كيف تُحسّن تقنية WindWings® كفاءة استهلاك الطاقة في السفن

يتعين على شركات الشحن إعادة النظر في كيفية نقل سفنها بسبب تشديد قوانين الانبعاثات وارتفاع تكاليف الوقود. ولحل هذه المشكلة، أجنحة الرياح® تستخدم هذه التقنية أنظمة أشرعة صلبة متطورة لتسخير طاقة الرياح، مما يوفر كميات كبيرة من الوقود مع الحفاظ على حرية التشغيل. يحوّل تصميم الجناح الفريد ثلاثي العناصر الرياح الطبيعية إلى طاقة، مما يقلل الحاجة إلى المحرك الرئيسي ويخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بشكل ملحوظ. وقد اختبرت مؤسسة DNV خيار الدفع بمساعدة الرياح هذا، وأثبتت فعاليته على طرق التجارة العالمية. فهو يمنح شركات الشحن وسيلةً للالتزام باللوائح وتحقيق الربح دون المساس بالموثوقية.

فهم تحديات كفاءة الطاقة في الشحن الحديث

تتعرض السفن التجارية لضغوط متزايدة من جهات عديدة. تُعدّ تكاليف الوقود أعلى تكلفة عملية يتحملها مالكو السفن؛ إذ قد تصل إلى 60% من ميزانية الرحلة، وذلك بحسب المسار ونوع السفينة. وعندما ترتفع أسعار الوقود فجأة، تتبدد الأرباح بين عشية وضحاها.

في الوقت نفسه، تزداد الأنظمة القانونية صرامة. باتت نتائج مؤشر كثافة الكربون (CII) الصادر عن المنظمة البحرية الدولية (IMO) تؤثر بشكل مباشر على إمكانية استئجار السفن. تُعاقب السفن الحاصلة على تصنيف D أو E في السوق، ويتزايد إقبال المستأجرين على البحث عن سفن ذات سجلات بيئية جيدة. ويزيد مؤشر كفاءة الطاقة للسفن القائمة (EEXI) من تفاقم هذه المشاكل، مما يستدعي اتخاذ إجراءات سريعة بدلاً من التقدم البطيء.

التدابير التقليدية للكفاءة لا تفي بالغرض

لا تُجدي الطرق التقليدية لخفض استهلاك الوقود نفعًا كبيرًا. إذ تتآكل طبقات حماية الهيكل في غضون أشهر قليلة. كما أن تنظيف المراوح لا يُحقق سوى فوائد طفيفة. وعند تخفيض قدرة المحرك، تتأثر السرعة وثبات السفينة سلبًا. ويُصاب المستأجرون بالإحباط من بطء الغليان، مما يُؤثر سلبًا على خطوط الإمداد. وتواجه ناقلات المواد الكيميائية وسفن الشحن السائبة من فئة نيوكاسلماكس وناقلات LR2 المشكلة نفسها: فهي بحاجة إلى خفض استهلاكها للوقود بشكل ملحوظ دون الإضرار بقدرتها على ممارسة أعمالها أو تكبّد تكاليف باهظة للصيانة.

يحتاج مديرو الأساطيل إلى حلول تتكامل بسلاسة مع سفنهم الحالية، ولا تستغرق وقتًا طويلاً في التنفيذ، وتُحقق لهم عائدًا ماليًا سريعًا يُغطي تكلفة رأس المال. وعندما ينظر مديرو المشتريات في عمليات التحديث، فإنهم يبحثون عن تقنيات مجرّبة وموثوقة، مدعومة بموافقة هيئة التصنيف وبيانات عملية واقعية. ولا يرغبون في استخدام أفكار جديدة تُحمّل مالكي السفن المخاطر.

