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.
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.
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.
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.
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.
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.