Воздушная смазка корпуса: китайская технология снижает энергопотребление грузовых судов на 5%

Сверхкавитирующие торпеды способны развивать чрезвычайно высокую скорость под водой благодаря газовой полости, которая уменьшает площадь контакта корпуса с водой и, соответственно, гидродинамическое сопротивление. Похожие принципы снижения трения применяются и в других подводных системах. Теперь родственный физический подход используют для повышения энергоэффективности коммерческих судов — правда, вместо крупной газовой полости вокруг движущегося объекта инженеры создают под корпусом корабля слой мелких воздушных пузырьков.

Систему второго поколения Bubble Lubrication System (BLS) разработал Шанхайский научно-исследовательский и проектный институт торгового судостроения (Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, SDARI), входящий в состав Китайской государственной судостроительной корпорации (China State Shipbuilding Corporation). Оборудование установили на новом танкере грузового класса 50 тыс. тонн, предназначенном для перевозки нефтепродуктов и химических веществ. Судно уже приступило к эксплуатации.

По сообщению института от 17 октября, в ходе пятимесячных эксплуатационных испытаний система обеспечила снижение чистого энергопотребления примерно на 5%. Важная деталь: этот показатель учитывает не только выигрыш от уменьшения сопротивления воды, но и затраты электроэнергии на работу компрессоров, подающих воздух под днище. Подробная разбивка результатов испытаний пока не опубликована.

Как воздушные пузырьки уменьшают сопротивление воды

Во время движения судна компрессоры непрерывно нагнетают сжатый воздух через специальные отверстия в днище. Под корпусом формируется слой микропузырьков, который изменяет характер течения воды вблизи обшивки. В результате возникает газожидкостный слой, уменьшающий сопротивление трения между корпусом и водой. Для поддержания заданной скорости главной энергетической установке требуется меньше мощности.

При этом воздушная смазка не означает, что судно движется внутри газовой полости, как сверхкавитирующая торпеда. Речь идёт о другом варианте реализации общего принципа — сокращении гидродинамических потерь за счёт изменения взаимодействия поверхности корпуса с водой.

Подобные системы воздушной смазки уже известны в судостроении. Их эффективность зависит от конструкции днища, площади обрабатываемой поверхности, осадки и режима движения. Международная морская организация (IMO) рассматривает воздушную смазку как одну из технологий снижения сопротивления корпуса и расхода топлива. Однако для получения чистого энергетического выигрыша необходимо, чтобы экономия мощности на движении превышала потребление вспомогательного оборудования.

Автоматизация — главное отличие второго поколения

Предыдущая версия BLS прошла испытания в апреле 2022 года на фидерном контейнеровозе вместимостью 1800 TEU. Уже в следующем месяце началась разработка второго поколения системы. Одной из задач модернизации стал отказ от необходимости вручную регулировать подачу воздуха.

В обновлённой конструкции усовершенствована система воздухоснабжения, призванная снизить энергопотребление компрессоров. Кроме того, внедрены автоматическое управление и цифровой мониторинг. Интеллектуальная система регулирует объём подаваемого воздуха в зависимости от скорости судна и его осадки, а цифровая платформа эксплуатационной поддержки DOSS в реальном времени отслеживает и анализирует показатели энергоэффективности.

По оценке разработчиков, на танкере такого класса, расходующем около 20 тонн топлива в сутки, снижение энергопотребления на 5% может соответствовать экономии примерно одной тонны топлива ежедневно. Важно, что это расчётная оценка на основе типичного суточного расхода, а не непосредственно измеренный результат пятимесячных испытаний.

BLS рассчитана на применение на судах разных типов и, по заявлению института, совместима с энергетическими установками, использующими сжиженный природный газ, электричество, метанол и аммиак. Кроме того, в ближайшее время ожидается завершение строительства и передача заказчику фидерного контейнеровоза вместимостью 3300 TEU, который также будет оснащён системой второго поколения. Разработка прошла оценку и инспекцию итальянского классификационного общества RINA и Китайского классификационного общества.

Пятиметровая экономия энергии на одном судне выглядит умеренной, но для крупного флота даже такой результат может иметь заметный экономический эффект. Вопрос в том, насколько стабильно система будет работать на судах с разной геометрией днища, при изменении скорости, загрузки и погодных условий. Если заявленные показатели подтвердятся на широком спектре маршрутов, воздушная смазка может стать одним из относительно простых способов снизить эксплуатационные расходы без замены основных двигателей. Но насколько далеко можно масштабировать эту технологию, прежде чем затраты на подачу воздуха начнут съедать полученную экономию?