2026年6月18日

 

• 德國航空航天中心 (DLR) 正在研究現代風力推進系統如何使貨船更節能環保。
• 德國航空航天中心 (DLR) 利用 Odyssa 軟體框架，評估未來航運的各種船舶、帆船和能源系統概念。
• 風力推進系統可以顯著降低船舶的能源需求，並有助於使用氣候友善燃料。
• 重點領域：能源、交通、海事技術

 

在基爾帆船週期間，數百艘帆船競相角逐，風是主要的驅動力。但風的意義遠不止於帆船運動本身。就在基爾，德國航空航天中心（DLR）正在研究如何利用風力發電使未來的貨船更加環保。

現代風力推進系統與幾個世紀前的帆船截然不同。旋翼、翼帆和自動帆系統均基於航空空氣動力學原理，日益被視為航運脫碳的基石。德國航空航天中心（DLR）更進一步：其關注點不僅在於帆本身，更在於將整艘船視為一個能源系統——從船體形狀到電池和氫氣儲存，再到受天氣影響的航線規劃和船上能源生產，無一例外。

德國航空航天中心（DLR）海事技術與推進系統研究所位於基爾和格斯特哈赫特，致力於研究如何最有效地利用風能進行貨運。安妮卡·菲茨是一位專門研究船舶能源系統的工程師，拉爾斯·施密茨是一位船舶設計師，也是風力推進方面的專家，他們都在DLR工作，並在本次採訪中闡述了這一主題。

 

目前商船航行中風力推進的使用是否正在增加？

拉爾斯‧施密茨：是的，我們目前看到明顯的上升趨勢。根據國際風力船舶協會（IWSA）統計，目前已有超過100艘大型船舶採用風力驅動。這比過去六個月增加了25%以上。脫碳壓力日益增大，同時，越來越多的航運公司也意識到風力推進的優勢。風能是一種再生能源，而且就地取材，這使得它對航運業來說極具吸引力。

 

為什麼這項技術現在又重新流行了？

施密茲：情況已經改變。國際航運必須大幅減少排放，而甲醇、氫氣或氨等替代燃料在可預見的未來仍將昂貴且供應有限。風能直接產生的每千瓦時能源都能減少對這些能源載體的需求。同時，風力推進使航運業和整個經濟對全球能源市場的依賴性降低，並增強了抵禦能源價格衝擊的能力。這不僅使其在生態和經濟上具有吸引力，而且在戰略上也極具吸引力。

 

很多人想到風力推進時首先想到的是風帆。然而，德國航空航天中心（DLR）經常將船舶視為一個「整體系統」。這究竟是什麼意思呢？

安妮卡·菲茲：我們把船舶視為一個完整的系統。這包括船體、帆、推進系統、儲能裝置、替代燃料和營運策略。只有當這些部件協同優化時，才能實現顯著的節能效果，並有效利用帆上未用於推進的能量。

 

為什麼船舶不僅要在強風中航行，還要能產生能量？

菲茨：這個問題正是我們Hyro計畫的核心，我們與工業界和科學界的合作夥伴共同進行了這個計畫。我們的想法是利用風帆作為遠洋船舶的主要推進系統。在有利的風況下，風帆產生的推力可以超過達到所需航速所需的推力。

施密茲：這種能量潛力可以透過能量回收加以利用。 Hyro專案研究如何利用水力發電機將船舶螺旋槳運動產生的多餘能量轉化為電能。這些電能可以直接在船上使用，也可以以氫氣的形式儲存。這樣一來，風力不僅可以用於推進，還可以為船舶提供能源。

 

德國航空航天中心（DLR）目前在該領域開展哪些專案？

菲茨： Odyssa 目前是我們最重要的跨機構計畫之一。它是一個軟體框架，使我們能夠分析和評估不同的船舶概念。我們把之前諸如 Hyro 等專案的經驗融入 Odyssa 的開發中。同時，我們也在不斷擴展 Odyssa 的功能，例如，將其納入穩定性考量、安全性、操縱性以及新能源系統的評估等方面。

