Ветер без посредников

Ветер сегодня используется почти исключительно для получения электроэнергии: механические установки, работающие непосредственно от энергии ветра, по-видимому, безвозвратно потеряли прежнее хозяйственное значение. Но это на суше, а на море есть неплохие шансы для возвращения парусов.

Нидерланды - страна ветряных мельниц. Здесь их имеется больше тысячи, действуют ассоциация «Голландские мельницы» и Гильдия мельников-добровольцев, организовано обучение профессии мельника. В музее под открытым небом Зансе-Сханс можно увидеть действующие ветряные лесопилку, краскотёрку и маслодавилку. А к ротору «мельницы» Noletmolen подсоединён электрогенератор, развивающий мощность до 150 кВт. Это сооружение высотой 43 м с размахом крыльев 30 м в 2005 г. в г. Схидам построил местный винокуренный завод Nolet - с рекламными целями. Но в Схидаме есть ещё пять ветряных мельниц, которые действительно мелют зерно для Nolet.

Noletmolen (Схидам, Южная Голландия)
Noletmolen (Схидам, Южная Голландия)

В Америке слово "windmill" (то есть «ветряная мельница») стандартно означает водокачку. Лёгкий многолопастный ветряк, изобретённый в 1854 г. Дэниелом Холладеем, когда-то деревянный, а теперь металлический, по-прежнему остаётся эффективным решением для автономного водоснабжения ферм: такие установки рекламируются и продаются. Впрочем, сегодня даже на отдалённых фермах их постепенно заменяют электрическими насосами: при доступных солнечных панелях получить электроэнергию - не проблема.

Схема действия ветряной водокачки
(рисунок с сайта компании Aermotor Windmill)
Схема действия ветряной водокачки (рисунок с сайта компании Aermotor Windmill)

СОКОЛ И ЖЕМЧУЖИНА

Теперь переместимся с суши на воду. Традиционные паруса очень эффективно преобразуют энергию ветра в движение судна, но управлять ими вручную сложно и тяжело. Первая попытка облегчить эту задачу с помощью технических средств была, как считается, предпринята в начале XX в. на пятимачтовом корабле «Пруссия» - самом большом в мире судне с прямыми парусами. На «Пруссии» не было парового двигателя, но имелись паровые лебёдки и насосы, благодаря чему её могла обслуживать команда всего из 48 человек. Для сравнения, у четырёхмачтового барка «Падуя» (нынешнего «Крузенштерна») той же серии, но без подобных приспособлений, экипаж в первых рейсах насчитывал 257 человек.

Абсолютно новаторскую систему «динамического» такелажа - Dynaship, или Dynarig, - одновременно повышающую эффективность парусов и упрощающую управление ими, предложил в 1960-х гамбургский инженер Вильгельм Прёльсс. Главной её особенностью были поворотные мачты с жёстко закреплёнными на них выгнутыми реями, расположенными так, чтобы все паруса вместе образовывали сплошную панель. Паруса убирались не к реям, как обычно, а накручивались на барабаны, расположенные внутри мачт. Прёльсс рассчитывал, что его изобретение найдёт применение на грузовом флоте, однако этого не произошло: дороговизна постройки в сочетании с низкими ценами на нефть не позволяли надеяться, что проект окупится. Ситуация не изменилась ни в 1973 г., когда энергетический кризис возродил интерес к применению парусов, ни позднее. Первое судно с Dynarig - Maltese Falcon («Мальтийский сокол») - появилось лишь в 2006 г., и это был не грузовой корабль, а 88-метровая яхта. «Сокол» вызвал всеобщее восхищение и выиграл ряд гонок, а в 2008 г. студенты Венской политехнической школы установили систему Dynarig на ял «Виктория».

Третьим, последним по счёту, проектом с Dynarig стала 106-метровая мегаяхта Black Pearl («Чёрная жемчужина», на фото), принадлежащая российскому мультимиллионеру Олегу Бурлакову. Она была спущена на воду в сентябре 2016 г., а летом 2017 г., после установки такелажа, совершила первое пробное плавание. В дополнение к системе Dynarig на судне имеется электроприводной движитель, энергию для которого дают чёрные паруса, представляющие собой гибкие солнечные панели - в ткань вмонтированы фотоэлементы (потому они чёрные). Кроме того, когда яхта идёт под парусами, гребной винт может работать в режиме турбины для подзарядки аккумуляторов. Оценивая результаты ходовых испытаний, конструкторы яхты уверяли, что она способна пересечь Атлантику, не истратив ни грамма горючего.

