”Vi har fått utveckla helt nya beräkningsverktyg”

2020-04-03 06:00  

Utvecklingen av det segeldrivna bilfartyget WPCC har klivit in i en ny fas. Ny Teknik var med när en miniatyrmodell testades i den 260 meter långa släprännan på Chalmers.

Att driva fartyg med hjälp av vindens kraft hör knappast till kategorin ny teknik. Men den uråldriga metoden har fått ett plötsligt uppsving tack vare ökat fokus på utsläpp. Utsläppen från sjöfarten ska minska med hälften till 2050, det är branschorganisationen IMO överens om.

Vi har tidigare berättat om fartygsdesignfirman Wallenius Marine som tillsammans med marinteknikföretaget SSPA och Kungliga tekniska högskolan utvecklar ett koncept för ett bilfraktande segelfartyg, kallat WPCC. Projektet har konstaterat att det är möjligt att frakta omkring 7 000 bilar över Atlanten under förutsättning att farten sänks till cirka 10 knop jämfört med ordinarie 17. Fördelen är en drastisk sänkning av energiåtgången med i storleksordningen 80-90 procent (vindenergin borträknad).

260 meter lång släpränna

Projektet har nu gått in i en ny fas. Ny Teknik var med vid de första modelltesterna av skrovdesignen i SSPA:s så kallade släpränna på Chalmers i Göteborg. Den 260 meter långa, 10 meter breda och 5 meter djupa bassängen utgör ett helt nödvändigt moment i utvecklingsarbetet – som på flera sätt har behövt börja från noll, berättar projektets hydrodynamikexpert Sofia Werner på SSPA.

– Vi har aldrig designat eller utvärderat så här stora segelfartyg. Som i alla designprojekt ställde vi oss frågan: Var börjar vi? Allt hänger ju ihop. Ska vi börja med kölen? Men den beror på riggen. Ska vi i stället börja med riggen? Den beror på kölen... Allt flyter, säger hon.

Läs mer: Möjligt att frakta 7 000 bilar med segelfartyg – om farten sänks

Normalt får SSPA i uppgift att designa ett fartyg som gör en viss fart med en viss maskineffekt. Till sin hjälp har de många års erfarenhet och ett simuleringsverktyg som heter Seaman. Det kan köras som en bryggsimulator (på samma sätt som en flygsimulator) eller på en vanlig dator för att simulera hur fartyget kommer att bete sig i olika situationer. Men eftersom segelfartyg skiljer sig från bränsledrivna fartyg på många punkter fick deltagarna börja med att tillverka nya beräkningsverktyg till Seaman.

– Vi behövde lägga till hur krafter och moment från vingseglen påverkar hela systemet, säger Sofia Werner.

Numeriska strömningsberäkningar

Det löstes genom att utföra numeriska strömningsberäkningar (även kallat CFD, Computational Fluid Dynamics) på vingseglen. En funktion för att kryssa, alltså när segelfartyg inte kan hålla rak kurs mot målet, behövde också tas fram. KTH har dessutom tittat mycket på ruttoptimering med hänsyn till väder.

– Vi har även använt CFD för att undersöka vilka skrovbihang i form av kölar och liknande som kan vara effektiva för ett sådant här fartyg. Här kan vi inte använda oss av gamla tumregler om hur det ”brukar se ut” på en segelbåt, säger Sofia Werner.

Men hur avancerade beräkningsverktyg projektet än utvecklar måste resultaten de genererar förr eller senare testas i någon form av verklighet. Det är precis därför teamet nu inlett modelltesterna i släprännan.

– Framför allt handlar de om att validera beräkningarna och boosta modellerna med rättvisande siffror från experimentet. På så sätt kan vi förfina designen, säger Vendela Santén, projektledare på SSPA.

Suboptimering en risk

Utan tester är risken att teamet suboptimerar designen i något avseende, det vill säga finner en lösning som visserligen är den bästa under vissa antaganden som hade kunnat bli ännu bättre med andra antaganden.

– Vi kanske tror att vi uppnår maximal fart med en viss höjd på riggen men märker sen vid segling att vi måste kompensera för mycket med rodret eftersom sidokrafterna blir för stora. Då har vi inte alls uppnått ett optimum, säger Sofia Werner.

Fartygsmodellen fästs vid en plattform som löper på räls ovanför rännan. Genom att släpa båten genom vattnet och samtidigt mäta vilka krafter som uppstår får teamet värdefull information. Modellen släpas till exempel i sidled med 5 eller 10 grader för att efterliknade hur den hade rört sig genom vattnet om seglen stått för framdriften.

”Våra bedömningar och beräkningar var rimliga”

Ett par veckor efter den första dagens tester i släprännan frågar Ny Teknik hur de har fallit ut. Motsvarar resultaten förväntningarna?

– Ja, det var inga obehagliga överraskningar, våra bedömningar och beräkningar var rimliga så långt, meddelar Sofia Werner.

Forskningsprojektet fortlöper en bit in på 2022. Parallellt undersöker rederiet Wallenius Wilhelmsen hur kraven från de transportköpande företagen ser ut, bland annat vad gäller lägre hastighet. Målet är kommersiell drift redan 2025.

Läs mer: Maersk satsar på elektrifiering – siktar på att bli koldioxidneutrala

Varken Sofia Werner eller Vendela Santén kunde för två år sedan tro att de i dag skulle ägna sig åt utveckling av så här stora segeldrivna fartyg.

– Boomen med segelfartyg har kommit så fort och så starkt. Detta är inte det enda projektet vi nu genomför med vindkraft men de andra handlar främst om att med hjälp från segel minska bränsleåtgången med typiskt 5–10 procent, säger Sofia Werner.

– De ökande kraven från IMO har satt press på branschen. Wallenius Marine har klivit fram för att driva på det här på ett helt nytt sätt. Det är häftigt att se hur det i kombination med att våra myndigheter ser det som en prioriterad fråga gör att vi kan forma ett så här stort forskningsprojekt kring det, säger Vendela Santén.

Vill hjälpa fler ta fram segelfartyg

De hoppas båda att de inblandade aktörerna i projektet har en stark ställning att hjälpa andra rederier ta fram liknande lösningar i framtiden.

– Ingen av oss hade kunnat göra det här själva. Men nu råkar vi ha den här kompetensen samlad i Sverige. När detta är klart tänker vi att hela världen ska kunna beställa segelfartyg från oss, säger Sofia Werner.

Fakta: WPCC

Betyder: Wind-Powered Car Carrier.

Syfte: Forskningsprojekt med målet att ta fram en tekniskt och finansiellt lämplig design av ett vinddrivet fartygskoncept med plats för drygt 6 000 personbilar

Pågår: 2019–2022

Deltagare: SSPA, Wallenius Marine och KTH.

Finansiering: Trafikverket bidrar med 27 miljoner kronor.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt