مع ارتفاع أسعار وقود السفن وتزايد صرامة القوانين البيئية، يواجه مالكو السفن التجارية ضغوطًا أكبر من أي وقت مضى. ومن خلال استخدام طاقة الرياح الطبيعية لدعم محركات السفن الحربية العادية، أنظمة الدفع بالرياح أثبتت هذه التقنيات الجديدة فعاليتها في خفض استهلاك الوقود. وتشمل هذه التقنيات الأشرعة ذات الأجنحة الثابتة، والأشرعة الدوارة، وأنظمة الطائرات الورقية، مما يوفر تكاليف التشغيل ويساعد السفن على تلبية معايير مؤشر كثافة الكربون ومؤشر كفاءة الطاقة للسفن القائمة الصادرين عن المنظمة البحرية الدولية. ويمكن أن يساعد الجمع بين تقنيات مساعدة الرياح ونماذج الطاقة الهجينة مالكي السفن على توفير ما بين 5 إلى 30 بالمائة من الوقود، وذلك بحسب المسار وظروف الرياح.

يُعدّ الدفع بالرياح وسيلة ثورية لتوفير الطاقة في البحر، إذ يستغلّ قوى الرياح الطبيعية لدفع السفينة للأمام، مما يُخفف العبء عن المحركات الرئيسية. وتختلف الأنظمة الحديثة عن السفن الشراعية التقليدية، لاعتمادها على تصاميم ديناميكية هوائية متطورة، وأنظمة تحكم آلية، ومواد مركبة مصممة خصيصاً لنقل البضائع التجارية.
تتعدد الأدوات المتاحة في عالمنا اليوم. تستخدم الأشرعة ذات الأجنحة الصلبة أشكالًا انسيابية منحنية لتوليد قوى رفع تدفع السفن للأمام. أما الأشرعة الدوارة فتستغل تأثير ماغنوس لتوليد قوة دفع عمودية على اتجاه الرياح، وذلك من خلال هياكل أسطوانية دوارة تُنشئ مناطق ضغط مختلفة. بينما تستخدم أنظمة الطائرات الورقية هياكل أجنحة متصلة للتحليق عاليًا في رياح أقوى وأكثر استقرارًا لا تتوفر على سطح السفينة. وتتوافق كل تقنية مع أنواع مختلفة من السفن وطرق استخدامها، مما يتيح لمالكي السفن اختيار الخيارات الأنسب لأسطولهم ومسارات تجارتهم.
تُستخدم أنظمة الدفع بالرياح كمصادر طاقة إضافية في أنظمة الدفع المختلطة. تراقب أنظمة التحكم الآلي باستمرار سرعة الرياح واتجاهها، بالإضافة إلى اتجاه السفينة. ثم تُعدّل زوايا الأشرعة وأشكال تقوسها في الوقت الفعلي للحصول على أقصى قدر من الطاقة. لا تحتاج محركات الديزل إلى بذل جهد كبير عند زيادة طاقتها، مما يسمح للمديرين بتقليل معدلات تدفق الوقود مع الحفاظ على سرعات التشغيل ثابتة. من المهم أن تعمل أنظمة التحكم في نظام الدفع بالرياح وأنظمة إدارة المحرك معًا بسلاسة لضمان توازن الطاقة حتى مع تغير الأحوال الجوية أو متطلبات التشغيل.
يُحقق اعتماد تقنية المساعدة بالرياح فائدتين رئيسيتين. فمن الناحية البيئية، يُساهم كل طن من الوقود المُوفّر في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنحو 3.1 طن من ثاني أكسيد الكربون لكل طن من وقود السفن. وهذا يُساعد على تحقيق أهداف خفض الانبعاثات الكربونية والامتثال للوائح. أما من الناحية الاقتصادية، فتتراكم وفورات الوقود على مدار عمليات السفينة، مما يُؤدي إلى تخفيضات كبيرة في الأسعار، وبالتالي زيادة ربحية الرحلات وتعزيز قدرة السفينة على المنافسة في أسواق الشحن.
