Οι Flettner rotors μοιάζουν με τεράστιες καμινάδες, αλλά ο σκοπός τους δεν είναι να απομακρύνουν καυσαέρια. Οι ψηλοί κύλινδροι που εμφανίζονται σε ορισμένα εμπορικά πλοία περιστρέφονται για να αξιοποιήσουν τον άνεμο και να δημιουργήσουν πρόσθετη ώθηση. Δεν αντικαθιστούν αυτόματα τον κύριο κινητήρα. Του επιτρέπουν, όταν οι συνθήκες ευνοούν, να προσφέρει λιγότερη ισχύ για την ίδια υπηρεσία μεταφοράς.
Η ιδέα γίνεται πιο ενδιαφέρουσα όταν καταλάβουμε την αντίφαση που φαίνεται να κρύβει: χρειάζεται ηλεκτρική ενέργεια για να περιστρέφεται ένας κύλινδρος, ώστε το πλοίο να καταναλώνει λιγότερο καύσιμο συνολικά. Το όφελος υπάρχει μόνο όταν η πρόσθετη πρόωση αξίζει περισσότερο από την ενέργεια που δαπανά το σύστημα. Γι’ αυτό τα περιστρεφόμενα ιστία είναι υπόθεση αεροδυναμικής, διαδρομής και ελέγχου, όχι απλώς ένα εντυπωσιακό εξάρτημα πάνω στο κατάστρωμα.
Flettner rotors και φαινόμενο Magnus
Η λειτουργία βασίζεται στο φαινόμενο Magnus. Όταν ο αέρας περνά γύρω από έναν περιστρεφόμενο κύλινδρο, η ροή διαμορφώνεται διαφορετικά στις δύο πλευρές του. Προκύπτει μια αεροδυναμική δύναμη που είναι κάθετη στη διεύθυνση της ροής. Η ίδια οικογένεια φυσικών φαινομένων εξηγεί γιατί μια περιστρεφόμενη μπάλα μπορεί να καμπυλώνει την τροχιά της στον αέρα.
Η Norsepower περιγράφει αυτή την αρχή ως βάση των Rotor Sails της. Ένας ηλεκτρικός κινητήρας περιστρέφει το εξωτερικό κυλινδρικό σώμα. Ο άνεμος προσφέρει την αεροδυναμική ενέργεια που αξιοποιείται για πρόωση, ενώ η ηλεκτρική παροχή διατηρεί την περιστροφή. Η ενέργεια δεν δημιουργείται από το τίποτα και ο κύλινδρος δεν λειτουργεί όπως μια ανεμογεννήτρια που παράγει ρεύμα.
Η διάκριση από ένα συμβατικό πανί είναι επίσης χρήσιμη. Ένα ιστιοφόρο ρυθμίζει τη μορφή και τη θέση ενός υφασμάτινου ή άκαμπτου ιστίου. Στους Flettner rotors, η ταχύτητα και η φορά περιστροφής επηρεάζουν την αεροδυναμική συμπεριφορά. Το εξάρτημα δεν χρειάζεται να έχει το σχήμα φτερού για να αναπτύξει δύναμη. Η περιστροφή του είναι ουσιαστικό μέρος της λειτουργίας.
Η δύναμη αυτή δεν είναι πάντοτε στραμμένη ακριβώς προς την πλώρη. Έχει συνιστώσες που εξαρτώνται από τη γωνία του ανέμου σε σχέση με το πλοίο. Η εμπρόσθια συνιστώσα είναι χρήσιμη για την πρόωση, ενώ η πλευρική πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη συμπεριφορά και στον έλεγχο του σκάφους. Εδώ αρχίζει η διαφορά ανάμεσα σε ένα απλό πείραμα φυσικής και ένα πραγματικό πλοίο που μεταφέρει φορτίο.
Ο άνεμος που «βλέπει» το πλοίο
Το σύστημα λειτουργεί με τον φαινόμενο άνεμο, δηλαδή τον συνδυασμό του πραγματικού ανέμου και της κίνησης του πλοίου. Ένας παρατηρητής ακίνητος στο λιμάνι και ένας αισθητήρας πάνω σε πλοίο που κινείται δεν μετρούν αναγκαστικά την ίδια διεύθυνση και ταχύτητα ροής. Η διαφορά επηρεάζει άμεσα το αν οι κύλινδροι μπορούν να δώσουν χρήσιμη εμπρόσθια ώθηση.
