Wetenschap: De comeback van windenergie in de scheepvaart

De WASP-technologie lijkt een veelbelovende oplossing te zijn om de decarbonisatie-inspanningen van de scheepvaartindustrie te versnellen, stelt een groep wetenschappers in een artikel op Research-Gate.

Het artikel “A Comeback of Wind Power in Shipping: An Economic and Operational Review on the Wind-Assisted Ship Propulsion Technology,” analyseert de resultaten van een groot aantal reizen met schepen die gebruik maken van een vorm van windondersteuning. De auteurs Todd Chou, Vasileios Kosmas, Michele Acciaro en Katharina Renken sommen bovendien de voornaamste factoren op die het succes van windondersteuning beïnvloeden.

Uit de samenvatting:
De WASP-technologie lijkt een veelbelovende oplossing te zijn om de decarbonisatie-inspanningen van de scheepvaartindustrie te versnellen, omdat deze technologie wind gebruikt om een deel van de voortstuwingskracht uit fossiele brandstoffen te vervangen. Dit artikel bespreekt de status quo van de technologische groei van WASP binnen de maritieme transportsector aan de hand van een analyse van secundaire gegevens, presenteert de potentiële implicaties voor brandstofbesparing en identificeert belangrijke factoren die de operationele efficiëntie van de technologie bepalen. Uit de analyse komen drie belangrijke overwegingen naar voren. Ten eerste is er, ondanks het bestaande beperkte aantal WASP-installaties, een veelbelovende trend van verspreiding van de technologie binnen de industrie. Ten tweede kunnen bedrijven brandstofbesparingen realiseren, die variëren afhankelijk van de geïnstalleerde technologie. Ten derde worden deze brandstofbesparingen beïnvloed door milieufactoren, factoren aan boord en commerciële factoren, wat zowel kansen als uitdagingen biedt voor besluitvormers.

Tot 60% besparing gerapporteerd

De onderzoekers analyseerden de resultaten uit verschillende onderzoeken wereldwijd, over schepen met respectievelijk Flettner-rotors, vliegers, rigide en flexibele zeilen, en windturbines.
Met Flettner -rotors worden zeer wisselende resultaten behaald. Op langere reizen vallen die wel aanmerkelijk hoger uit dan op korte routes. Op sommige Atlantische reizen werden resultaten tot 40 en zelfs 50% brandstofbesparing geboekt, maar op kortere oversteken, van bijvoorbeeld het Kanaal, blijven de resultaten onder de 5%.
Vliegers, variërend van 350 tot 500 m², geven met name op Atlantische oversteken, maar ook op kortere trajecten zeer goede resultaten: brandstofbesparingen van 14 – 50% worden gemeld. Alleen op zeer korte trajecten, zoals veerdiensten op het Kanaal bieden vliegers weinig soelaas.
Rigide zeilen, van tussen de 20 en 50 meter hoog, geven ook goede resultaten. Van een 180.000 brt bulkcarrier wordt op het traject Yokohama – Seattle 20–30% besparing gerapporteerd, en van een 10.000 brt chemicaliëntanker tussen Buenos Aires en de Britse westkust 20–60% besparing. Op het laatste traject geven flexibele zeilen (Dyna-rig) op een zelfde soort schip slechts tot 35% besparing.
Het minst veelbelovend zijn windturbines. De gerapporteerde besparingen blijven in alle gevallen onder de 4%.

Windassist sponsor

Energieopbrengst uit wind

De windsnelheid en windrichting zijn twee belangrijke factoren die de brandstofbesparing bepalen. Hoe hoger de windsnelheid, hoe groter de energieopbrengst. Aan de andere kant zijn golfhoogten vaak hoger waar de windsnelheid hoger is, wat een negatieve invloed heeft op de prestaties van schepen. Bij het modelleren van de prestaties van schepen met WASP-technologieën moeten geavanceerdere modellen worden gebruikt die rekening houden met zijwaartse krachten en giermomenten om nauwkeurigere voorspellingen van het brandstofverbruik te krijgen. Wanneer routeoptimalisatie wordt gebruikt, zo stelt een geraadpleegd onderzoek, neemt de brandstofbesparing van de WASP-technologie toe van 14-36% tot 28-53%. Dat neemt nog toe wanneer het schip vrij is om af te wijken van de grootcirkelroute om optimale wind en golven te benutten.

Seizoensverschillen

Seizoensverschillen in brandstofbesparing worden waargenomen in een simulatie-onderzoek, waar Flettner-rotors beter presteren in de winter en een wingsail beter presteert in de zomerperiode. De windsnelheid is in de winter hoger op het noordelijk halfrond, waardoor Flettner-rotors dan grotere brandstofbesparingen kunnen realiseren. Ook blijkt de richting van de reis variaties in brandstofbesparing te veroorzaken. De overheersende west-oost windrichting in de Atlantische Oceaan resulteerde in een significant verschil in brandstofbesparing tussen Baltimore naar Wilhelmshaven (36%) en terug (14%). Langere reizen blijken een lagere variabiliteit in brandstofbesparing te hebben dan korte, en het is waarschijnlijker dat ze grotere brandstofbesparingen mogelijk maken omdat de windsnelheid hoger is in open wateren.

Lees het veel uitgebreidere artikel op ResearchGate.

Windassist sponsor