من خلال مقارنة الدفع بالرياح بالتقنيات الراسخة والجديدة، تتضح قيمته الفريدة في التحول إلى الطاقة البحرية.
تستهلك محركات الديزل التقليدية نصف كمية الوقود اللازمة تقريبًا، حتى عند تشغيلها بأقصى سرعة. أما أنظمة الدفع بالرياح فلا تستهلك أي وقود، وتُخفّض الحمل على المحرك الرئيسي بنسبة تتراوح بين 5 و30 بالمئة، وذلك بحسب حجم المنشأة وكمية الرياح المتاحة على طول المسار. ولا تُنتج التقنيات البديلة، مثل الخلايا الشمسية، سوى كمية ضئيلة من الكهرباء، وهي عادةً غير كافية لإحداث فرق كبير في وزن سفن الشحن الكبيرة. ولا يُمكن استخدام أنظمة الطاقة بالبطاريات في العبّارات لمسافات طويلة نظرًا لثقل وزنها وعدم قدرتها على تخزين طاقة كافية.
أنظمة الدفع بالرياح تُساهم تقنيات مساعدة الرياح في خفض التلوث بشكل فوري، بما يتناسب مع كمية الوقود المُوفّر، دون الحاجة إلى تغيير نوع الوقود أو تحسين معالجة غازات العادم. وهذا يختلف عن التحول إلى الغاز الطبيعي المسال، الذي يتطلب استثمارات ضخمة وبنية تحتية متطورة، أو عن تركيب أجهزة تنقية الغازات، التي تُقلل من تلوث الكبريت دون التأثير على كثافة الكربون. تُعدّ تقنيات مساعدة الرياح وسيلة مباشرة لتحسين تصنيف السفن وفقًا لمعايير مؤشر التلوث البحري (CII). وهذا يُساعد مالكي السفن على تجنّب الغرامات المفروضة على عدم الالتزام بالقواعد، ويُحافظ على حرية عملهم في جميع أنحاء المناطق التجارية العالمية.
تحتاج محركات الديزل إلى التزييت واستبدال بعض أجزائها وإجراء عمليات صيانة شاملة بشكل دوري. أما أنظمة الدفع بالرياح، فتتميز بأنظمة ميكانيكية أبسط ذات أجزاء متحركة أقل، مما يجعلها أسهل في الصيانة وأكثر كفاءة. يمكن لأنظمة الدفع بالرياح عالية الجودة أن تعمل لأكثر من 25 عامًا، شريطة إجراء فحوصات دورية تشمل الهيكل والأنظمة الهيدروليكية وأجزاء التحكم. وعلى عكس أنظمة تنقية غازات العادم التي تُنتج نفايات تحتاج إلى التخلص منها، فإن أنظمة الدفع بالرياح لا تُنتج أي نفايات أو مواد خام.
تعتمد تكلفة تركيب أنظمة الدفع بالرياح على حجم النظام ومدى سهولة دمجه في المركبة. تتراوح فترة استرداد التكلفة عادةً بين ثلاث وسبع سنوات، ولكنها تتأثر بعوامل مثل أسعار الوقود، وسرعة الرياح، وكيفية إدارة المشروع. وبما أن تشغيل أنظمة الدفع بالرياح لا يتطلب تكاليف وقود، فإن الوفورات تتراكم باستمرار، وتفوق الفوائد الإجمالية على مدى عمر النظام الاستثمار الأولي بكثير. تتوفر خيارات تمويل مختلفة لأصحاب أنظمة الدفع بالرياح، مثل عقود الإيجار التشغيلي والعقود القائمة على الأداء. وتُحسب المدفوعات بناءً على كمية الوقود الموفرة.
لتقليل استهلاك الوقود قدر الإمكان، يجب عليك إيلاء اهتمام دقيق لحجم النظام، وتحسين تدفق الهواء، والتكامل الاستراتيجي للسفن.
