Daily Archives: November 10, 2013

Her er fremtidens vindteknologier til skibe

Roterende tårne på fragtskibe er en af de teknologier, der – som et nyt koncept fra det danske firma Thiiink – løbende popper op i mediebilledet som en vej til et mere grønt transportsystem til havs. Men rotorerne er blot en ud af mange teknologier. Verden over arbejder firmaer også med hårde kulfibersejl, drager, sejlformede skrog og turbosejl. Men hvad der ligner enkle midler til at mindske et højt dieselforbrug, viser sig ofte at være langt mindre effektivt end forventet.

Fremdrift ved Magnus-effekten


Flettner-rotorer på den tyske vindmøllefabrikant Enercons transportskib E-Ship 1. (Foto: Lech Dobrosielski)

Flere eksperter peger på såkaldte Flettner-rotorer som en lovende teknologi i en fremtid med stigende oliepriser. Rotorerne virker ved, at et hydraulisk eller elektrisk system sætter dem til at rotere, og når vinden rammer rotorerne, skaber det en fremdrift på grund af den såkaldte Magnus-effekt.

Ifølge den erfarne skibsdesigner Jesper Kanstrup fra skibsfirmaet Knud E. Hansen, der også har eksperimenteret med vindkraft til skibe, er Flettner-rotoren utrolig effektiv, når vinden blæser direkte fra siden. Typisk udtrykker ingeniører effekten af et system ved begrebet liftkoefficient, som er et mål for den opdrift, f.eks. et sejl eller en rotor giver pr. kvadratmeter. En Flettner-rotor kan give en liftkoefficient på helt op til 10. Til sammenligning giver en vingemast en liftkoefficient på cirka 4, mens et sejl på en fuldrigger giver en liftkoefficient på 1. Men i det regnestykke skal man også tage højde for, hvor stort det samlede areal er – og arealet af et sejl er eksempelvis langt større end arealet af en Flettner-rotor.

Flettner-rotorernes imponerende ydelse fordufter dog hurtigt, når vinden forsvinder eller ikke kommer fra siden.

»Ofte glemmer firmaerne bag vindteknologier at tage højde for, at systemerne også risikerer at øge modstanden, f.eks. når det ikke blæser, eller der er for meget modvind. Vægten af rotorer eller sejl skal jo også medregnes, ligesom man skal tænke på, at de optager plads på dækket, kan få skibet til at krænge eller måske går i stykker,« siger Jesper Kanstrup.

Professor Harry Bingham fra DTU deltager i øjeblikket i et EU-projekt ved navn Ulysses, der laver eksperimenter med Flettner-rotorer, blandt andet i store bassiner i Gøteborg. Projektet er netop afsluttet, og de første rapporter ventes inden for de kommende tre måneder. Indtil videre er konklusionen, at rederierne kan spare meget med rotorerne, især hvis oliepriserne bliver ved med at stige.

Rotorerne egner sig bedst til langsomtgående skibe, og på grund af den økonomiske krise har flere rederier – blandt andre Maersk – netop valgt at halvere farten, så skibene i dag sejler cirka otte til ti knob. Det gør rotorerne oplagte til især bulkcarriere og tankskibe. Vil rederierne optimere skrogformen yderligere, bør de fjerne bulben forrest på skibet, der er beregnet til at reducere bølgemodstanden ved hurtig sejlads, men yder modstand ved langsom sejlads.


Tyske SkySails satser på drager, der i 100-300 meters højde skal fange vinden og give et bidrag til fremdriften af store fragtskibe. (Foto: SkySails GmbH)

Drager sparer på brændstoffet

Tyske SkySails er et eksempel på et firma, der bruger drager til at mindske brændstofforbruget. SkySails har solgt flere dragesystemer, der fungerer ved, at et styresystem hele tiden holder dragen stabil i højder på mellem 100 og 300 meter. Danske eksperter er uenige om dragernes fordele. Ifølge skibsdesigner Hans Otto Holmegaard Kristensen fra Danmarks Rederiforening er drageteknologien længere fremme end Flettner-rotorer – alligevel har den ikke vundet udbredelse i branchen, og flere eksperter tvivler på, at den vil gøre det:

»Rederierne er bange for dragerne, og det er ikke mærkeligt. Hvis sejldugen river sig i stykker, og dragen ender i havet, så risikerer man, at skibet kommer til at slæbe 300 meter lange wirer, der kan gå i skibets propel, efter sig,« siger Harry Bingham.


Jacques Cousteaus forskningsskib Alcyone. (Foto: Jean-Pierre Hamon)

Turbosejl

Den verdensberømte eventyrer og dykker Jacques Cousteau forsøgte også at optimere udnyttelsen af vind til søs. Sammen med en gruppe forskere byggede han i 1981 et skib med såkaldte turbosejl, der umiddelbart ligner Flettner-rotorer, men er stillestående, hule og ovale tårne. Tårnene er perforeret af tusindvis af huller, og på toppen sidder en slags ventilator, der suger luft ind gennem tårnene. De ovale tårne har også en lodret åben spalte med en bevægelig klap, og luftstrømmen gennem tårnet skaber en kraft, der driver skibet fremad.

Det lykkedes Jacques Cousteau at sejle Jorden rundt med skibet Alcyone, der var udstyret med to turbosejl, men selvom han berettede om en tredjedel sparet brændstof, har ingen siden eksperimenteret med turbosejl for alvor.

Fuldriggernes firkantede råsejl har også givet inspiration til en metode til at bruge vindens kraft på nutidens fragtskibe. Endnu en gang er det en tysk ingeniør, der står bag opfindelsen. I 1960’erne foreslog hydraulikingeniøren Wilhelm Prölss at montere master fast til dækket uden at støtte dem med wirer – såkaldt rig. Masterne skulle udstyres med tværbomme, også kaldet ræer, ligesom på fuldriggere, og i ræerne skulle sejlene ligge gemt, så de kunne rulles ud i blæsevejr.


Kulfibersejl på Oracle’s America’s Cup-båd. (Foto: Pedro de Arechavaleta)

En af verdens største luksusyachts, den 88 meter lange The Maltese Falcon, blev i 2005 udstyret med den såkaldte DynaRig, men systemet har aldrig fundet vej til kommerciel skibsfart. En af forklaringerne er, at råsejlene ikke egner sig til at gå tæt til vinden.

»Almindelige sejl som DynaRig har været forsøgt i mange år, men har slet ikke samme effektivitet som f.eks. Flettner-rotorer. Problemet er, at kombinationen af sejl og motorer betyder, at den relative vindretning ændrer sig, så vinden kommer mere forfra. Det kræver sejl, der er gode til at gå på kryds (sejle få grader til vinden, red.), og det kan de symmetriske sejl ikke,« siger Jesper Kanstrup.

Skal sejl have en fremtid på fragtskibe, så skal det være i en form, der minder om de faste kulfibersejl, som f.eks. bliver brugt i America’s Cup. Eksperterne forestiller sig en stiv vingekonstruktion, der er udstyret med flaps for at gøre det muligt at gå højere til vinden.

Ifølge Jesper Kanstrup kunne en oplagt løsning være at anbringe en Flettner-rotor forrest på vingen, ligesom det faktisk er forsøgt med succes på skibes ror, hvor man har anbragt en rulle på forkanten og flaps på bagkanten.

»Det kunne være en oplagt løsning til langsomtgående skibe, men det indebærer mange bevægelige dele, og det kommer hurtigt til at koste,« siger Jesper Kanstrup.

Posted in computer.