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船体轻量化是一大重点
日本邮船称为“未来集装箱船”的“日本邮船超级环保船2030”的船体上方覆盖了像布一样可以卷起来的太阳能面板。船体较宽,且极其平坦。
数个形状类似昆虫翅膀的帆利用风的张力,形成船只前进的推进力。这样一艘船如果在收帆状态下浮于海面,或许可以看成是一个巨大的面板。
左光真启称,为了减少集装箱船的CO2排放,引用太阳能发电等自然能源非常重要,但是更为有效的是船体的轻量化。
通常集装箱船总重量平均为8万吨,可以装载8000个集装箱。而“日本邮船超级环保船2030”将轻量化至1万吨以下,通过轻量化,预计可以实现 CO2减排9%。
为此,需要调整船体结构与所用材料。“日本邮船超级环保船2030”的材料将不再使用铁,而正在研究采用韧性较强且极轻的碳纤维树脂。
无需“压载”有助于轻量化
另一方面,结构上的调整使得无须减少可装载的集装箱数。由于降低了船的高度,扩展了船体的宽度,可以横向摆放更多的集装箱。
由于通常的集装箱船是将集装箱从上到下摆放,总是需要不断增加船体高度。但是,船体越高,重心随之上升,就会不稳定。为此,需要在船底预备被称为“压载”的重量,取得重力与浮力的平衡。
集装箱船通常是在船底充满海水进行压载。在出发港口充填海水,在到达港口排出。可是最近许多港口开始重视这些排放的海水对当地生态的影响问题。
而如果能够降低船的高度,就无需配备压载。既可以减轻船体重量,又可以降低船底空间。
减少船体摩擦的“空气润滑系统”
降低船底空间的优点不仅体现在船体的轻量化。还可以大幅减少船的摩擦力,从CO2减排角度来看,至关重要。
通常集装箱船船底被涂上一种特殊涂料,可以有效防止藤壶或海草等海洋生物的附着,从而减少了船的摩擦阻力。
而“日本邮船超级环保船2030”为了进一步减少摩擦阻力,与三菱重工共同开发了“空气润滑系统”,并进行了相关的试验。
该系统通过安装于船体前部的风扇,从船底强力排放出空气。用气泡覆盖整个船底,提升与海水的润滑效果,减少摩擦阻力。
但是,将气泡送入船底之际当然也需要能源。如何用较少的能源送入气泡,是这一技术的关键。左光真启认为,“在这一点上,降低船底空间将更加有利。水深越浅送入气泡所需能源就越少。”
“空气润滑系统”系统能够带来的CO2减排效果为10%。此外,日本邮船还计划进行反复的试验研究,找出可长时间存留送入气泡的船底形状、气泡喷射口的大小等最佳数值。
可使推进效率提升的节能装置“MT-FAST”
“日本邮船超级环保船2030”还在开发可以回收螺旋桨转动产生海水流动的“旋流”所损耗的能源,提升推进效率的节能装置“MT-FAST”。
这一技术是通过改变流入螺旋桨内水流的角度,控制旋流,增加推进力。目前,日本邮船已经在4艘船中安装了“MT-FAST”,并进行了试验,得出了通过安装“MT-FAST”可以实现5%CO2减排效果的结论。
同时,为了大幅减少CO2排放,日本邮船还计划从柴油发动机过渡到燃料电池。“日本邮船超级环保船2030”通过用燃料电池替换柴油发动机,预计可以实现32%的CO2减排。
通常驱动8万吨集装箱船至少需要64兆瓦的能源。用蓄电池供给这些能源极其困难。为此,“日本邮船超级环保船2030”正考虑搭载类似火力发电站发电能力的“固体氧化物燃料电池(SOFC)”。
但是,与陆地不同,在船内装置燃料电池必须考虑摇晃、浸水、盐分等因素。尤其是耐振性在安全上非常重要。为此,日本邮船计划开始着手研发专用于海上的燃料电池。
此外,还通过引入超导电机等多种技术,预计“日本邮船超级环保船2030”总共可以实现69%的CO2减排。或许,十多年后“日本邮船超级环保船 2030”将会真的在大海上扬帆行驶。
无需“压载”有助于轻量化
另一方面,结构上的调整使得无须减少可装载的集装箱数。由于降低了船的高度,扩展了船体的宽度,可以横向摆放更多的集装箱。
由于通常的集装箱船是将集装箱从上到下摆放,总是需要不断增加船体高度。但是,船体越高,重心随之上升,就会不稳定。为此,需要在船底预备被称为“压载”的重量,取得重力与浮力的平衡。
集装箱船通常是在船底充满海水进行压载。在出发港口充填海水,在到达港口排出。可是最近许多港口开始重视这些排放的海水对当地生态的影响问题。
而如果能够降低船的高度,就无需配备压载。既可以减轻船体重量,又可以降低船底空间。