风帆船舶重回航海视野|船舶_新浪财经

“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。” 帆船一直伴随着人类历史发展。我国作为世界上最早利用帆船的国家之一，有着两千多年利用风能驱动帆船航行的历史。风帆航行在19世纪达到全盛，然而却在20世纪逐渐被蒸汽机和内燃机取代。近年来，由于全球航运环保与节能的需求，传统的风帆动力船的研究又被推上了现代航运的前台，风能作为一种可再生能源重新焕发了活力，以其高性价比再次成为各国对船舶的推动力和节省能耗研究的新方向。

其中，中国、日本、欧洲在此方向的研究与运用走在了世界的前沿，风帆再次以崭新的姿态回到了我们的视野。据中国船级社相关技术专家介绍，目前风帆助推船主要是两大的流派，一种叫硬质翼面帆，另一种叫旋筒帆。相比于那种在甲板上安装的柱状圆筒的旋筒帆，硬质翼面帆在外观上更接近于传统的风帆，也是本文介绍的“主角”。

日本的风帆船舶研究起步较早

现代风帆助力航行研究，日本起步较早，从20世纪80年代就开始致力于风帆助航船研究，1980年建成全球第一艘用现代风帆助航的“新爱德丸”号，载重1600 吨，用2块卷折式纤维增强塑料风帆，1台低速柴油机作为辅助动力，两者配合使用，与载重相同的普通机动船相比，这艘船可节省燃料50%，但运输时间增加20%，这种风帆船由于吨位过小，还不是真正意义的上的现代帆船。

2020年，日本商船三井与大岛造船合作开发建造的风帆动力巴拿马型散货船“风挑战者”（Wind Challenger），预计将在2022年投入运营。这是一艘9.9万载重吨煤炭运输船，全长235米，宽43米，通过可伸缩的硬翼帆可以变换利用风能作为推进力，为东北电力公司的火力发电厂运输煤炭。硬翼帆采用玻璃纤维增强塑料（GFRP）作为材料，通过减轻重量以扩大整体面积，最大限度地利用风能的推进力。装置上安装了传感器来感知风力和方向，可以自动伸缩和旋转，从而有效利用风能。与同类型传统船舶相比，预计将能减少5-8%的温室气体排放，显著降低了船舶燃油消耗，从而在提高经济效益的同时减少了船舶作业对环境的影响。

2021年7月，日本名村造船又联手日本船东NS United Shipping宣布共同开发研究一种用于18.3万载重吨的好望角型散货船的风帆动力节能系统。该系统能够横向展开，从风力中获得更大的推进力。风帆使用时，可以将其升至甲板之上，在侧面伸展后增加船帆表面积，从而提高推进效果。风帆还可以进行旋转，以便更好地利用风向取得最大的推进效果。当风力条件欠佳时，或船舶进行货物装运时，风帆可以缩回后储存在甲板下面。目前该项目应该还在研究阶段。

欧洲的风帆船节能研究持续发力

欧洲也一直走在风帆船舶研究的前沿。德国“天帆”公司一直致力于研发借助风力推动的“天帆”系列船舶。2007年，“天帆”公司研发制造了“白鲸天帆号”。“白鲸天帆号”其实并不是真正意义上的风帆船，而应该叫“风筝船”，是用一张面积大概为160平方米的超轻合成纤维帆布，制成了一个外形类似于风筝的双层可充气风帆，利用电动桅杆放飞在货轮外，把它像风筝一样“放飞”到100-300米的空中，靠风力为船只提供辅助动力。“天帆系统”油耗节省率就可在10%到35%之间浮动，风力最理想时甚至可以短期节油50%。

发明天帆的德国工程师瑞格说："天帆的优点是可利用上层最稳定而强劲的风力。"但是有专家表示，这种复古、仰赖风力航行的动力并非百分之百管用，一旦遇到逆风、暴风，巨帆将无用武之地，还是得依靠燃油的动力前进。其后，白鲸天帆号在使用中暴露出了问题，巨大风帆由于过于笨重很难控制。