ما هو WindWings® وكيف يعمل؟

مع أجنحة الرياح®يتم الدفع البحري بطريقة مختلفة تمامًا. يستخدم هذا النظام أشرعة جناح صلبة تعمل كأجنحة الطائرات، مثبتة عموديًا على سطح السفينة. وقد طُوّر هذا النظام من قِبل شركة BAR Technologies، الشركة الرائدة في تصميم السفن والتي تقف وراء الابتكارات في سباقات كأس أمريكا، وذلك بالتعاون مع فرق هندسية بحرية متميزة.

يختلف ارتفاع كل جناح باختلاف نوع السفينة، ويتراوح بين 20 و37.5 مترًا. يعتمد التصميم ثلاثي الأجزاء، المكون من جزء رئيسي وجناحين متحركين على كل جانب، على الديناميكا الهوائية لتوليد قوة الرفع. وبفضل قوة المحرك الرئيسي، يُولّد سطح الجناح المنحني قوة دفع أمامية عند مرور الرياح فوقه.

تعمل الأتمتة الذكية على تحسين الأداء

ما يميز هذه التقنية عن أنظمة الإبحار القديمة هو استخدام الروبوتات المتقدمة. إذ تقوم أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن السفينة بفحص حالة البحر وسرعة الرياح واتجاهها ومسار السفينة باستمرار. وبعشرات المرات في الدقيقة، يقوم برنامج متخصص بحساب أفضل زاوية وانحناء للجناح، ثم يضبط المحركات الهيدروليكية للحفاظ على أداء الطائرة الأمثل.

خلال العمليات الاعتيادية، لا يحتاج الطاقم إلى بذل جهد كبير. تبدو لوحة التحكم كرافعة سطح عادية اعتاد البحارة التجاريون استخدامها. عند الاقتراب من ميناء أو عبور بحار ضيقة، يمكن طي الأجنحة بشكل مسطح على سطح السفينة في دقائق. هذا يوفر مساحة لمعدات مناولة البضائع ويضمن قدرة السفينة على المرور بأمان تحت الجسور.

تُجدي هذه الطريقة نفعاً في ظروف متنوعة. فعندما تكون الرياح مواتية، يُقلل توليد الدفع بشكل كبير من كمية الوقود المُستهلكة. وعندما يكون اتجاه الرياح غير مواتٍ، تُطوى الأجنحة لتقليل مقاومة الهواء. وفي الأحوال الجوية القاسية، تُبقي إجراءات السلامة الآلية الأجنحة في وضعها المطوي لحماية الهيكل دون أي تدخل من الطاقم.

يمكن تركيب هذه الأنظمة على جميع أنواع السفن. تضع سفن الشحن السائبة أجنحتها بين عنابر الشحن بحيث يمكن استخدام أغطية الفتحات. تربط ناقلات النفط الأنظمة مع الحفاظ على مناطق الأمان والأنشطة على سطح السفينة. تُعدّ التركيبات المُجهزة للرحلات القصيرة والزيارات المتكررة للموانئ مناسبة لشركات العبّارات.

الفوائد الرئيسية لتقنية WindWings® لتحسين كفاءة استهلاك الطاقة في السفن

إن اعتماد تقنية الدفع بمساعدة الرياح له فوائد عديدة تحل بشكل مباشر أهم المشكلات في السفن التجارية.

توفير كبير في استهلاك الوقود وخفض التكاليف

تُظهر بيانات التشغيل الواقعية إمكانية خفض استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 30% على المسارات المُحسّنة ذات أنماط الرياح المواتية. وفي مجموعة واسعة من الحالات، تتراوح نسبة التوفير بين 20% و25%. ويُؤدي انخفاض استهلاك الوقود بنسبة 20% إلى توفير ثمانية أطنان يوميًا لسفينة شحن سائبة من طراز نيوكاسلماكس تستهلك 40 طنًا من الوقود يوميًا. وبسعر الوقود البحري الحالي، يُمكن للسفن التي تعمل لأكثر من 300 يوم في السنة أن تُوفّر بسهولة أكثر من سبعة أرقام سنويًا.

