船用风力旋筒助推系统改造

　　一、实施背景

　　党的二十大报告中，再次强调了我国的“双碳”目标，表示要积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强清洁能源高效利用，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理。2023年4月13日，集团公司召开碳达峰碳中和工作领导小组会议，深入学习贯彻党的二十大精神和习近平生态文明思想，推动公司“双碳”工作迈向更高水平。

　　全球航运业每年排放超过10亿吨温室气体，其中碳排放占比98%，占全球总排放量的近3%。2018年，航运业迎来首个强制性减排目标，国际海事组织(IMO)制定了减排战略，目标至2030年碳排放强度降低40%，2050年碳排放量减少50%。2021年，IMO引入了船舶营运碳强度指标(CII),用于衡量船舶单位运输工作量二氧化碳的平均排放量。从2023年起，5000总吨及以上国际航行船舶将根据CII评级，评级较差的船舶将受到不利影响。面对未来碳排放监管要求，深入剖析海油工程船舶船队低碳转型的挑战和路径，寻求全局最优的解决方案，对于促进海油工程船舶船队的高质量发展、提升海油工程船舶船队的市场竞争力，具有重要的现实意义。

　　二、主要做法

　　(一)旋筒风帆技术的选取

　　旋筒风帆作为一种新型节能技术，是风帆类最为优秀也是应用最多的一种方案，利用我国沿海丰富的风能为船舶提供直接的推进动力，其产品具有技术成熟度高、设备重量轻、占用甲板空间小、同样投影面积下产生推力大、不影响船舶操纵视线和航行安全、系统操作简单便捷、自动化程度高、安装/改造周期短、投资成本低、投资回报周期短、节能减碳效果显著等优点。我国沿海的风力资源非常丰富，黄渤海地区平均风力达到4级(5.5~7.9m/s)左右，东海地区的平均风力更是能达到7级(13.9~17.1m/s)，而且风向多为偏北风和偏南风，这对旋筒风帆的运行十分有利，为旋筒风帆提供更多的侧向及侧后向的风角，从而旋筒风帆能产生更大的船舶推进力。

　　(二)旋筒风帆的原理介绍

　　旋筒风帆是一种安装在船舶甲板上，利用马格努斯效应，通过电机驱动旋筒旋转，当船舶的侧向来风作用在旋筒表面时，会在其两侧形成压力差，产生与来风方向垂直的推力。通过内塔和底座钢结构将推力传递给船体，从而辅助船舶推进，降低推进系统能耗的一种风能利用技术。

　　(三)船型的选取

　　“海洋石油226船”总长153m、型宽38m，为载重量17289t的重大件运输船，曾多次远赴沙特、文莱等国家执行大型结构物运输任务，现经常用于天津、青岛、深圳、珠海及湛江等场地进行大型结构物运输，为公司执行运输任务的主力船舶。同时参考国外的优秀案例，选取了海洋石油226船作为首条旋筒风帆加装改造船舶。

　　图1海洋石油226船旋筒风帆布置图

　　(四)方案的选取

　　基于海洋石油226船的总布置，结合操纵视线、航行信号灯及甲板装卸要求，设计旋筒风帆安装方案。在确保船舶原有功能前提下，以提升能效、降低碳排放为原则。在FR150处，左右舷各安装1台4×18m旋筒风帆，其底座内部空间可存放工具，不占用额外甲板面积，不影响船舶日常装卸。

　　(五)先进的做法

　　通常情况下旋筒风帆不会对日常装卸货物造成影响，在极特殊时如果旋筒风帆的布置影响到船舶装卸货物时，可将可拆卸底座及其上方的整个旋筒风帆整体或分开临时拆卸吊装下船。项目首创功能性可拆卸底座，一体化智能中控系统，自动获取航线风速和风向，并调整旋筒风帆工作姿态以获取最大动能，为船舶行业绿色发展和智能化操控提供一种全新模式。

　　图2改装旋筒风帆后的海洋石油226船

　　三、取得成效

　　“海洋石油226”船加装旋筒风帆在交付使用后进行了试航测试工作，由中国船舶重工集团公司711研究所承担了海上试航测试工作，验证了旋筒风帆的实际效果。船舶安装旋筒帆后的节油效果主要体现在降低船舶燃油消耗和提高船舶航速两个方面，既可以通过一段评估时间内使用旋筒帆前后船舶油耗的降低，也可以通过船舶航速的提高进行对比，往往这两者是同时发生的。

　　图3试航中的海洋石油226船

　　“海洋石油225”与“海洋石油226”为姐妹船，通过船上人员搜集旋筒风帆使用及系统记录数据，包括风力、风向、航速、航向、推进功率、消耗功率、开启关闭时间等,在近10个月两船作业任务、地点及在航、待航时间相近的情况下，对比平均能效。“海洋石油226”燃油消耗量呈下降趋势。

　　旋筒风帆在“海洋石油226”船上成功应用，取得了显著的示范效果。圆筒形风帆虽然在国外已有数十条船的成功案例，但目前国内船东还未进行推广和使用。我国沿海航线风力资源非常丰富，近海航线平均风力达到4级，使得圆筒形风帆系统具有广阔的应用前景。该系统与其他设备和燃料具有良好的兼容性，有助于推动船舶、新能源等产业的协同发展。项目成功将风能引入航运业，充分展现了大型国企的先行先试精神，为我国航运业的绿色化、低碳化发展起到积极的引领作用。

　　“海洋石油226”旋筒风帆的顺利投入使用，意味着我国自主研发制造的亚洲首套旋筒风帆系统实现实船应用。该项目被央视新闻频道专题报道，这不仅标志着我国在商用船舶旋筒风帆实现了零的突破，也推动船舶运输行业绿色低碳发展带来积极示范意义。