2016年，德国风帆公司又研制出了Eship1船舶，该货轮可以称为真正意义上的现代旋筒帆船舶。Eship1船舶在船首和船尾位置装置了四个旋转式的铝制转筒风帆结构。利用风帆来借助风力带动船只前行，Eship1号的燃料节能效果可达30%。但德国目前风帆船舶技术还未成熟，最大风帆货轮的吨位只能达到万吨，只适用于量级较轻的船只。

除德国之外，其它的欧洲老牌造船国家如瑞典、法国、英国、荷兰、挪威也进行了现代化帆船的研发。专家介绍，在国际上，硬质翼面帆船的研究主要以东亚为主，旋筒帆船的研究以欧洲为主。目前，高达几十万吨级的远洋货轮才是节能减排的重点解决对象，在硬质翼面帆船的研究的方面，中国后发制人走到了世界前列。

中国的30万吨风帆货船领先全球

2008年，在工信部的支持下，我国成立了第一个风帆研究设计团队，由中船重工702所负责设计研发。2015年中国风帆技术示范应用开发项目正式启动，对风帆助力航船进行大量的研究，属于国家高技术船舶科研计划项目。

2018年，由中船重工研制、大连船舶重工建造的世界第一艘以风帆作为助推动力的“凯力号”大型油船成功交付，载重量达30.8万吨，填补了国际上30万吨级大型风帆船舶的空白，成为当时最大吨位的风帆助力船舶。

“凯力号”有2个硬质翼面风帆，高39.6米，宽14.8米，回转底座的最大外径5.3米，采用U型结构翼形风帆与机翼的原理类似。中船重工设计师借鉴了郑和船队的风帆，在“凯力号”巨轮的两舷位置各安装了一部大型翼型风帆，利用空气流过前后表面的速度不同，从而产生强大的压力差，通过不断调整风翼的迎风角度来控制船只的行进。该风帆对于外形的精度要求非常严格，比一般的船体分段要求要高得很多。而且“凯力号”用于加工回转底座的数控重型卧式车床采用了国内最大、加工能力最强的车床加工工件，最大长度为15米，最大直径达到了5.6米。

“凯力号”依靠海上风力大大的降低了船舶发动机的负载功率，平均每天可节省3%的燃油消耗。“凯力号”超大型原油船满载排水量高达35万吨，一天就要耗费70到90吨燃油，风帆助力一天可节油2-3万吨，节能减排效果显著，因此被称为“水麒麟”。在风帆的助力下，大大降低了巨轮的能耗和二氧化碳的排放量，同时提高了船只的使用寿命。

我国的风帆技术开始产业化研究

“凯力轮”至今已经安全运营 3年多了，风帆助推状况下的节能效果明显，古老的风帆装置和现代巨轮结合成了不起的中国制造。

据了解，该船的实船验证和检验发证，是由中国船级社（以下简称CCS）独立完成的。随着我国风帆船舶研发与制造的深入开展，CCS 于 2020 年编写和发布了《船用硬质翼面帆评估与检验指南》，该指南是 CCS 规范体系中风力助推技术系列指南中的开篇之作，将与旋筒帆等相关指南共同构建 CCS 风力助推节能技术的规范指南体系，完善了风帆技术实船应用技术标准和规范体系。

目前，CCS 正在参与大船重工牵头的“翼型风帆助推系统工程化应用研究”（风帆二期）工信部科研项目。

“风帆二期将在一期成功的基础上，让翼型风帆助推系统进行成熟的工程应用，形成风力助推技术的产业化、工程化解决方案。产业化以后，翼型风帆助推系统可实现固定模具的批量生产与成本控制，将为国家节能减排做出更大贡献。”中国船级社大连分社副总岳孟强介绍。

风帆二期项目与一期相比，重点是推进工程化应用。实船风帆应用由一对增加到两对，帆叶由金属变更为非金属的碳纤维材料，标准化、轻量化、智能化将成为未来研发的重点方向。该项目于2019年工信部批复后正式立项，由大船集团牵头，联合招商轮船、中国船舶702所、中国船级社、中国造船工程学会、大连海事大学、大连理工大学及中船综合院等单位，依托招商轮船在大船集团订造的VLCC上共同进行项目研究。