Fyrmastade barken Pamir.

Fotograf: Oljemålning av Håkan Sjöström

Kategori: Miljö

Vinden drar

För 71 år sedan rundades Kap Horn för sista gången av ett segelfartyg i kommersiell lasttrafik. Slutet på en era, ansåg de flesta då. Nu är vinden åter högintressant för framdrift, men det handlar om en helt ny typ av högteknologiska fartyg – inte segelfartygsnostalgi.

Den åländska fyrmastade barken Pamir har gått till sjöfartens historia som det sista segelfartyget i handelsfart som rundat Sydamerikas sydligaste udde Kap Horn. Det skedde den 11 juli 1949 under befäl av den 49-årige sjökaptenen Verner Björkfelt. 

Bara två dygn tidigare hade en annan fyrmastad bark i den åländske redaren Gustaf Eriksons flotta passerat Kap Horn. Det var Passat under befäl av sjökapten Ivar Hägerstrand, en 50-årig sjöbjörn som anses vara den befälhavare med flest Kap Horn-rundningar – hela 39 nämns i litteraturen.

Båda fartygen hade lastat spannmål i Port Victoria, Australien. Det var meningen att de skulle ha avseglat samtidigt mot Queenstown ”for orders”, men en del av besättningen på Passat rymde kort före avgång så att hon försenades med fyra dygn. Under resan mot Kap Horn seglade Passat förbi Pamir och när Passat ankrade på redden utanför Queenstown den 19 september 1949 hade Pamir ännu inte anlänt. Hon anlände till Falmouth först den 2 oktober.

Kapten Hägerstrand och hans besättning vann alltså den sista ”vetekappseglingen” men kapten Björkfelt gick till historien som den befälhavare som för sista gången fört ett seglande handelsfartyg runt Kap Horn.

Vad hände sedan?

Efter 1949 har vinden betraktats mer eller mindre oanvändbar som energikälla för den internationella handelssjöfarten. Däremot har stora segelfartyg fortfarande använts som skolfartyg under den senare hälften av 1900-talet, flera av dem relativt nybyggda.

Kryssningssektorn var först inom vår nutida kommersiella sjöfart med att återetablera ett intresse för segelfartyg. I dag har åtminstone tre kryssningsrederier större segelfartyg i sin flotta.

Wind Surf.

Windstar Sail Cruises i Miami beställde i mitten av 1980-talet nybyggda segelfartyg för kryssningstrafik. Styrelsens ordförande och vice ordförande var före detta nordbor: Karl G. Andrén från Finland och Jacob Stolt-Nielsen från Norge. I flottan ingår i dag segelfartygen Wind Surf, som enligt rederiet är världens största segelfartyg med plats för 350 passagerare, samt de mindre systerfartygen Wind Star och Wind Spirit med 148 passagerares kapacitet.

Svensken Mikael Krafft grundade Star Clippers 1989 och verksamheten inleddes med de nybyggda Star Flyer och Star Clipper. I egenskap av aktiv seglare skissade han själv fartygen med sekelskiftets djupsjöseglare som förebild. I leveransartikeln i Svensk Sjöfarts Tidning nummer 32–33/1991 kan man bland annat läsa:

”Det finns fler kryssningsfartyg i samma storleksklass som Star Flyer men inget av dessa har byggts för att verkligen segla. De är i första hand motordrivna och tar seglen till hjälp, i viss mån för framdriften men kanske mest för marknadsföringen.”

Royal Clipper.

Till rederiets flotta hör även den femmastade fullriggaren Royal Clipper, levererad 2000, som rederiet beskriver som ”det största sanna seglande klipperskeppet”. Royal Clipper tar 227 passagerare

Sea Cloud.

Nordiskt inflytande har det även funnits i rederiet Sea Cloud Cruises genom rederiets förre vd, ålänningen Christer Mörn. Han ledde rederiet bland annat då nybygget Sea Cloud II projekterades och byggdes med leverans 2001. Rederiets flotta består dessutom av veteranen Sea Cloud från 1931. Därtill är den tremastade fullriggaren Sea Cloud Spirit under byggnation.

Ökande intresse

Med IMO:s klimatmål på en halvering av växthusgas-utsläpp inom de närmaste 30 åren har även intresset för vindkraften som kraftkälla för handelsfartyg återuppväckts. SSPA uppger att antalet förfrågningar från rederier ökar och att det gäller såväl vindassistans som framdrift med vindkraft.

Utrustning för vindassistans skapar tilläggskraft för det konventionella framdrivningsmaskineriet. Den teknik som finns på marknaden ger vanligtvis en minskning av bränslekonsumtionen med fem till tio procent.

– Vi räknar med att vi kommer att få uppdrag framöver, så vi behöver bygga upp vår kunskap och våra metoder med simulering och modellförsök så att vi är redo för den anstormning som vi tror kommer, förklarar Sofia Werner, Senior Researcher & Manager Strategic Research Hydrodynamics, på SSPA.

