счет чего металлический гигант Super Eco Ship 2030 утратит лишние килограммы, а заодно сэкономит своим обладателям кучу денег лишь на материалах.
Более узкий прокат из напряженной стали и использование композитных материалов для изготовления запасных элементов сделают суперсудно легче на 3000 т. 5000 т уйдет в минус за счет инновационной закрытой архитектуры корпуса, исключения из силового каркаса большей части металлических переборок и облегченного погрузочно-разгрузочного оборудования. Замена классической силовой установки на модули из топливных ячеек и электрические движители даст еще 3000 т экономии. Отличная экономичность Super Eco Ship 2030 разрешит сделать газовые бункера легче на 2500 т, а вдруг к 2030 году будут созданы облегченные контейнеры, то неспециализированная масса груза снизится еще на 8000 т. В итоге полная масса судна будет снижена на 20%, а дополнительный выигрыш по выбросам углекислого газа составит 9%.
Совокупность воздушной смазки
Наиболее значимое преимущество совокупности воздушной смазки ACS пребывает в том, что ее возможно устанавливать на уже выстроенные суда, не рассчитанные на ее применение. Но самый действенно трудятся совокупности, изначально заложенные в конструкцию судна
Пузырьки воздуха создают в продольных каналах дна слой «воздушной смазки», заметно снижая гидродинамическое сопротивление судна. Наряду с этим расход энергии на накачку воздуха компрессором значительно меньше, чем экономия от действенного скольжения.
Пентамаран
Первое, что кидается в глаза, в то время, когда наблюдаешь на E/S Orcelle, — его причудливый корпус, складывающийся из пяти связанных между собой элементов. С позиций удобства размещения груза полимараны заведомо проигрывают классическим однокорпусным толстякам. Но разработчики E/S Orcelle не ставили перед собой цели затолкать в пентамаран как возможно больше машин. 10 000 штук за одну ходку — в полной мере приличная загрузка.
Но при их перевозке в вохдух не будет выкинуто ни грамма мерзости.
Плавники
В совокупность движителей E/S Orcelle входят четыре плавниковых модуля, любой из трех горизонтальных синхронных плавников крыловидного сечения. На холостом ходу под напором набегающих волн они совершают вертикальные колебания и при помощи гидравлических мотор-генераторов производят энергию. Под нагрузкой плавники колеблются, толкая судно вперед. Еще в 2005 году эффективность плавникового движителя подвергалась важным сомнениям.
Лишь в 2008—2009 годах ученые австралийского Университета Перт сумели создать детальную математическую модель плавниковой совокупности, и выстроили и совершили цикл успешных опробований нескольких масштабных моделей «плавниковых» судов.
Балласт Сверхлегкому разгруженному пентамарану для сохранения устойчивости по большому счету не нужен балласт. А ведь балластные воды — один из самых важных факторов загрязнения акватории, обычно влекущий за собой катастрофические трансформации морской фауны и флоры. В балластных баках тысяч судов представители одной экосистемы мигрируют в совсем чуждые им воды.
Из Японии — в Скандинавию, из Ближнего Востока — в Америку.
В то время, когда при погрузке балластная вода сливается, местная экосистема приобретает стресс, встречая у себя «дома» миллионы агрессивных чужаков. Помимо этого, тысячи тысячь киллограм балласта на борту никак не содействуют понижению расхода горючего.
Пентамаран
Первое, что кидается в глаза, в то время, когда наблюдаешь на E/S Orcelle, — его причудливый корпус, складывающийся из пяти связанных между собой элементов. С позиций удобства размещения груза полимараны заведомо проигрывают классическим однокорпусным толстякам. Но разработчики E/S Orcelle не ставили перед собой цели затолкать в пентамаран как возможно больше машин.
10 000 штук за одну ходку — в полной мере приличная загрузка. Но при их перевозке в вохдух не будет выкинуто ни грамма мерзости.
Плавники
В совокупность движителей E/S Orcelle входят четыре плавниковых модуля, любой из трех горизонтальных синхронных плавников крыловидного сечения. На холостом ходу под напором набегающих волн они совершают вертикальные колебания и при помощи гидравлических мотор-генераторов производят энергию. Под нагрузкой плавники колеблются, толкая судно вперед. Еще в 2005 году эффективность плавникового движителя подвергалась важным сомнениям.
Лишь в 2008—2009 годах ученые австралийского Университета Перт сумели создать детальную математическую модель плавниковой совокупности, и выстроили и совершили цикл успешных опробований нескольких масштабных моделей «плавниковых» судов.
Балласт Сверхлегкому разгруженному пентамарану для сохранения устойчивости по большому счету не нужен балласт. А ведь балластные воды — один из самых важных факторов загрязнения акватории, обычно влекущий за собой катастрофические трансформации морской фауны и флоры. В балластных баках тысяч судов представители одной экосистемы мигрируют в совсем чуждые им воды.
Из Японии — в Скандинавию, из Ближнего Востока — в Америку.
В то время, когда при погрузке балластная вода сливается, местная экосистема приобретает стресс, встречая у себя «дома» миллионы агрессивных чужаков. Помимо этого, тысячи тысячь киллограм балласта на борту никак не содействуют понижению расхода горючего.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№109, ноябрь 2011).
<
h4>