Яхта «Чёрная жемчужина», принадлежащая Олегу Бурлакову
Яхта «Чёрная жемчужина», принадлежащая Олегу Бурлакову

В октябре 2017 г. Олег Бурлаков раскрыл, что для него «Чёрная жемчужина» - не дорогая игрушка, а «пилотный проект, который позволяет получить новые знания». Россиянин планирует строить грузовые суда на альтернативных источниках энергии для трансатлантических перевозок. Эта задача становится особо актуальной в свете грядущего ужесточения требований к качеству бункерного топлива (читай: его подорожания).

РОТОРЫ НА КОРАБЛЯХ

Грузовые перевозки через Атлантику под парусами - солнечными батареями - пока мечта, а использование роторного паруса (ротора Флетнера) в грузовом и пассажирском сообщении между европейскими странами - уже реальность. Под ним с апреля 2018 г. по маршруту Турку - Стокгольм ходит паром Viking Grace финской судоходной компании Viking Line.

Роторный парус, изобретённый в середине 1920-х немецким инженером Антоном Флетнером, помогает существенно экономить топливо. По виду он не имеет ничего общего с обычным парусом: это цилиндр, напоминающий скорее толстую пароходную трубу, но, в отличие от неё, вращаемый (как правило, электромотором). Действие ротора основано на эффекте Магнуса, названном по имени открывшего его физика Генриха Магнуса и хорошо известном всем любителям футбола. «Закрученный» мяч летит по кривой, поскольку на вращающееся тело в потоке жидкости или газа действует сила, направленная перпендикулярно потоку. В данном случае подобная сила подталкивает корабль, причём наибольший эффект возникает, когда ветер дует под углом 90° к курсу. Ещё одно важное достоинство роторного паруса - простота управления. В отличие от традиционного паруса, в шторм его не сворачивают, но могут опускать, укладывая на палубу.

Яхта «Алкиона», на которой плавал Жак Ив Кусто
Яхта «Алкиона», на которой плавал Жак Ив Кусто

Похожим образом выглядит турбопарус, разработанный в 1980-х командой Жака-Ива Кусто. Это металлическая труба яйцевидного сечения с прорезью и подвижным щитком, который поворачивается так, чтобы вентиляционная щель оказалась с одной или другой стороны трубы. Трубу поворачивают под определённым углом к ветру и фиксируют в таком положении. А разницу давлений воздуха, необходимую для создания тяги во взаимодействии с ветром, обеспечивает насос. Под турбопарусом много лет успешно ходило исследовательское судно «Алкиона», но после смерти Кусто в 1997 г. разработка подобных систем прекратилась. Роторный же парус, технологически отработанный ещё в 1930-х, в последние десять лет вновь привлекает интерес судоходных компаний.

В 2008 г. немецкий производитель ветровых турбин Enercon заложил новое роторное судно E-Ship 1, предназначенное для транспортировки собственного оборудования (прежде всего громоздких лопастей). В 2010 г. свежепостроенный корабль совершил свое первое плавание, доставив турбины в Дублин, а в 2013 г., когда было пройдено 170 тыс. морских миль, компания сообщила, что ротор снижает расход топлива на 25% по сравнению с обычными судами того же размера.

В 2009 г. финская машиностроительная компания Wärtsilä обнародовала концепт круизного парома, который будет использовать роторы для снижения расхода топлива. В 2014 г. стартап Norsepower - разработчик роторных парусов - объявил о выпуске доработанного решения Rotor Sail для оснащения судов. В том же 2014 г. новый ротор был установлен на ролкере Estraden компании Bore, а в 2015 г. к первому ротору на Estraden был добавлен второй. В начале 2016 г. Norsepower сообщила, что её технология позволит судам с несколькими большими роторами экономить при благоприятном ветре порядка 20% топлива.

Концепт нового роторного парома компании Viking Line
Концепт нового роторного парома компании Viking Line

После этого успеха компания Viking Line в 2016 г. приняла роторный концепт для планируемого нового парома. По её расчётам, два роторных паруса производства Norsepower помогут снизить потребление топлива на 15%. И пока новый паром строится, роторный парус был установлен для испытаний на пароме Viking Grace. Ещё об одном важном соглашении Norsepower - о тестировании роторного концепта на судах крупнейшего в мире морского перевозчика Maersk - «Энерговектор» сообщал в начале года. Исполнительный директор Norsepower Туомас Риски убеждён, что затраты на топливо удастся снизить на 7-10%, то есть на сумму до 300 тыс. евро в год для больших танкеров.

___________________________________

Еще больше интересных материалов ищите на нашем портале Энерговектор.com или подписывайтесь на наш канал.

Портал Энерговектор - ​это ​ всегда свежие новости, комментарии финансовых аналитиков, оперативные фото- и видеорепортажи. На портале также размещаются расширенные версии статей, публикуемых в газете Энерговектор, с дополнительными иллюстрациями и видеовставками. Мы придаём большое значение вопросам престижа энергетических профессий, развитию отечественного энергетического машиностроения и энергоинжиниринга, обмену опытом и новым «прорывным» технологиям.