施密茨：此外，我們正在與產業合作夥伴和研究機構合作，改善風力驅動的性能預測，並正在研究天氣導航和船舶優化的新概念。

 

目前哪些帆系統最具市場潛力？

施密茨：這很大程度上取決於預期用途。旋轉圓柱體、吸力帆和翼帆都適用於現有船舶的改造以及新造船舶。對於改造，我們正在努力實現更大的翼帆——例如，透過增加水動力元件，如方向穩定導鰭或改進型舵。對於新造船舶，像DynaRig這樣的大面積系統很受關注，在這種系統中，桅杆和帆在電腦控制下逆風旋轉。

 

改造現有貨船是減少排放最快的方法嗎？

施密茲：短期來看，確實如此。現有船隊也將服役多年。因此，改造可以發揮重要作用。但從長遠來看，最大的潛力來自於從一開始就設計成風力推進的船舶，並且所有部件都能最佳地協同工作。

 

哪些船舶特別適合風力推進，哪些船舶則較不適合？

施密茲：在有利風況下進行遠洋航行的船舶尤其值得關注。然而，適用性始終取決於具體的作業情況。我們正是利用模擬工具來研究這類問題。並非每艘船舶都能獲得同等的收益，因此，進行全面的評估至關重要。

 

目前風力渦輪機已經在哪些地方使用了？

施密茲：目前已有多個商業應用案例。例如，將阿里安6號運載火箭從歐洲運往法屬圭亞那歐洲太空發射場的貨船「Canopée」就採用了現代化的翼帆。空中巴士也計劃從2026年開始部署一支配備弗萊特納旋翼的新型運輸船隊。這些船隻將在歐洲的生產基地和美國的組裝廠之間運輸飛機零件。此類項目的數量正在穩步增長。

 

在日常使用中，實際的燃油節省量有多大？

菲茨：絕對節能效果很大程度取決於天氣、航線、船舶設計和目標航速。對於已建成的船舶而言，節能5%到30%是常見的。我們的研究表明，當風力推進、能源系統和營運策略得到全面優化時，節能潛力將顯著提升。

施密茲：採用專門開發的船舶設計理念可以達到非常高的節能效果。關鍵在於始終要考慮整個系統。許多航行性能更高的船舶仍然是新船。如何可靠地測量和量化這些節能效果本身也是一個值得研究的課題。

 

單靠風力推進能否達成航運業的氣候目標？

菲茨：可能不會。風力渦輪機更有可能成為未來能源系統的重要組成部分。

施密茨：航運業預計將融合多種技術：風能、電池、氫能和合成燃料。風能有助於顯著降低能源需求。

 

為什麼德國航空航天中心（DLR）在這項研究方面具有特別優勢？

菲茲：我們可以匯集不同學科的專業知識。早在1920年代，位於哥廷根的空氣動力學研究所（AVA，德國航空航天中心的前身）的風洞試驗就為弗萊特納旋翼的研發做出了貢獻。現代風帆的空氣動力學也受惠於航空領域的經驗，同時，我們在能源系統、電池和氫能技術領域也擁有豐富的專業知識。

施密茨：此外，我們在船舶建造和燃料電池及推進系統測試設施方面擁有豐富的專業知識，包括位於基爾新建的實驗室，以及未來將投入使用的浮動實驗室 MODULARIS。這使我們能夠對整個系統進行檢測，而不僅僅是單個組件。

 

展望未來：2040 年商家物流會是什麼樣子？

施密茲：我預期未來借助風力推進的船舶數量將遠超過今日。風力推進將變得越來越普遍——這並非是對過去的倒退，而是一項現代技術。

菲茨：未來的航運業將智慧地結合不同的能源。風能將發揮關鍵作用，因為它資源豐富，並有助於減少對氣候友善燃料的需求。正因如此，現在有系統地開發風能潛力才顯得格外重要。

 

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帆船貨船的概念

德國航空航天中心（DLR）的Odyssa軟體框架能夠透過空氣動力學和流體動力學對風力輔助船舶進行精確優化。這不僅可以減少排放，還能透過降低營運成本，確保航運公司的長期競爭力。