Wind-powered auxiliary propulsion in cargo ships

Abstract

The maritime transport covers 90 percent of goods in global markets and produces 3 per-cent of global carbon dioxide equivalent emissions. Climate change forces governments to tighten the emission limits and legislation, which sets the pressure on shipyards to find solutions to handle the shipping more efficiently.

Wind power has been used as the main propulsion force until the start of the 20th century. Because of the stricter schedules and more reliable power production, engines surpassed the sails as the main propulsion device. After this the sails or other wind-powered devices have been suggested time to time to give an auxiliary or whole propulsion power. Earlier these were suggested for only money saving, but these days, because of the rising awareness of the climate change, the wind power has started to become a more tempting option to cut the emissions and costs.

Depending on the vessels sailing speed, and on the wind velocity the selected systems could provide between 1 and 44 percent of the required propulsion. Out of the selected systems, the Flettner rotor is providing highest average contribution on the propulsion, kite technology can provide the largest propulsion and the Dynarig sail is averaging both of these systems.

None of the systems can provide the full-required propulsion, but as the EU has set a target on 2050 to cut the emission levels with 40 percent from the 2005’s levels, it is plausible to fulfil these requirements.

Because shipping industry is facing this challenge a rising interest towards the subject is notable. It seems that the industry is still on the data-collecting step and it is unlikely that a rapid change would occur under next decade, but as more and more data is available and few rough edges on the technologies have been grinded off, it is likely that many of these technologies will be seen on use.

Laivoilla kuljetetaan 90 prosenttia kaikista maailman tavaroista. Laivat myös vastaavat noin kolmesta prosentista vuosittaisesta hiilidioksidi ekvivalenteista päästöistä maailmanlaajuisesti. Kiihtyvä ilmastonmuutos on pakottanut hallitukset tiukentamaan päästörajoituksia, mikä on asettanut paineita kuljetusyhtiöille keksiä tehokkaampia tapoja toimittaa tava-rat ajoissa perille.

Tuulivoima eli purjeet toimivat aina 1900-luvun alkuun asti pää-asiallisena voimanlähteenä. Aikataulujen tiukentuessa ja moottoriteknologian kehittyessä, polttomoottorit syrjäyttivät purjeet. Purjeet ovat nousseet aika-ajoin esille, kun öljykriisien aikoina on pohdittu miten pystyttäisiin vähentämään polttoaineen kulutusta. Tällä kertaa mukana yhtälössä on myös ilmastonmuutos ja kasvihuonekaasujen vähentäminen, mikä on tuonut päästöttömille tuuli-voimatekniikoille lisäarvoa.

Aluksen nopeudesta ja tuulennopeudesta riippuen tutkitut tekniikat pystyivät tuottamaan yhden ja 44 prosentin välillä tarvittavasta työntövoimasta. Valituista tekniikoista Flettner roottorilla oli suurin keskiarvoinen tuotto. Leijalla taas oli suurin hetkellinen teho ja siipipurjeet olivat näiden kahden välillä. Mikään valituista tekniikoista ei pystyisi yksin tuottamaan tarvittavaa tehoa, mutta laivausyhtiöiden tavoitellessa tulevia päästörajoja, jotka Euroopan Unioni on asettanut, voivat nämä tekniikat olla avainroolissa. Jokainen tekniikka maksaa itsensä takaisin muutamassa vuodessa.

Laivausyhtiöiden painiessa tiukentuvien päästörajoitusten parissa, positiivista kiinnostusta aihetta kohtaan on selvästi ollut. Useimmat tutkielmat joita tätä lopputyötä varten luettiin oli tehty viimeisen viiden vuoden aikana. Telakoilla on useita projekteja käynnissä, joissa pyritään keräämään tietoa eri tekniikoiden soveltumisesta päästöjen vähentämiseen. On epätodennäköistä, että uusiutuvat energiatekniikat tulevat lyömään läpi nopeasti, mutta mitä enemmän uutta tietoa on saatavilla ja tekniikoista onnistutaan hiomaan pahimmat kauneusvirheet pois, on hyvin todennäköistä, että tulevaisuudessa monet näistä teknologioista ovat arkipäivää laivateollisuudessa.