يكمن سرّ الدفع الفعال بالرياح في تعظيم نسبة الرفع إلى السحب، وهي المقياس الأساسي للكفاءة الديناميكية الهوائية. تحقق الأشرعة الحديثة ذات الأجنحة الصلبة هذا الهدف من خلال تصميمات متعددة العناصر تُنتج أنماط تدفق هواء متناغمة، مما يمنحها قوة أكبر بكثير من التصميمات أحادية العنصر. يُعد نظام WindWings®، بشراعه الصلب الفريد ثلاثي العناصر، والذي صُمم بالتعاون مع شركة BAR Technologies، مثالًا جيدًا على هذه الطريقة. فمن خلال السماح بتغيير شكل التقوس وزاوية الهجوم باستمرار، يحافظ النظام على أفضل تكوين ديناميكي هوائي حتى مع تغير سرعة الرياح. وقد قامت وحدة Wolfson بفحص أداء النظام بشكل منفصل، وحصل على موافقة DNV.
تُعدّ عملية تحديد حجم النظام عمليةً لمواءمة قدرة توليد الطاقة مع قيود الهيكل واحتياجات نقل البضائع. تجمع الأنظمة الأكبر حجمًا طاقة رياح أكبر، ولكنها تُعرّض الهيكل لمزيد من الضغط، وقد تُصعّب نقل البضائع. عند وضعها بين عنابر شحن سفن البضائع السائبة، تعمل أغطية الفتحات بشكل طبيعي مع تعرّضها لأقصى قدر من الرياح. أثناء عمليات الميناء، تسمح أجهزة الإمالة للأجنحة بالتحرك إلى وضعيات أفقية. وهذا يضمن وجود مساحة كافية لتحميل المعدات ورسوّ آمن.
تُعدّ أنظمة التحكم المتقدمة العنصر الذكي الذي يُحدد مدى كفاءة نظام الدفع بالرياح. تعمل أنظمة المحاذاة الآلية على تحسين اتجاه الأجنحة باستمرار بناءً على زاوية الرياح النسبية، واتجاه السفينة، والسرعة المستهدفة. ويقوم برنامج متخصص بحساب أفضل التوليفات، ويُبلغ عن قوة الدفع في الوقت الفعلي، مما يُمكّن أفراد الطاقم من مراقبة الأداء والتأكد من تحقيق وفورات حقيقية في استهلاك الوقود. وتستخدم أنظمة توجيه الطقس توقعات الرياح لتخطيط الرحلات، وإيجاد المسارات التي تستفيد من الرياح إلى أقصى حد مع الالتزام بالجدول الزمني.
عند دمج الهياكل الفولاذية المستخدمة في بناء السفن مع مركبات الألياف الزجاجية الصناعية، يتم إنشاء مبانٍ متينة قادرة على تحمل الظروف البحرية القاسية. تضمن الأنظمة الهيدروليكية البحرية وأجزاء التحكم طويلة الأمد عمل النظام بكفاءة عالية في نطاق واسع من درجات الحرارة، مع التعرض لرذاذ الملح، وتحت الأحمال المتغيرة. وتُثبت شهادات هيئات التصنيف مثل DNV و Bureau Veritas و Lloyd's Register سلامة الهيكل وكفاءة عمله.
اعتماد أ نظام دفع الرياح يُجري فحصاً شاملاً للتوافق التقني، ومهارات الموردين، واحتياجات المساعدة طوال فترة الاستخدام.
يتعين على فرق المشتريات دراسة خصائص السفن، مثل حجمها، ونوع البضائع التي تنقلها، ومسارات تشغيلها، وكيفية تجهيز معداتها. تُعدّ سفن الشحن السائب وناقلات النفط التي تبحر عبر المحيطات مع رياح تجارية ثابتة خيارات ممتازة لتركيب أنظمة مساعدة الرياح. يجب وضع خزانات المواد الكيميائية بعناية بعيدًا عن مناطق مناولة البضائع والأجزاء الكهربائية غير القابلة للانفجار، نظرًا لوجودها في منطقة خطرة. تتميز سفن الشحن السائب من فئة نيوكاسلماكس وناقلات النفط من فئة LR2 بمساحات سطح واسعة يمكن استخدامها لأنظمة أجنحة متعددة، مما يُسهم في توفير الوقود بشكل كبير.