Γι’ αυτό μια πρόβλεψη ανέμου δεν αρκεί από μόνη της. Χρειάζεται να συνδυαστεί με την πορεία και την ταχύτητα του πλοίου. Η ίδια καιρική κατάσταση μπορεί να είναι καλή για ένα ταξίδι προς μία κατεύθυνση και λιγότερο χρήσιμη για την επιστροφή. Η αξιοποίηση του ανέμου στη ναυτιλία είναι συγκεκριμένη γεωμετρία, όχι ένας γενικός χαρακτηρισμός ότι «φυσάει αρκετά».
Πότε οι Flettner rotors εξοικονομούν καύσιμο
Η σωστή σύγκριση γίνεται για την ίδια ταχύτητα ή για την ίδια μεταφορική υπηρεσία. Αν ο άνεμος προσφέρει μέρος της απαιτούμενης ώθησης, μπορεί να μειωθεί το φορτίο της συμβατικής πρόωσης. Από το όφελος πρέπει να αφαιρεθεί η ηλεκτρική κατανάλωση των κυλίνδρων και να συνυπολογιστεί το πώς παράγεται το ρεύμα πάνω στο πλοίο. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι αυτό που ενδιαφέρει τον διαχειριστή.
Η Norsepower αναφέρει ότι ο έλεγχος του συστήματός της λαμβάνει υπόψη και τη λειτουργία του κύριου κινητήρα και των γεννητριών. Αυτό εξηγεί γιατί δεν αρκεί να περιστρέφονται συνεχώς οι κύλινδροι στη μέγιστη ταχύτητα. Η καλύτερη ρύθμιση είναι εκείνη που αποδίδει περισσότερο συνολικό όφελος στις δεδομένες συνθήκες, όχι εκείνη που προσφέρει τη μεγαλύτερη μεμονωμένη αεροδυναμική δύναμη.
Υπάρχει και ένα συγκεκριμένο παράδειγμα μέτρησης. Στο έργο του δεξαμενόπλοιου Maersk Pelican, η Norsepower ανακοίνωσε εξοικονόμηση καυσίμου 8,2% στην περίοδο αξιολόγησης. Το αποτέλεσμα αφορά τη συγκεκριμένη εγκατάσταση και το συγκεκριμένο πρόγραμμα δοκιμών. Δεν αποτελεί υπόσχεση ότι κάθε πλοίο με δύο κυλίνδρους θα πετύχει το ίδιο ποσοστό σε οποιαδήποτε θάλασσα.
Η DNV υπογραμμίζει τη σημασία της διαδρομής και της έκθεσης στον άνεμο. Μια πορεία με συχνό αντίθετο άνεμο μπορεί να προσφέρει μικρότερο όφελος. Ένα πλοίο που κινείται γρήγορα διαμορφώνει διαφορετικό φαινόμενο άνεμο από ένα που ταξιδεύει πιο αργά. Αυτές οι παράμετροι αλλάζουν τη χρησιμότητα του ίδιου συστήματος χωρίς να αλλάξει κανένα εξάρτημα.
Οι Flettner rotors πρέπει λοιπόν να αξιολογούνται με στοιχεία ταξιδιού. Η εταιρεία χρειάζεται να εξετάσει εποχικότητα, συνηθισμένες πορείες, λειτουργικές ταχύτητες και χρόνο παραμονής σε διαφορετικές συνθήκες. Ένα καλό αποτέλεσμα σε μία φωτογενή δοκιμή δεν απαντά στο ερώτημα της ετήσιας απόδοσης. Η πραγματική οικονομία φαίνεται όταν το πλοίο συνεχίζει να εκτελεί το εμπορικό του πρόγραμμα.
Ακόμη και μια αλλαγή πορείας για καλύτερο άνεμο θέλει σύγκριση. Μπορεί να αυξήσει τη διαθέσιμη αιολική ώθηση, αλλά και την απόσταση ή τον χρόνο του ταξιδιού. Ο σχεδιασμός δεν αναζητά απλώς περισσότερο άνεμο. Αναζητά την καλύτερη συνολική λειτουργία μέσα στους περιορισμούς του δρομολογίου, της ασφάλειας και του φορτίου.
Μια μέτρηση χρειάζεται σημείο αναφοράς
Για να είναι αξιόπιστη η αξιολόγηση, πρέπει να ξέρουμε με τι συγκρίνεται η κατανάλωση. Ταχύτητα, εκτόπισμα, κατάσταση θάλασσας και άνεμος μπορούν να αλλάξουν το φορτίο του κινητήρα. Η DNV περιγράφει δοκιμές με το σύστημα ενεργό και ανενεργό σε συγκρίσιμες συνθήκες. Η λογική είναι απλή: πρέπει να απομονωθεί όσο γίνεται η συνεισφορά του περιστρεφόμενου ιστίου.
