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研究人员参考前人的卓见为下一代新型船舶寻找点子:风力

在许多方面而言,这都是个显而易见的解决方案。许多世纪以来,世界各地的海上贸易都是由风力来推进的。现在维持我们的生活水准的运输工具都是透过燃烧化石燃料获取动能的,我们正在寻找可以取代它们的替代方案。有些人再次将目光转向再生能源,例如使用风力来推动液货船、散货船和货柜船。因为现代的全球化趋势和经济的发展,回复到使用昔日的木质帆船是不合理的,但有几个21世纪的设计想法,可能可以使风力推进的船舶再次成为主流。

想要像我们利用风车来发电一样地使用这种免费、可再生的能源,风力,来做为船舶的动力的话,在船舶的设计上肯定有很长的一段路要走。值得一提的是,我们花了很长的时间做很多的改良,才使得风力涡轮机进化成现在这个配置完美的结构。事实上,涡轮机也还是不断地在改良。科学家和工程师们花费了很多年争论着涡轮机的最佳设计为何,究竟两个、三个或更多个叶片何者为优,配置应该为水平还是垂直,或是讨论船舶的制造应该在陆上还是在海上进行。

要设计风力船舶可能更加复杂,而且会涉及到更多的专业领域。在这个领域中,诸如软帆、硬式翼帆、弗莱纳转子(flettner rotors,最初是由Flettner在1920年代构思出来的,是利用马格努斯效应(Magnus effect)的原理,藉由一个旋转的圆筒型立柱来产生动力)和风筝动力,这些选择都在设计的思考过程中占有一席之地。软帆的材质是布料,是现有帆船中最让人容易联想到的设计,例如Dynarig和Fastrig这两种船便是采用这种设计。硬式翼帆不是使用布料,而是使用硬板来产生动力,就像把飞机机翼垂直安装在船上一样,例如oceanfoil公司推出的设计。

弗莱纳转子(flettner rotor)是由马达旋转的立式圆筒,藉由旋转来调整圆筒中的气流而产生动力,就很像飞机机翼产生的升力的原理(这个原理被称为马格努斯效应)。虽然以上提到了四个例子,但到目前为止,在大型商用船舶的设计中,最常采用的只有风筝动力和弗莱纳转子这两种。

在应用上有几个著名的例子,比如Cargill(嘉吉)和Wessels两家公司合作测试的风筝动力系统,还有Enercon和Norsepower这两个独立的运营商共同合作,试着在不同的船舶上使用不同的弗莱纳设计。这些试验是重要而全面的经验,让我们了解到进行这些研究所花费的成本、设计上的性能数据,并看到其投资成果。这些成果无疑地都让我们更接近成功,让我们可以再次轻易地利用风力,让它再次成为一个“理所当然的事情”。

这些新技术的试验和风力涡轮机的发展史,让我们理解到为什么现代风力船舶的研究不会在一夜间完成。因为首先,还没有人知道在这么多种设计中哪一个会是最成功的。

新式风力推进造船技术还有一个风力涡轮机所没有面临过的工程挑战:它必须是活动式的。不是只要单纯地用螺栓固定在甲板上就好了,在维持最高安全标准的同时还必须考虑到,在各种各样不同的港口间(许多港口或许会有一些桥梁)装卸货物时,这些螺栓的位置不会造成不便。

解决这些问题需要时间和金钱,愿意承担风险,并且有耐心的投资者可以看着这项新兴的技术从原型到完全开发的产品。但因为化石燃料的价格趋势和日益受到重视的环保法规,我相信改变是必然的。风力是免费的,一旦证明了制作和操作风力船舶的成本,是远远低于使用化石燃料的船舶的,人们便会发现该项技术非常值得投资。

许多人认为油价门槛已经到达极限,甚至已经超过了,因为越来越多人提出风力推进的解决方案,这甚至反而导致近期油价的下跌。

尽管目前针对航运的温室气体排放限制并没有很强硬的规定,未来这些会排放许多二氧化碳的船只,若其排放量继续增长的话,可能会面临更严格的管制。这些管制的细节与形式上究竟应该如何进行都还在讨论的阶段,但是无论这些针对温室气体排放的规定内容为何,相较之下,都使得风力推进船舶成为一个良好的投资。

航运在现代经济活动中是很重要的一环。只有不再依赖石化燃料,也就是往减碳、甚至是无碳化的方向发展,航运(还有环境)才能够永续发展下去。在我们现在所面临的这些挑战下,风力是个势在必行而又优雅的解决方案。但除非投资者或政治家,或者两者都改变他们的想法及做法,否则它也只会是个在一旁渐渐被遗忘的想法而已。

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