Владельцы торгового флота все чаще обращают свое внимание на ветроэнергетические технологии, помогающие сократить выбросы углекислого газа и уменьшить расходы на топливо. Таким образом, судоходство совершает причудливый разворот, возвратившись к тому, с чего оно когда-то началось, — ветру как источнику энергии.
На сегодняшний день в разных странах идут разработки вспомогательных движителей, основанных на ветре. Самая популярная из доступных на данный момент технологий — роторные паруса, также называемые парусами Флеттнера.
Роторные паруса
Технология турбопаруса Антона Флеттнера была разработана еще в 1925 году. Когда ветер обтекает вращающиеся цилиндры, создается область высокого давления воздуха с одной стороны и более низкого давления с другой. Если установить вращающийся цилиндр на открытую палубу, то давление ветра на цилиндр увеличивается в несколько раз, что позволяет двигать судно с гораздо большим импульсом, чем при использовании обычного паруса. Роторы могут вращаться с разной скоростью и в разных направлениях, подстраиваясь под ветровые условия.
Среди компаний, занимающихся разработкой и установкой современных роторных парусов, особо выделяется финская Norsepower, на счету которой уже несколько успешно реализованных проектов. Так, в конце прошлого года был завершен монтаж роторного паруса на балкере Yodohime, принадлежащем японской компании IINO Kaiun Kaisha. В январе 2025 года судно выполнило первый после модернизации рейс. Роторный парус высотой 24 м и диаметром 4 м был установлен в носовой части балкера. По расчетам Norsepower, за счет использования роторного паруса расход судового топлива и выбросы углекислого газа будут сокращены примерно на 6–10%.
Еще одно судно с роторными парусами той же компании IINO Kaiun Kaisha — крупнотоннажный газовоз Oceanus Aurora. На нем установили сразу два роторных паруса. При этом блоки высотой 20 м и диаметром 4 м были специально спроектированы с учетом ограничений по габаритам судна.
Летом 2024 года была завершена модернизация Camellia Dream (принадлежит компании MOL) типоразмера Capesize. На судне, доставляющем железную руду по маршруту Бразилия — Дальний Восток, были установлены два роторных паруса размером 35 м высотой и 5 м в диаметре.
В прошлом году компания Norsepower открыла в Китае специализированный завод по производству роторных парусов. Новое предприятие на первом этапе будет выпускать порядка 50 парусов в год, а к 2027 году объемы планируется нарастить до 100 единиц. Данное расширение направлено на удовлетворение растущего спроса. Согласно данным Norsepower, каждый ротор стоит около €1 млн и может окупиться за счет экономии топлива в течение трех — десяти лет.
Еще один игрок на мировом рынке роторных парусов — британская Anemoi Marine Technologies. В прошлом году данная инженерная компания завершила проект установки пяти роторных парусов на рудовозе Sohar Max дедвейтом 400 тыс. тонн. Высота установленных роторных парусов составила 35 м, диаметр — 5 м. Монтаж конструкций был выполнен на верфи COSCO Zhoushan (Китай). Паруса могут складываться, чтобы не создавать помехи при погрузочно-разгрузочных операциях и не превышать надводные габариты судна. По оценке разработчика, использование парусов позволит судну сократить расход топлива до 6%, а выбросы углерода — до 3 тыс. тонн в год.
Начальник отделения гидроаэродинамики ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Вячеслав Магаровский:
— Жесткие паруса являются одной из таких технологий, которые могут повысить энергоэффективность судна. Например, использование роторных парусов на транспортных судах позволяет на отдельных участках движения при наиболее благоприятных условиях повысить данный показатель на 40%. Однако если рассматривать конкретную транспортную линию — например, Китай-Роттердам через Суэцкий канал, то осредненные за год значения, с учетом наиболее вероятных ветров на маршруте следования, составляют около 5%.
Поэтому набор технологий, которые могут дать эффект, зависит не только от типа судна, но и от транспортной линии, где оно эксплуатируется. Наши специалисты продолжают исследования, направленные на поиск оптимальных решений по применению энергосберегающих устройств и технологий, включая парусное вооружение, на современных судах.
Паруса-крылья
Жесткие паруса по типу крыльев самолета устанавливаются вертикально и вращаются в зависимости от направления и силы ветра, обеспечивая судну дополнительную тягу. Среди разработчиков данной технологии — британская BAR Technologies с собственной системой WindWings, получившей сертификат AiP (одобрение в принципе) от классификационного общества DNV.
