当风力涡轮机工程师面临运输问题时
工程师是一群实际的思考者。当他们遇到问题时,他们将其视为必须利用应用科学的强大力量来解决的挑战。
几年前,组成德国领先的风力发电机制造商Enercon管理层的工程师遇到了这样的挑战。每次他们不得不跨海运输风力涡轮机部件以向客户提供清洁能源解决方案时,他们都面临着标准化货运单元根本无法匹配其产品尺寸的问题。这意味着他们必须支付比其风力涡轮机部件实际所需的货舱空间大得多的货物空间。最重要的是,化石燃料价格持续上涨,这种不可阻挡的趋势将在未来几十年内增加所有运输的运输成本。
但是,运输成本是任何项目的全部获利能力计算的一部分。因此,当投资者为其项目选择合适的风力发电机时,它们在投资者的决策过程中也将发挥重要作用。德国中型企业以其全球出口导向,长期业务战略以及对控制价值链中尽可能多的部分的痴迷而闻名。以这种思维方式,上述“挑战”的解决方案显而易见—为了使Enercon风力涡轮机在全球范围内更具竞争力,他们必须建造和运营自己的货船。
丢弃20世纪的工程奇迹
每个孩子都知道,人类数百年来一直使用100%的风力船在七个海洋中航行。因此,开发自己的货船的风力涡轮机制造商想要以某种方式利用风力作为推进手段是不言而喻的。工程上的挑战是找到一种方法,使古老的航行概念适应21世纪货运的要求。简而言之:现代帆船必须可靠,不能占用大量人力,并且必须以有意义的方式表现出众。
为了解决这个问题,Enercon工程师接受了1920年代初德国工程师和发明家安东·弗莱特纳(Anton Flettner)提出的“旋翼飞船”的概念。Flettner利用“马格努斯效应”设计了帆船的非常规推进概念。“马格努斯效应”是一种现象,在该现象中,旋转的物体在流体中飞行会在其自身周围形成流体漩涡,并承受垂直于运动线的力。对于转轮船,旋转的物体是巨大的金属圆柱体,而“流体”就是风。所产生的力被用来为船舶提供推进力。
第一架转子飞船“ Buckau”
1924年,建造了第一艘实验用旋翼船。1925年2月,“巴考”号从现代波兰的但泽(Danzig)出发,首次跨北海航行到苏格兰。破土船的两个“弗莱特纳旋翼”即使在最恶劣的天气条件下也能正常工作,并且比传统帆有效得多。
一年后,弗莱特纳(Flettner)的旋翼船横越大西洋,经南美航行至美国。当它到达纽约时,引起了极大的轰动,旋翼飞船被证明是一项技术上的成功。几个月后,第二艘船用“ Flettner-Rotors”号建造。这次是一艘长90米的货船,名为“芭芭拉”。它由魏玛德国海军在地中海进行了试航,并获得了积极的评价,并且没有任何问题。据该船的船长说,这艘货船的3架Flettner-Rotors产生了高达600 hp的额外动力,并且在航行过程中有30-40%的时间可用。考虑到该船的常规发动机的功率为1100 hp,即提高了54%!(图片来源)
1927年的“芭芭拉”货船
尽管获得了如此积极的评价并取得了绝对的技术成功,但“非常规航行”的想法并没有取得商业成功,与传统的以化石燃料为动力的海军舰船相比,该概念被认为效率低下。1933年,“旋翼飞船”从海上消失了,安东·弗莱特纳将注意力转向了其他项目。后来他成为航空工程的先驱,并开发了第一批可批量生产的直升机,即Fl-282 Kolibri(蜂鸟),该飞机于1942年在第二次世界大战期间为德国军队建造。
80年后—新的起点,网上商店1
在第一批旋翼船成功地将“帆”设置为穿越海洋的八十多年之后,效率的范式发生了变化。能源效率和可持续性是新的基准,越来越多地定义了我们对事物如何实现其目的才能被称为效率的理解。在这些基准指导设计过程的过程中,Enercon建造了21世纪的第一艘商业旋翼船“ E-Ship 1”。
埃姆登(Emden)的E-Ship 1(Carschten摄影—维基百科来源)
Enercon在风电工程领域拥有20多年的经验,设计了空气动力学船体,用于常规柴电推进系统的新型高效螺旋桨,带有自动控制系统的现代Flettner旋翼以及特殊的超大型转向舵,需要将“帆”的轨迹转换为所需的前进运动。
能源效率是船舶设计的指导原则,为主推进器的两个螺旋桨提供动力的柴油发动机的废气不会浪费。炽热的废气为一台现代化的西门子蒸汽轮机提供动力,从而产生额外的电力。电能用来旋转四个Flettner-Rotor,每个转子高27米,直径为4米。这种现代的水手设计使这艘123米长的货船的油耗降低了30-40%。
该船于2010年8月进行了首次航行,载有9台涡轮机,用于从埃姆登到爱尔兰都柏林的Castledockrell风力发电场。今天,它定期向世界各地运送风力涡轮机。据船舶追踪网站称,几天前,“ E-Ship 1”号刚从佛得角群岛离开了非洲海岸。
还有一个有趣的事实:这是第一艘利用发动机多余热量来冷却船体内部的船,只是多了一点,以防在日益昂贵的汽油上节省40%的燃料不足以设定新的标准。
E-Ship 1-二十一世纪的最佳航行!
上图:风门的未组装零件
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