للعثور على موردين مناسبين، يجب التدقيق في مهاراتهم المهنية، وشهاداتهم الصناعية، وسجل إنجازاتهم السابقة في المشاريع. يتميز الموردون المعتمدون بحصولهم على موافقات من هيئات التصنيف، ونجاحهم في عمليات التركيب المرجعية، وتوفيرهم مجموعة واسعة من خدمات الدعم، مثل تكامل التصميم، ومراقبة التركيب، وتدريب الطاقم، والصيانة الدورية. تمتلك شركة CM Energy خبرة واسعة في مجال المعدات البحرية، بدءًا من تركيب رافعات سطح السفينة وتوريد معدات الحفر حول العالم. كما أنها تتمتع بسجل حافل في بناء أنظمة بحرية معقدة.
تتمثل الخطوة الأولى في تركيب نظام الدفع بالرياح في إجراء دراسة توافق. تتحقق هذه الدراسة من أمور مثل الحاجة إلى تعزيزات هيكلية، وتوفير الكهرباء، وإمكانية العمل مع أنظمة السفن الحالية. قبل تسليم النظام، يخضع لاختبارات قبول في المصنع للتأكد من سلامة عمله. تشمل هذه الاختبارات فحص أجهزة التعشيق الآمنة، وكفاءة نظام التحكم، وأداء المحرك. يتضمن التركيب على متن السفينة تجهيز القاعدة، وتركيب النظام، ودمج الأجزاء الكهربائية، وإجراء اختبارات التشغيل للتأكد من سلامة عمل النظام أثناء الاستخدام.
للحفاظ على فوائد خفض استهلاك الوقود، يجب وضع خطط صيانة دورية تشمل فحص الهيكل، وإصلاح النظام الهيدروليكي، وتحديث نظام التحكم. تُعدّ اتفاقيات الخدمة مفيدة للمشغلين لأنها تتضمن فحوصات دورية، وإمكانية الوصول إلى قطع الغيار، ودعمًا فنيًا متخصصًا. يمكن للفرق العاملة على الأرض استخدام أنظمة التتبع عن بُعد لمراقبة أداء الأنظمة، وتحديد مواعيد الصيانة قبل حدوثها، والتأكد من أن جميع تجهيزات الأسطول تعمل بأقصى كفاءة.
على الرغم من وجود فوائد قوية، إلا أن استخدام الدفع بالرياح ينطوي على مشاكل حقيقية تتطلب عناية فائقة وتخطيطًا استراتيجيًا.
قد يُمثل إضافة ميزات جديدة إلى السفن القديمة تحديًا للمهندسين، إذ يتعين عليهم التأكد من متانة الهيكل وقدرته على تحمل الأحمال على قاعدته، وتمديد كابلات الطاقة الكهربائية والتحكم عبر المناطق المزدحمة، وضمان توافق الميزات الجديدة مع معدات مناولة البضائع القديمة. ونظرًا لقيود الارتفاع في بعض الموانئ، قد يتطلب الأمر تصميمات قابلة للطي أو الإمالة، مما يزيد من تكلفة الآلات وتعقيدها. ولأسباب تتعلق بالاستقرار، يلزم وضع أدلة استقرار جديدة تشمل مساحات أكبر لوزن الجزء العلوي ومقاومة الرياح. ويجب مراجعة هذه الكتيبات واعتمادها من قبل هيئة التصنيف.
قد تكون احتياجات الاستثمار الرأسمالي مكلفة، لا سيما بالنسبة للعاملين المسؤولين عن المعدات القديمة التي تقترب من نهاية عمرها الافتراضي. ويصعب تقدير فترة استرداد التكاليف عند عدم معرفة تكلفة الوقود في المستقبل أو مقدار الضرائب المفروضة على انبعاثات الكربون. لذا، يُعد تحليل السيناريوهات واختبارات الحساسية ضروريين. ونظرًا لحداثة أسواق الدفع بالرياح، لا تتوفر ضمانات أداء أو منتجات تأمين كافية. وهذا يعني أن مالكي السفن يتحملون مخاطر تبني هذه التقنيات.