Hon berättar att intresset för lösningar med vindkraft inom fartygskonstruktion fullkomligen exploderat under det senaste året.

– Jag tror att vi kommer att se många nya installationer nästa år, främst vindassisterade. Att bygga ett helt nytt, vinddrivet fartyg är en jättestor ambition, men de flesta redare kan mäkta med att prova en flettner-rotor eller något liknande. Jag tror att de lite mindre projekten, som Viking Grace och Maersk Pelican, känns uppnåeliga för många redare.

En teknik som varit aktuell de senaste åren är flettner-rotorn, eller rotorsegel, som utnyttjar magnuseffekten – ett fysikaliskt fenomen som skapar övertryck på ena sidan och undertryck på andra sidan om en roterande cylinder.

Den första installationen av rotorsegel från Norsepower gjordes på roro-fartyget Estraden.

Den nygamla tekniken har vidareutvecklats av det finländska startup-företaget Norsepower. Pilotprojektet var installation av två rotorsegel på Bores roro-fartyg Estraden, som togs i bruk i full omfattning 2015. Mätningar, som har verifierats av Napa, visar att fartygets bränsleförbrukning har reducerats med drygt sex procent. Betydligt mer publicitet fick det 24 meter höga rotorsegel som installerades på Viking Lines bil- och passagerarfärja Viking Grace 2018.

Hjälpsegel och drakar

Det finns flera andra exempel på lösningar där man utnyttjar vinden för att ge ett extra energitillskott till framdriften.

Econowind har lösningar för mindre fartyg, antingen en enhet med två Ventifoil-vingar i en 40-fots container, eller fasta installationer. Ventifoil är ett vingformat element som ger extra dragkraft. Den första fasta installationen gjordes i början av året på coastern Ankie och enligt befraktaren Wagenborg förväntas bränslekonsumtionen reduceras med cirka 15 procent.

CNIM lanserar ett vingsegel som enligt företaget kan spara upp till 40 procent bränsle. Produkten heter Oceanwings och är ett automatiskt system med standardiserade vingsegel med 360 kvadratmeters segelarea.

Skysails var en pionjär med utveckling av segel som fungerar som en drake och ger extra dragkraft till fartyget. Airseas har tagit fram en liknande lösning som Skysails där en stor drake ger extra dragkraft. Företaget uppger att detta kan reducera bränslekonsumtionen med 20 procent.

Wallenius wPCC

Steget från vindassisterad framdrift till vindkraft som huvudsaklig energikälla är emellertid stort. Ett forsknings- och utvecklingsprojekt med det målet, att ta fram en teknisk specifikation för beställning av ett i huvudsak vinddrivet fartyg, pågår i Sverige. Det är på initiativ av Wallenius Marine med SSPA och KTH som partner i projektet. Trafikverket stöder utvecklingsprojektet wPCC (Wind-Powered Car-Carrier) med 27 miljoner kronor.

– Wallenius Marine har som mål att uppnå verkligt hållbar sjöfart genom de koncept med alternativ framdrivning, som nu med wPCC, som vi utvecklar. Behovet av transporter kommer att öka i framtiden och vi måste uppnå en sjöfart som är hållbar och inte påverkar vårt klimat. Framöver kommer vi att utveckla koncept även för andra segment inom sjöfarten, säger Richard Jeppsson, kommunikationschef för Wallenius.

Redan i början av 2000-talet tog Wallenius fram projektet Orcelle, ett utsläppsfritt konceptfartyg med sol,  vind och vågor som energikällor.

– Vi har länge haft visionen om ett emissionsfritt fartyg och har de senaste 15 åren arbetat systematiskt för att kunna förverkliga detta. För några år sedan kände vi att vi började närma oss ett koncept som ta oss stora steg framåt.

Carl-Johan Söder, projektledare för wPCC på Wallenius Marine
Orcelle.

Carl-Johan Söder påpekar att Orcelle var ett visionskoncept som inte omfattade några konkreta tekniska lösningar.

– Det var mer en idé om hur framtidens biltransportfartyg kunde se ut. Vi har sedan tittat närmare på vilka de bästa energikällorna är och kommit fram till att sol- och vågenergi visst är intressanta,  men att det är väldigt svårt att plocka ut mycket effekt av dem. Däremot har vi möjlighet att ta ut mycket mer energi av vinden. 

Knuffar teknologin framåt

Projektet wPCC drogs igång på allvar inom Wallenius Marine 2017 och utvecklingstakten kunde accelerera ytterligare 2019 – då startade forskningsprojektet som Trafikverket är med och finansierar.