تعني هذه الوفورات أن الاستثمار سيؤتي ثماره سريعًا. فمعظم الأنظمة تسترد تكلفتها في غضون ثلاث إلى خمس سنوات، وسيتقلص هذا الإطار الزمني أكثر مع تطور أساليب تسعير الكربون. وحاليًا، يُعدّ النقل البحري جزءًا من نظام الاتحاد الأوروبي لتجارة الانبعاثات، ما يعني أن كل طن من ثاني أكسيد الكربون يتم خفضه أصبح له قيمة مالية. أجنحة الرياح® تُساهم التكنولوجيا في خفض التلوث بأكثر من خمسة أطنان لكل جناح يومياً في المواقع الكبيرة. وهذا له تأثير كبير على الالتزام بالمعايير ويتجاوز مجرد توفير الوقود.

الامتثال التنظيمي وتحسين مؤشر الأداء الرئيسي

تتحسن تصنيفات مؤشرات كثافة الكربون فور تركيبها. إذ يُقلل دفع الأشرعة ذات الأجنحة الصلبة بشكل مباشر من كمية الوقود المُستهلكة لكل وحدة نقل، وهو ما يقيسه مؤشر كثافة الكربون. ويمكن للسفن التي تقترب من تصنيفات D أو E أن تتحسن إلى تصنيفات B أو C، مما يُبقيها في سوق التأجير ويُجنبها دفع تكاليف حدود التشغيل الباهظة.

كما يُصبح الالتزام بقواعد EEXI أسهل. فبدلاً من خفض سرعة المحركات أو دفع غرامات السرعة، يستخدم المشغلون طاقة الرياح الإضافية للحفاظ على سرعات الخدمة ثابتة مع الالتزام بمعايير الكفاءة. تضمن هذه الطريقة موثوقية الجداول الزمنية، ورضا العملاء، وتفي بالمتطلبات القانونية.

الموثوقية التشغيلية وطول العمر

تُستخدم مواد فولاذية عالية الجودة ومواد مركبة بحرية، خضعت لاختبارات في ظروف بحرية قاسية، لصنع أجنحة تدوم حتى 25 عامًا. تحاكي اختبارات الإجهاد الهيكلي عقودًا من الأحمال المتكررة، مما يضمن عدم انفصال طبقات الهيكل أو انكساره تحت الضغط. كما تُثبت مقاومة التآكل في بيئات المياه المالحة القاسية من خلال اختبارات رش الملح.

لا تزال احتياجات الصيانة منخفضة نسبيًا. تعمل الأنظمة الهيدروليكية بنفس طريقة عمل الأجهزة البحرية الأخرى. تم دمج أنظمة احتياطية وإجراءات دعم في إلكترونيات التحكم. تساهم اتفاقيات الخدمة طويلة الأجل في جعل تكاليف الإصلاح أكثر قابلية للتنبؤ، وتضمن استمرار العمليات بسلاسة قدر الإمكان.

تزيد قابلية النقل من قيمتها. فمع تغير المجموعات، يمكن نقل الأجنحة من سفينة إلى أخرى. وهذا يحمي قيمة الأصول ويوسع نطاق العائد على الاستثمار ليشمل ما هو أبعد من سفينة واحدة. وتلاحظ أحواض بناء السفن وشركات التصميم أن الطاقة المُعززة بالرياح أصبحت من المعدات القياسية لبناء السفن الجديدة المُجهزة للمستقبل بشكل متزايد. وهذا يجعل حمولة السفن المُجهزة أكثر قيمة عند بيعها.

مقارنة WindWings® مع حلول الطاقة التقليدية والبديلة

عند تقييم تقنيات المساعدة في توليد الطاقة، من الأهمية بمكان معرفة كيفية عملها في الحياة الواقعية أكثر من معرفة ما يمكنها فعله نظرياً.