تتغير القواعد التي تحكم البحار باستمرار. وتسعى المنظمة البحرية الدولية إلى خفض انبعاثات الكربون، وتعمل الحكومات المختلفة على وضع آليات لفرض رسوم على الكربون. أنظمة الدفع بالرياح تتميز هذه التقنيات بقدرتها على التكيف مع الاحتياجات المتغيرة لأنها توفر مسارًا تقنيًا لا يقتصر على أنواع وقود محددة أو تقنيات معينة للتحكم في التلوث. وسيؤدي توحيد طرق اعتماد التصاميم واختبار أدائها إلى تقليل مدة المشاريع وتكاليفها، مما سيسرع من تبنيها في السوق.
تركز الابتكارات الجارية على جعل التكنولوجيا أكثر ذكاءً، وتخفيف وزن الأنظمة باستخدام مواد جديدة، وتحسين دقة توقعات الأداء. وتُهيئ الأنظمة الهجينة التي تجمع بين طاقة الرياح والوقود البديل السفن لمسارات طويلة الأجل لإزالة الكربون تتجاوز عام 2050. وتتيح تقنيات التوأم الرقمي تجربة تكوينات النظام افتراضيًا، مما يسمح بتحسين التصاميم قبل تركيبها فعليًا ويقلل من مخاطر التكامل.
عندما يستخدم مالكو السفن تقنية الدفع بالرياح، فإنهم يوفرون المال فورًا في تكاليف الوقود، مما يجعل تأجير السفن أكثر تنافسية ويحسن اقتصاديات الرحلة. كما أن الأداء البيئي المتميز الذي تم إثباته يجذب أصحاب البضائع المهتمين باستدامة سلسلة التوريد، مما قد يؤدي إلى ارتفاع أسعار الشحن. ومع ازدياد معرفة الشركات بعمليات الدفع بمساعدة الرياح، ستتمكن من تطبيقها على نطاق أوسع مع تشديد القوانين الحكومية وانخفاض تكلفة التكنولوجيا.
في الختام، أثبتت أنظمة الدفع بالرياح قدرتها على تقليل استهلاك الوقود في السفن التجارية من خلال دمج طاقة الرياح الطبيعية بطريقة ذكية. تحل هذه التقنية مشكلات هامة في قطاع النقل البحري، مثل الالتزام باللوائح، والتعامل مع تقلبات أسعار الوقود، والوفاء بالالتزامات البيئية. تستخدم الخيارات الحديثة، مثل نظام الشراع الصلب ثلاثي العناصر WindWings®، ديناميكيات هوائية متطورة، وأنظمة تحكم آلية، وبنية بحرية متينة لتوفير ما يصل إلى 30% من الوقود على الطرق البحرية المواتية. يمكن لمالكي السفن التجارية، بما في ذلك سفن الشحن السائبة وناقلات النفط والسفن المتخصصة، استخدام تقنية الدفع بالرياح في بناء السفن الجديدة وتحديث سفنهم القائمة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال خدمات دورة حياة السفينة الكاملة والتراخيص الصادرة عن هيئات التصنيف. وتساهم القوانين الأكثر صرامة بشأن التلوث، وعدم استقرار أسواق الوقود، وتطور تقنيات الدفع بالرياح، في تعزيز أهمية تبني هذه التقنية.
يعتمد مقدار انخفاض استهلاك الوقود على حجم النظام ونوع السفينة وظروف الرياح على طول المسار. عادةً ما توفر خطوط النقل عبر المحيطات، المعرضة باستمرار للرياح التجارية، ما بين 10 و20 بالمئة سنويًا. ويمكن أن يؤدي الأداء الأمثل على أفضل المسارات إلى خفض التكاليف بنسبة تصل إلى 30 بالمئة، لكن الأنشطة على طول الساحل حيث تتغير أنماط الرياح قد لا توفر سوى القليل. وتراقب أنظمة التتبع المستمر الأداء الفعلي، مما يتيح للعاملين التحقق من التوفير وإيجاد أفضل السبل لإدارة أعمالهم.