– Det statliga stödet har gett oss en unik möjlighet att samla Sveriges absoluta spetskompetens inom det marina forskningsområdet. De frågor vi tillsammans arbetar med kommer inte bara driva utvecklingen av wPCC:n framåt, utan också visa att Sverige är i framkant i världen inom det här teknikområdet, säger Mikael Razola, projektledare för forskningsprojektet.

Jakob Kuttenkeuler, professor i marina system vid KTH, berättar att KTH:s roll i projektet är tekniska bitar kring prestandamodellering av fartyget till sjöss. Senare kommer även manövreringsaspekter med i bilden.

– Wallenius tyckte att nu är tiden mogen att ta sig an det tekniska problemet och se om vi i ett forskningsprojekt kan knuffa teknologin så långt framåt så att Wallenius till slut kan beställa ett fartyg, säger han, och fortsätter:

– Vi har ägnat ungefär ett år åt att bygga upp en verktygskedja med en sekvens beräkningsmodeller. I botten ligger beräkningar om fartygets motstånd och alla krafter på fartyget från vind, sjön och eventuella propellrar. Newton lärde oss att summan av alla krafter måste vara noll så vi löser ett olinjärt ekvationssystem för att få fram hur fort fartyget seglar i olika vindstyrkor och om vi använder lite motor samtidigt. Vi varierar olika parametrar för att räkna ut hur fort olika fartyg går. Sedan kopplar vi på nästa steg i våra modeller som är rutt-optimering, där vi provseglar (simulerar) tusentals resor över haven i autentiska väderprognoser för att statistikbilda.

Han säger att det normala är att optimera ett lastfartyg för en viss fart.

– I det här fallet däremot måste vi vara beredda på att ibland segla väldigt fort och ibland ganska långsamt, men genomsnittsfarten ska vara ungefär 10 knop. Det ställer nya krav på fartygskonstruktionen.

Jakob Kuttenkeuler upplyser att toppen av riggen når omkring 100 meter högt på wPCC, vilket är dubbelt så mycket som på den sista generationen stora, stålbyggda råseglare, byggda i början av 1900-talet.

– I höjden mellan 50 och 100 meter har få människor egentligen brytt sig om atmosfären till havs tidigare. I det här projektet har vi därför tagit reda på hur det blåser i den delen av atmosfären. Vi var tvungna att mäta gränsskiktet själva och det gjordes med väder-lidar som installerades på Wallenius befintliga fartyg.

Bygger upp kunnande

Partner i projektet är också SSPA, som målmedvetet bygger upp sitt kunnande kring vinden som energikälla för fartyg.

– Vi har kompetensen i Sverige om vi går ihop och det har vi gjort nu. Vi jobbar väldigt tätt i det här projektet. Delvis gör vi samma saker som KTH men med olika verktyg och stämmer av hela tiden. Det gör att båda parter bygger upp sina verktyg mycket snabbare för att vi hela tiden kan jämföra. Då framkommer svagheter och styrkor, förklarar Sofia Werner.

Hon berättar att projektet nu kommit in i ett skede med modellförsök.

– Det första modellförsöket gjordes utan segel i mitten av mars bland annat för att testa avdriftsvinkel och rodervinklar med olika typer av kölar. Sedan kommer vi att göra modellförsök i vågbassängen med manövrerande modell i höst.

En ny era inom segling

Per Tunell, COO (Chief Operating Officer) Wallenius Marine, säger att även om historiska segelfartyg och den nya erans segelfartyg båda använder vinden som primär kraftkälla för framdrift så är de i övrigt väldigt olika. I dag kan man använda modern teknik och kombinationer av tekniker på ett sätt man inte kunde tidigare. Som exempel nämner han stödmaskineri.

– Det man gjorde förr var att förlita sig till 100 procent till vinden. Vi tar hjälp av ett effektivt stödmaskineri för att kunna erbjuda en tillförlitlig linjetrafik. Det kan stötta eller helt ta över när vi har ogynnsamma vindar.

Per Tunell berättar att mycket tid i forskningsprojektet hittills har använts för att bygga så bra simuleringsmodeller som möjligt.

– Det gäller i synnerhet för den aerodynamiska och hydrodynamiska biten, men vi har också tittat på interaktionen mellan segel och motor för att skapa modeller för hur vi på bästa sätt kan stötta med maskin.

Drygt hundra resor över Atlanten har redan simulerats av projektet med historisk vinddata och Per Tunell understryker att simuleringarna visar att det är fullt genomförbart att uppnå de högt ställda energibesparingarna. 

– I de allra flesta fall är det tillräckligt med vind för att effektivt kunna segla, men det finns undantag. Ibland kommer vi behöva stötta med maskin för att kunna säkerställa tillförlitlighet i tidtabellen men vi ser ändå att det är fullt realistiskt att nå målet på 90 procents minskad energianvändning. Vi skulle ändå kunna erbjuda en linjetrafik baserad på 10 knops fart, vilket innebär att en resa över Atlanten tar cirka 12 dygn. 