مزايا مقارنة بالأشرعة الدوارة والأشرعة التقليدية

بفضل تأثير ماغنوس، تحتاج الأشرعة الدوارة إلى مدخلات طاقة ثابتة لتوليد قوة الدفع. أجنحة الرياح® تُولّد الأشرعة الصلبة قوة دفع صامتة بفضل الرفع الديناميكي الهوائي؛ فهي لا تحتاج إلى طاقة إلا لتحريكها. هذا الاختلاف مهم عند تعطل الآلات أو انقطاع التيار الكهربائي.

تتطلب الأشرعة المرنة التقليدية الكثير من معدات سطح السفينة والآلات وخبرة الطاقم التي لا تتوفر في سفن الأعمال. أما اليوم، فلا يوجد على السفن سوى فريق صغير مدرب على مناولة البضائع بدلاً من الأشرعة. لم تعد هذه المهارات ضرورية إطلاقاً مع استخدام الروبوتات ذات الأجنحة الصلبة.

تختلف صعوبة الصيانة اختلافًا كبيرًا. فالتآكل والتلف الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية يجعلان الأشرعة المرنة بحاجة إلى استبدال متكرر. أما الأشرعة الدوارة فتستخدم أجزاءً دوارة قد تعاني من مشاكل في محاملها ومحركاتها. بينما تحتوي الأجنحة الصلبة على عدد أقل من الأجزاء المتحركة، وتستخدم أجزاءً هيدروليكية صناعية عالية الجودة، سبق استخدامها بنجاح في معدات سطح السفن الحربية.

اتساق الأداء عبر مختلف الظروف

يمكن للشاشات الشمسية توفير طاقة إضافية، لكنها لا تُولّد قوة دفع مباشرة للحركة. أنظمة البطاريات أثقل وزنًا ولا تتسع لكمية كبيرة من الوقود للرحلات البحرية الطويلة. خلايا وقود الهيدروجين لا تزال باهظة الثمن وتفتقر إلى مرافق التزود بالوقود. الحركة بمساعدة الرياح فعّالة حتى في حال تعذّر كل هذه الأمور.

تتميز خطوط التجارة التي تمر عبر مناطق الرياح القوية، مثل شحنات خام الحديد من البرازيل إلى الصين أو خدمات نقل الحاويات عبر المحيط الأطلسي، بوجود الرياح بشكل دائم. ويقوم برنامج توجيه مصمم خصيصًا للسفن التي تعمل بمساعدة الرياح بتحديد أفضل مسار لتخطيط الرحلة بحيث تستفيد السفينة من أقصى قدر من الرياح دون الابتعاد كثيرًا. وتتيح الأدوات الإلكترونية لفرق العمل على الشاطئ وأفراد الطاقم على متن السفينة معرفة كمية الوقود التي يمكن توفيرها وأفضل مسار ممكن.

اعتبارات الشراء لـ WindWings®

إن اتخاذ خيارات مسؤولة بشأن المشتريات يعني النظر في ما يمكن أن يفعله المورد، ومقدار التكلفة التي سيتكبدها بمرور الوقت، وكيفية تقليل المخاطر.

إصدار الشهادات وضمان الجودة

يضمن الحصول على موافقة هيئة تصنيف مثل DNV أو لويدز ريجستر أو بيرو فيريتاس أو هيئة التصنيف الصينية صحة مواصفات الهيكل وأنظمة السلامة وأداء السفينة. وتُظهر وثائق الموافقة على النوع أن التصاميم تستوفي معايير السلامة البحرية الصارمة لضمان السلامة في البحر والتأمين.

يضمن الحصول على المواد الخام من مصادر حاصلة على شهادة الأيزو جودةً منتظمة. ويتأكد اختبار الموافقة في المصنع من سلامة النظام قبل شحنه. وتتبع عملية التركيب إجراءات محددة، ويتأكد مفتشو التصنيف من إتمام عملية البناء والتكامل بشكل صحيح على متن السفينة.

