Contribuția la Puterea de Propulsie a unui Zmeu și a unui Rotor Flettner pe Rute de Transport Maritime Selectate

SUMAR

Vântul este o sursă de energie regenerabilă, care este disponibilă gratuit pe oceanele lumii. Cum transportul maritim se confruntă cu provocarea de a reduce dependența de combustibilii fosili și reducerea emisiilor de dioxid de carbon, această lucrare caută să exploreze potențialul de valorificare a energiei eoliene în transportul maritim. Modelele numerice a două tehnologii ale energiei eoliene, un rotor Flettner și un zmeu de remorcare, sunt conectate cu datele despre vânt de-a lungul unui set de cinci rute comerciale.Împingerea generată de vânt și puterea de propulsie sunt calculate în funcție de vânturile locale și viteza navei.

Contribuția medie a energiei eoliene pe o anumită rută variază între 193 kW și 373 kW pentru un singurrotor Flettner și între 127 kW și 461 kW pentru zmeul de remorcare. Variabilitatea puteriigeneratede un rotor Flettner s-a dovedit a fi mai mică decât cea azmeului de remorcare, în timp ce, ca urmare a dependențelor diferitede viteza și direcția vântului, contribuția medie de puterea unui rotor Flettner este mai mare decât cea a zmeuluipe unele rute și mai mici pe altele.

În timp ce pentru cele mai multe forme de transport internațional de marfă vântul nu poate fi potrivit ca singura sursă de energie de propulsie, o comparație a producţiei medii cu cerinţele puterii motorului principal anavelor tipice care deservesc rutele indică faptul că ar putea oferi o pondere semnificativă. De exemplu, instalarea a trei rotoare Flettner pe un cargo carrier general de 5500 tdw ar putea, în medie, oferi mai mult de jumătate din puterea necesară motorului principal în condiții tipice de viteză de croazieră.

Incertitudinileşi ipotezele simplificatoare care stau la baza analizei modelului sunt discutate și implicațiile rezultatelor sunt luate în considerare în ideea de nevoie urgentă de decarbonizare. Această lucrare demonstrează oportunitățile semnificative de reducere a emisiilor pe caretehnologia eoliană o are de oferit. Aceasta prezintă următorii pași către realizarea potențialului, subliniind cerinţa pentru un studiu detaliat cu privire la barierele socio-economice și tehnice la punerea în aplicare, și oferind o bază pentru cercetare în paşii pentru reducerea emisiilor din sectorul de transport maritim.

1. Introducere

Transportul maritimse confruntă cuo provocare imensă: consumul decombustibil fosilșiemisiile de CO2care decurg din aceasta au crescutîn timp, darînviitoracestea trebuie să fiecontrolateși reduse[1].

De-a lungulcelortrei decenii,dinanii 1980,de crizăde transport maritim, atâtemisiile de CO2din sectorulde transport maritim câtșiemisiile globaleaua fostîn creștere, cuemisiidintransportul maritim internaționalmai multdecâtdublateîntre1979și2009 [2] șiînsumândaproximativ 3% dintotal la nivel mondialîn2007 [3]. Ambelesunt corelate cueconomia mondialăși cu prețul petrolului, transportul maritimfiindmaischimbătordecâtemisiile globale. De exemplu, ca urmare acrizei economiceîncepute în2007,emisiiledin transportul maritim internaționalau scăzutîn2008 șichiarmai mult în 2009[2], reflectândrolultransportului maritimcaunfacilitatorcheieșibeneficiar alcomerțului internațional.

Pe perioademai mari decâtșocurileprețului petroluluișirecesiunile economicedinultimele decenii, totuşi, emisiilede transport maritim internaționalaucrescutîn mod constant cu rate de creșterecare le depăşesc pecele aleemisiile globale[2,4].

Pentru o șansă rezonabilă de a evita schimbărilepericuloase de climă, emisiile de gaze cu efect de seră trebuie reduse drastic [5,6]. Organizația Maritimă Internațională (IMO) recunoaște că, la fel ca toate sectoarele, transportul maritim va trebui să facă partea sa [1,7,8]. Măsurile de reducere a carbon pot fi grupate în trei categorii: la cerere, operaționale, și tehnologice. Cererea de constrângere este discutabilă, având în vedere relevanța transportuluimaritim cu privire la comerțul internațional și economia globală, precum și cu privire la transportul maritim ca o industrie de sine stătătoare [9]. Atâta timp cât există posibilitatea de îmbunătățire și optimizare în operațiuni, de exemplu, în cazul în care imboldurile piețeiconduc la practici ineficiente [10] saudupă cum o demonstreazăasimilarea răspândită atermenului de „slow steaming” (un termen folosit pentru reducerea vitezei navei, în scopul de a economisi combustibil) [11] se pare că tehnologia va trebui să joace un rol cheie în asigurarea unui sector detransport maritim cu emisii reduse de carbon. Tehnologia care foloseşte puterea eoliană este cu siguranță oopțiune atractivă: vântul este o sursă de energie gratuită și regenerabilă, care este disponibilăpe oceanele lumii; în plus, aceasta poate fi utilizată în combinație cu toţiceilalţi combustibili cu emisii reduse de carbon. Accentul acestei lucrări este puspe evaluarea potențialului de transport maritim pe bază de vânt.

Literatura de specialitate,care adreseazătransportului maritim provocarea de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră, este dominată de evaluări de tehnologie la nivel înalt, la fel ca în cel de-al doilea studiu al IMO cu privire la gazele cu efect de seră [3,12,13]. De multe ori, curbele marginale de reducerea costului sunt aplicate ca un instrument de estimare a potențialului de reducerea emisiilor în funcție de costuri, în unele ipoteze generale, cum ar fi prețul viitor al combustibililor marini (a se vedea [14] pentru un exemplu). În timp ce acoperă o gamă largă de tehnologii, potențialul de reducere a emisiilor dintr-o categorie tehnologică este de multe ori dat de către un singur număr, uneori pe categorii de nave, și se poate baza pur şi simplu pe informațiile producătorului (cf. [3,14]). În schimb, există percepția unui potențial mare de atenuare la cost negativ, a se vedea de exemplu, [15], care însă nu este realizată.Analizând„lacuna de eficiență”, lipsa de informații sigure privind măsurile de atenuarea emisiilor de carbon este identificată ca un motiv cheie pentru lacună [10,16]. Deci, există o nevoie reală de cunoaștere solidă și accesibilă pe care să se bazeze evaluările la nivel înalt.