تُمثل عمليات التحديث فرصة سوقية كبيرة لأنها تُمكّن المالكين من تحسين حمولة سفنهم الحالية دون الحاجة إلى بناء سفن جديدة. تُحدد الدراسة الإنشائية نوع التعزيزات اللازمة لتحمل الأحمال الأساسية، بينما يضمن المسح الكهربائي وصول الطاقة إلى أنظمة التحكم. ولضمان التكامل الآمن، تُراجع هيئات التصنيف التصاميم وتُجري استطلاعات رأي. وقد نُفذت العديد من عمليات التحديث الناجحة على سفن وناقلات بضائع سائبة تعمل في جميع أنحاء العالم.
في الأنظمة الحديثة، تُؤخذ تأثيرات الاستقرار في الحسبان من خلال دراسات هندسية ووثائق مُحدّثة حول الاستقرار، تُراجعها هيئات التصنيف. ويشمل ذلك وضع أجنحة بين عنابر الشحن لإبقاء فتحات الوصول مفتوحة، وآليات إمالة تسمح للأجنحة بتجاوز معدات مناولة البضائع أثناء عمليات الموانئ. وقد تمكنت سفن الشحن السائبة المزودة بأنظمة دفع بالرياح من التوقف في الموانئ الرئيسية حول العالم دون أي مشاكل أو تأخير في نقل البضائع.
شركة سي إم إنرجي على أتم الاستعداد لمساعدة أسطول مركباتكم على التحول إلى طاقة الرياح المساعدة، التي تتسم بالكفاءة والامتثال القانوني. نحن من الشركات الرائدة في تصنيع... أنظمة الدفع بالرياح ولدينا خبرة واسعة في المعدات البحرية. يستخدم نظام WindWings® الخاص بنا تقنية شراع صلب ثلاثي العناصر حاصلة على براءة اختراع لتوفير ما يصل إلى 30% من الوقود. تشمل خدماتنا المتكاملة التحقق من التوافق، ودمج الأنظمة، والإشراف على عمليات التركيب، وتدريب الأطقم، وتقديم الدعم طوال دورة حياة المنتج باستخدام أدوات تتبع إنترنت الأشياء. منتجات TSC مطابقة لأعلى المعايير البحرية وحاصلة على اعتماد DNV و Bureau Veritas و Lloyd's Register حول العالم. تواصلوا مع فريقنا على info.cn@cm-energy.com للتحدث عن تكوينات الدفع بالرياح المصممة خصيصًا لسفينتك واحتياجاتك التشغيلية.
1. المنظمة البحرية الدولية. (2023). "الدراسة الرابعة للمنظمة البحرية الدولية حول غازات الاحتباس الحراري: التقرير الكامل والملخص التنفيذي". لندن: منشورات المنظمة البحرية الدولية.
2. نيلسن، د.، تراوت، م.، كولر، ج.، ماو، و.، فابر، ج.، وأهدور، س. (2016). "دراسة حول تحليل إمكانيات السوق ومعوقات السوق لتقنيات دفع السفن بالرياح". بروكسل: الوكالة الأوروبية للسلامة البحرية.
3. معتمد من قبل DNV. (2024). "أنظمة الدفع بمساعدة الرياح: التحقق من الأداء وإرشادات التصنيف". هوفيك: قسم التكنولوجيا والبحوث في مجموعة DNV.
4. لويدز ريجستر. (2022). "الدفع بمساعدة الرياح: تقييم التكنولوجيا وتحليل الإطار التنظيمي". لندن: لويدز ريجستر مارين آند أوبريشنز.
5. وحدة وولفسون MTIA. (2023). "تحليل الأداء الديناميكي الهوائي للأشرعة ذات الأجنحة الصلبة متعددة العناصر للسفن التجارية". ساوثهامبتون: كلية الهندسة والعلوم الفيزيائية بجامعة ساوثهامبتون.
6. مكتب فيريتاس. (2024). "مذكرة إرشادية رقم 206: أنظمة الدفع بالرياح على السفن التجارية - التصميم والتركيب والتشغيل". نويي سور سين: قسم العمليات البحرية في مكتب فيريتاس.