دعم التركيب والتكامل

قبل كل عملية تركيب، تُجرى دراسة توافقية لفحص الاحتياجات الهيكلية، والتكامل الكهربائي، والآثار العملية. وتعمل فرق الهندسة بتعاون وثيق مع مالكي السفن ومشغليها لتقليل وقت التوقف إلى أدنى حد، والتأكد من توافق جداول التركيب مع أوقات الإصلاح والصيانة في الأحواض الجافة.

تشمل خدمات التكامل الشاملة تعزيز الهيكل، وتركيب النظام الهيدروليكي، والوصلات الكهربائية، وإعداد البرامج، وتدريب الطاقم. ويحصل بناة السفن الجدد على المساعدة في عملية التخطيط لضمان تناسق الأجنحة تمامًا مع باقي هيكل السفينة بدءًا من العارضة الأمامية.

خاتمة

فيما يتعلق بشحن البضائع التجارية، تتطلب مشاكل كفاءة الطاقة حلولاً واقعية تُحقق نتائج ملموسة دون التأثير على سير العمل. وهذا بالضبط ما أجنحة الرياح® توفر تقنية الأشرعة ذات الأجنحة الصلبة مزايا عديدة، منها: توفير كبير في استهلاك الوقود، والتزام أفضل باللوائح، وموثوقية مثبتة على جميع أنواع السفن. وتؤكد بيانات الأداء الموثقة من سفن عاملة حول العالم تقديرات التوفير، كما تضمن شهادات هيئات التصنيف سلامة الأنظمة وإمكانية التأمين عليها. عندما يبحث مديرو المشتريات عن سبل لخفض انبعاثات الكربون، يوفر النقل بمساعدة الرياح باستخدام WindWings® عائدًا سريعًا على الاستثمار، ووقت توقف قصير، وحماية من ارتفاع تكاليف الوقود وأسعار الكربون. هذه التقنية ناضجة، وقد تم اختبارها وإثبات فعاليتها في الواقع العملي. وهذا ما يجعل WindWings® حجر الزاوية في النقل البحري المستدام، وليس مجرد خيار جديد.

الأسئلة الشائعة

1. كيف يكون أداء الأشرعة ذات الأجنحة الصلبة أثناء العواصف؟

تراقب أنظمة الكاميرات المتطورة باستمرار أحوال الرياح. وعندما ترتفع سرعة الرياح، تقوم أنظمة آلية بتدوير الأجنحة لمواءمتها مع تدفق الهواء، مما يقلل من مقاومة الهواء. وعند هبوب رياح عاتية، تنطوي الأجنحة بشكل كامل على سطح السفينة، لحماية الهيكل دون أي تدخل من الطاقم. وتضمن وحدات الطاقة الهيدروليكية الاحتياطية استمرار عمل النظام حتى في حال انقطاع التيار الكهربائي.

2. هل ستؤثر الأجنحة على عمليات الشحن؟

بوضعها بعناية بين عنابر الأمتعة، يظل غطاء الفتحة قابلاً للوصول. ويضمن الجهاز الذي يطوي الأجنحة لأسفل خلوها تمامًا من معدات التحميل والرافعات والملقط. وقد عملت السفن المزودة بهذه التقنية في أكثر من عشرين ميناءً رئيسيًا حول العالم دون أي مشاكل، مما يدل على توافقها مع طرق مناولة البضائع المعتادة.

3. ما هو العائد المتوقع على الاستثمار من قبل المشغلين؟

تتراوح فترة استرداد الاستثمار عادةً بين ثلاث وخمس سنوات، ولكنها قد تطول أو تقصر تبعًا لأسعار الوقود، وخصائص المسار، والتعرض لتسعير الكربون. إن توفير 1.6 طن من الوقود يوميًا لكل جناح، وهو ما قد يكون منخفضًا جدًا بالنسبة للمواقع الكبيرة، يُحقق مبلغًا كبيرًا سنويًا. إن زيادة ضريبة الكربون وتشديد معايير معهد التأمين المعتمد (CII) سيزيد من الفوائد النقدية بما يتجاوز خفض تكلفة الوقود بشكل مباشر.