Έτσι, μια δήλωση εξοικονόμησης αποκτά νόημα μόνο μαζί με τη μέθοδο μέτρησης και το πλαίσιο της λειτουργίας. Το ποσοστό από μόνο του είναι ελκυστικό για έναν τίτλο. Για τον μηχανικό και τον διαχειριστή, πιο χρήσιμη είναι η απάντηση στο πότε προέκυψε, με ποιο φορτίο και αν μπορεί να επαναληφθεί στο δικό τους πλοίο.
Το κατάστρωμα και η λειτουργία καθορίζουν την εγκατάσταση
Ένας ψηλός κύλινδρος χρειάζεται κατάλληλη θεμελίωση και ελεύθερη πρόσβαση στη ροή του αέρα. Ταυτόχρονα πρέπει να συνυπάρξει με γέφυρα, γερανούς, ανοίγματα φορτίου και εργασίες του πληρώματος. Το πλοίο δεν σχεδιάζεται γύρω από μια φωτογραφία. Κάθε νέος εξοπλισμός πρέπει να χωρέσει στη λειτουργία που ήδη εκτελεί ή που προβλέπεται για το νεότευκτο.
Η DNV επισημαίνει ότι φορτία που υψώνονται γύρω από τους κυλίνδρους μπορούν να επηρεάσουν την έκθεσή τους στον άνεμο. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν το κατάστρωμα γεμίζει με υψηλές στοίβες εμπορευματοκιβωτίων. Δεν σημαίνει ότι υπάρχει μία κατηγορία πλοίων που απαγορεύεται γενικά να χρησιμοποιήσει τον άνεμο. Σημαίνει ότι η συγκεκριμένη διάταξη απαιτεί αξιολόγηση της πραγματικής ροής.
Σε ορισμένες εγκαταστάσεις χρησιμοποιούνται λύσεις που επιτρέπουν την κλίση ή τη μετακίνηση των κυλίνδρων, ώστε να διευκολύνεται η φόρτωση ή η διέλευση από περιοχές με περιορισμένο ύψος. Η ύπαρξη αυτών των επιλογών δείχνει ότι η εμπορική ναυτιλία χρειάζεται περισσότερα από αεροδυναμική απόδοση: χρειάζεται εξοπλισμό που να συνεργάζεται με λιμάνια και καθημερινές εργασίες.
Στην εγκατάσταση του YODOHIME, για παράδειγμα, η Norsepower περιγράφει έναν κύλινδρο ύψους 24 μέτρων και διαμέτρου 4 μέτρων στο πρωραίο κατάστρωμα. Οι διαστάσεις βοηθούν να καταλάβουμε την κλίμακα. Δεν πρόκειται για ένα μικρό πρόσθετο που τοποθετείται χωρίς εξέταση των φορτίων, της θέσης και των απαιτήσεων του πλοίου.
Η αιολική υποβοήθηση μπορεί να συνδυαστεί με άλλες τεχνολογίες περιορισμού κατανάλωσης. Δεν καταργεί την ανάγκη αποδοτικής γάστρας, καλής κατάστασης προπέλας και σωστής λειτουργίας κινητήρων. Αντίστοιχα, δεν μετατρέπει από μόνη της ένα πλοίο σε πλοίο μηδενικών εκπομπών. Μειώνει μέρος της ενέργειας που πρέπει να δοθεί από το συμβατικό σύστημα πρόωσης όταν οι συνθήκες το επιτρέπουν. Η συζήτηση συμπληρώνει όσα έχουμε εξηγήσει για τα EEXI και CII στη ναυτιλία και για το shore power στα λιμάνια.
Αυτό είναι και το ουσιαστικό ενδιαφέρον των Flettner rotors. Επαναφέρουν τον άνεμο στην εμπορική ναυτιλία με αισθητήρες, κινητήρες και αυτόματο έλεγχο. Η επιτυχία τους κρίνεται από το καθαρό ενεργειακό αποτέλεσμα και τη συμβατότητα με το πλοίο. Ο μεγάλος λευκός κύλινδρος είναι το ορατό μέρος μιας απόφασης που πρέπει να στηρίζεται σε μετρήσεις.
Πηγές: Norsepower, τεχνική περιγραφή Rotor Sails και ανακοινώσεις Maersk Pelican και YODOHIME· DNV, τεχνική παρουσίαση ECO FLETTNER. Οι σύνδεσμοι παρατίθενται στα αντίστοιχα σημεία του άρθρου.
Το Engine Power αναπτύσσεται από τη Magic Lamp Advertising 360, που συνδέει ποιοτικό περιεχόμενο με SEO, GEO, AI Search και σύγχρονη κατασκευή ιστοσελίδων.