Наиболее интересным проектом с использованием WindWings стала модернизация судна Pyxis Ocean, используемого для перевозок продукции американской продовольственной компании Cargill. На Pyxis Ocean были установлены два паруса. С августа 2023 года по март 2024-го проходили испытания технологии в режиме реального судоходства. За это время судно пересекло Индийский и Тихий океаны, посетило шесть портов, выполнив восемь погрузочно-разгрузочных операций.
По словам генерального директора BAR Technologies Джона Купера, во время плавания экономия топлива на судах, оборудованных парусами-крыльями, может достигать в среднем до трех тонн в день. WindWings складываются, что позволяет судну проходить под мостами и обеспечивает свободный доступ к грузовым люкам. Каждое крыло состоит из трех элементов и изготовлено из прочной судостроительной стали. Изначально BAR Technologies устанавливали на суда крылья высотой только 37,5 м, однако в 2024 году компания анонсировала выпуск новых моделей — высотой 20 и 24 м. Предполагается, что данные установки можно будет расположить на гораздо меньших по размеру судах, а экономить они позволят до 0,7 тонны топлива в день.
Представители BAR Technologies отмечают, что в 2024 году интерес к WindWings сильно возрос, особенно со стороны судовладельцев из Азии. В настоящее время строятся пять судов, которые будут оснащены данной системой, еще ряд проектов находится в стадии разработки.
Испанская компания Bound4blue разработала и вывела на мировой рынок систему всасывающих парусов под названием eSAILs. Данный тип паруса планируется установить на строящее для норвежской компании Klaveness Combination Carriers (KCC) судно Cabu III. Два 24-метровых паруса расположатся в носовой части судна. Всасывающие паруса сочетают в себе характеристики как парусов-крыльев, так и роторов Флеттнера. Каждый такой парус имеет систему вентиляторов для всасывания потоков воздуха, что обеспечивает пропульсивную эффективность.
Технология жестких парусов VentoFoil от компании Econowind (Нидерланды) сегодня применяется на балкерах, танкерах, судах типа Ro-Ro и контейнеровозах. По состоянию на начало февраля 2025 года, 32 установки VentoFoil уже находятся в эксплуатации, 33 готовы к установке или пока только строятся для заказчиков, еще на 37 единиц подписаны контракты.
Другие проекты
Интерес к жестким парусам проявляют и японские компании. Так, судостроительное предприятие Tsuneishi Shipbuilding в партнерстве с Mitsui E&S Shipbuilding и Akishima Laboratories анонсировало разработку жесткого паруса в форме крыла. Ожидается, что парус будет установлен на реальном судне в 2026 году.
Компания Wallenius Marine проводит в Гетеборге (Швеция) испытания в аэродинамической трубе с целью разработки первого в мире судна-автовоза, работающего исключительно на ветровой энергии.
Крупнейшая южнокорейская судостроительная верфь Hyundai Heavy Industries (HHI) получила одобрение от классификационного общества Korean Register (KR) на проектирование Hi-Rotor — собственной технологии ветроэнергетической установки.
Парус-крыло FastRig от британской Smart Green Shipping (SGS) тестируется на судне Pacific Grebe, предназначенном для перевозки ядерных отходов. По данным разработчика, жесткое крыло сможет сократить расход топлива до 30%. Оно использует интеллектуальную автономную систему, что упрощает его эксплуатацию, и требует ограниченного пространства на палубе. Его также можно убрать при проведении портовых операций.
Один из крупных международных операторов танкерного флота Maersk Tankers заявил о решении модернизировать пять судов под технологию так называемого всасывающего паруса. На каждом танкере будет установлено по четыре 26-метровых автономных паруса, которые должны автоматически подстраиваться под погодные условия для оптимальной производительности. Переоборудование танкеров запланировано на 2025–2026 годы, когда суда будут проходить плановый осмотр и ремонт в сухом доке.
Довольно любопытный проект анонсировали во Франции. Речь идет о разработке и строительстве патрульного судна, оснащенного гибридной силовой установкой и вспомогательным ветродвижителем в виде жесткого паруса. Задействовать судно планируется для операций в прибрежных водах Бискайского залива. Передача судна в эксплуатацию намечена на вторую половину 2027 года.