دعم دورة حياة المنتج ومراقبة الأداء

تراقب أنظمة التتبع المدعومة بتقنية إنترنت الأشياء أداء الأجنحة باستمرار، وترسل معلومات إلى فرق الصيانة على الشاطئ حول قوة الدفع، وتوفير الوقود، وحالة النظام. وتكتشف خوارزميات الصيانة التنبؤية المشاكل قبل حدوث الأعطال، مما يُسهّل عمليات الإصلاح خلال زيارات الموانئ المخطط لها بدلاً من التسبب في توقفات غير متوقعة.

تشمل باقات الخدمة الشاملة الصيانة الدورية طويلة الأمد، وتوفير قطع الغيار، وتقديم الدعم الفني المتخصص في جميع أنحاء العالم. ويضمن إنشاء شبكات الخدمة في أكثر الموانئ ازدحامًا في العالم معالجة المشكلات بسرعة، مما يحافظ على سير العمليات بسلاسة ويحمي قيمة الاستثمارات.

تُضيف شركة CM Energy عقودًا من الخبرة في مجال الأدوات البحرية إلى تطبيق الدفع بمساعدة الرياح. نحن نُدرك تمامًا التحديات التي تواجهها سفن الأعمال، إذ قمنا ببيع أكثر من 350 رافعة سطحية حول العالم، وساعدنا أكثر من 180 منصة رفع ذاتية في تجهيزها بمعدات الرفع. نلتزم بالأفكار الجديدة، كما يتضح من براءات اختراعنا الـ 159 المُعتمدة، والتي تشمل براءات اختراع تُغطي تقنيات بالغة الأهمية. CM Energy هي شركة رائدة في مجالها. أجنحة الرياح® بائع متخصص في حلول الملاحة البحرية الصديقة للبيئة. يقدم خدمات تكامل شاملة، بدءًا من تحديد مدى توافق الأنظمة في البداية، وصولًا إلى التركيب والتشغيل والدعم طوال دورة حياة السفينة. تضمن فرقنا التقنية عمل أنظمة الأجنحة الصلبة بكفاءة عالية مع الحفاظ على مرونة عمليات السفينة. إذا كان مالك السفينة يبحث عن شريك موثوق يساعده على تلبية متطلبات CII وخفض تكاليف الوقود، فيمكنه التواصل مع خبراء حلول الملاحة البحرية لدينا عبر البريد الإلكتروني. info.cn@cm-energy.com للتحدث عن احتياجات سفنهم الفردية والجداول الزمنية للمشاريع. نقوم بوضع خطط مخصصة لسفن الشحن السائبة وناقلات النفط وأساطيل الشحن التجاري حول العالم، والتي تتناول مشاكل التحديث ودمج السفن الجديدة.

مراجع حسابات

1. المنظمة البحرية الدولية، "الدراسة الرابعة للمنظمة البحرية الدولية حول غازات الاحتباس الحراري 2020: ملخص تنفيذي"، منشورات المنظمة البحرية الدولية، 2021.

2. سميث، تي دبليو بي، وآخرون، "دفع السفن بمساعدة الرياح: مطابقة التكنولوجيا للعمليات"، مجلة الهندسة البحرية والتكنولوجيا، المجلد 19، 2020.

3. DNV GL، "تقييم أنواع الوقود والتقنيات البديلة المختارة"، التقرير الفني البحري DNV، 2019.

4. لويدز ريجستر و UMAS، "سفن بدون انبعاثات 2030: كيف نصل إلى هناك؟"، منشورات لويدز ريجستر البحرية، 2019.

5. بومان، إي إيه، وآخرون، "أحدث التقنيات والتدابير والإمكانات للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الشحن البحري"، بحث النقل الجزء د: النقل والبيئة، المجلد 52، 2017.

6. رحمت الله، ن. وسميث، ت.، "عوائق أمام الشحن الموفر للطاقة ومنخفض الكربون"، مجلة هندسة المحيطات، المجلد 110، الجزء ب، 2015.