Первый заместитель директора «Морское инженерное бюро ‒ СПб» Николай Автутов:
— Применение таких парусов на традиционных многофункциональных спасательных судах, которые эксплуатирует в настоящее время Морспасслужба, не представляется рациональным, т. к. суда Морспасслужбы обычно находятся на дежурстве в порту или непосредственно в районе нефтегазового промысла. Применение жесткого паруса будет эффективным для судов, основной задачей которых является патрулирование определенного района с устоявшимися ветровыми характеристиками, когда парус может использоваться в качестве дополнительного движителя на постоянной, но относительно невысокой скорости движения судна. При выходе непосредственно на спасательную операцию должен применяться основной винтовой движитель.
Очевидно, что не все проекты в конечном итоге будут воплощены в жизнь и окажутся коммерчески успешными. Говоря об экономии топлива, разработчики довольно часто оперируют гипотетическими цифрами, подтвержденными в лучшем случае испытаниями, проведенными на одном судне и в довольно ограниченный период.
Стоит упомянуть, что в качестве дополнительного движителя предлагается также использовать кайт-парус — воздушного змея, прикрепленного к носу судна. В частности, данную технологию продвигала французская компания Airseas. В 2021 году для проверки эффективности кайт-парус Seawing был установлен на судне Ville de Bordeaux, зафрахтованном Airbus для перевозки компонентов самолета. Кроме того, Airseas анонсировали строительство завода, выпускающего такие паруса. Однако в 2024 году стало известно, что французская компания из-за финансовых проблем была продана японской судоходной компании Kawasaki Kisen Kaisha (K Line), которая объяснила приобретение желанием продолжить разработку Seawing и вывести его на рынок. Пока, правда, о каких-либо успехах не сообщалось.
А что в России?
В России изучением возможности использования жестких парусов на флоте занимался Крыловский государственный научный центр (КГНЦ) в 1980–1990 годах. Специалистами был разработан многосекционный жесткий парус оригинального профиля.
Начальник отделения гидроаэродинамики ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Вячеслав Магаровский:
— В Крыловском государственном научном центре исследование различных типов парусного вооружения (ПВ) ведется с 1980 года. Основной пик исследований пришелся на период 1980–1990 годов. В рамках выполненных научно-исследовательских работ рассматривались вопросы классификации ПВ, проводились сравнительные исследования эффективности различных типов ПВ, экспериментальные исследования жестких и гибких парусов при взаимодействии с корпусами судов, их апробация на натурных малоразмерных судах.
Нашими специалистами была разработана конструкция жестких парусов, которые были впоследствии установлены на научно-исследовательское судно «Академик Иоффе». Эффективность разработанных парусов была подтверждена во время опытного рейса в Атлантике в 1989 году.
В настоящее время в связи с требованиями международной морской организации ИМО по снижению выброса CO2 в мире наблюдаются тенденции по поиску решений, позволяющих снизить топливные затраты и повысить энергоэффективность судов. Для удовлетворения требованиям EEDI и СII судовладельцы вынуждены все более широко использовать технологии, направленные на повышение энергоэффективности судна.
Особенности эксплуатации
Как отмечают специалисты норвежского классификационного общества DNV, при рассмотрении возможности использования на судне ветряного движителя следует учитывать несколько основных факторов. Так, район эксплуатации должен быть достаточно ветреным: в тропических водах ветры, как правило, менее надежны, чем в средних и высоких широтах. А в каких-то регионах задействовать ветер в качестве дополнительного движителя можно только в определенный сезон. При этом в условиях обледенения данную технологию использовать невозможно.
Некоторые типы судов лучше подходят для подобных технологий, чем другие. К примеру, на более крупных судах из-за сопротивления воздуха парусные системы могут оказаться менее эффективными. Имеются трудности с установкой парусов на судах, перевозящих груз на палубе.
По данным DNV, экономия топлива при использовании ветроэнергетических установок в среднем составляет 5–9%. В отдельных случаях данный показатель возрастает до 25%. При этом потенциальная экономия выше, если новое судно специально спроектировано под установку парусных систем.
Специалисты классификационного общества RINA отмечают, что успех ветроэнергетического судоходства возможен только при учете одного критического фактора — возможности точного измерения и использования энергии ветра в режиме реального времени.
«Хотя концепция использования ветра для движения проста, ее эффективное внедрение может быть сложным. Системы ветродвижения в значительной степени полагаются на точные и надежные данные о ветре в режиме реального времени для максимизации тяги и эффективности. В отличие от традиционных измерений ветра для навигации, которые в первую очередь облегчают корректировку курса, системы ветродвижения требуют гораздо большей точности. Неточные данные приводят к потере энергии движения, которую невозможно восстановить, и каждый порыв ветра, который не используется оптимально, означает потерю потенциала чистой энергии», — говорится в аналитическом обзоре RINA.