Ruttoptimering viktig

Ruttoptimering kommer att spela en ännu större roll med segelfartyg än med dagens fartyg. Per Tunell förklarar att i dagens läge vill man undvika dåligt väder med hårda vindar, som ofta påverkar farten och energiförbrukningen negativt men också säkerheten.

– Det blir en ny form av optimering. Vi kommer givetvis att fortsätta optimera så att vi inte kommer in i säkerhetsmässigt riskfyllda områden men vi kommer att söka vind, i stället för att undvika den. Vi kommer helt säkert att segla längre distanser än med fartyg som bara går för motor.

Han påpekar att det inte enbart handlar om teknik som effektivare skrov, vingar och seglingsteknik.

– Minst lika viktig är kunskapen om vädret, att kunna förutspå vilka vindar man kommer att få. De väderprognoser vi har nu är mycket mer tillförlitliga än de var förr. Ombord på de gamla segelfartygen kunde kaptenen förutspå vädret ett par timmar framåt, utgående från erfarenhet och visuella observationer. I dag är prognoserna för de närmaste dygnen väldigt tillförlitliga. Den utvecklingen gör att man på ett helt annat sätt kan välja rätt rutter.

wPCC.

Stående flygplansvingar

Detaljerna kring designen är inte ännu helt klara, men det är klart är att fartyget ska drivas huvudsakligen av vindarna med hjälp av den senaste tekniken kring ving-segel.

– Vingsegel är det aerodynamiskt effektivaste sättet att ta hand om vinden. De är i princip stående flygplansvingar. En förutsättning för vårt projekt är hög robusthet och livslängd. Ett sånt här fartyg ska tillförlitligt kunna segla runt 250 dygn om året, vilket ställer enorma krav på robusthet, säger Carl-Johan Söder.

Han förklarar att denna typ av segel är mycket effektiva även när man kryssar upp mot vinden.

– Man måste jobba så att man har vinden rätt hela tiden. Då kommer man att behöva ruttoptimera och kryssa. Helst vill man ha vinden in rätt från sidan, snett mot fören eller snett på låringen, det vill säga halvvind, kryss eller slör. Det är inte mest effektivt att ha rakt medvind, läns, med ett sådant fartyg.

Jakob Kuttenkeuler påpekar att det nog blir stela segel som man dessutom måste kunna reva.

– Vi kan nog inte använda mjuka segel. Det här fartyget ska kunna segla i vilka förhållanden som helst hela tiden med hög grad av tillförlitlighet. Vi undersöker möjligheterna till att reva segelytan genom en teleskopisk lösning.

Skrov i harmoni med vingarna

Även skrovets utformning, både under och ovanför vattenlinjen, är viktig för seglingsegenskaperna. Carl-Johan Söder upplyser att det finns flera aspekter på detta.

– Stabiliteten är viktig och måste vara mycket högre än på ett vanligt biltransportfartyg. Därför blir wPCC både bredare och lägre. I stället för 13 däck, som på de senaste Hero-fartygen, så är vi nu nere på tio däck men lite större bredd. Fartygen blir också något längre för att kunna göra skrovet slankt.

Därtill säger Carl-Johan Söder att det är viktigt med ett aerodynamiskt effektivt skrov som förstärker vinden till riggarna.

– Dagens bilfartyg är relativt fyrkantiga så det blir mycket turbulens som stör vinden. Att ha ett extremt strömlinjeformat skrov är därför viktigt. Det ska även vara ett skrov som går lätt genom sjö. När vi ska kryssa i tio sekundmeter så vill vi att det skär genom vågorna och tappar så lite fart som möjligt. Skrovet ska vara aerodynamiskt och i harmoni med vingarna.

Stödmaskineri

Carl-Johan Söder förklarar att grundfilosofin i projektet är att fokusera utvecklingen på seglingen och i övrigt utnyttja befintlig och beprövad teknik i så stor utsträckning som möjligt.

– Den enda helt nya tekniken på det här fartyget är vindframdriften. Vi håller oss till basics i allt annat förutom själva riggen och det som är relaterat till seglingen.

Fartyget får en betydligt mindre maskineffekt än dagens biltransportfartyg.

– Fartyget är extremt lättdrivet och att köra med maskin i 10 knop på grund av stiltje kräver väldigt lite effekt. Samtidigt är det viktigt att vi ställer höga krav på manövrerbarhet till och från kaj och även i knepiga situationer. 

– Vi bedömer att vi kommer att installera en effekt runt 8 MW. Det är hälften av vad dagens fartyg ligger på. Tittar vi bara på själva resan över Atlanten skulle vi klara oss med 1 MW. Det är säkerheten och manövrerbarheten som sätter krav på att vi ändå måste ha ganska mycket installerad effekt.

Artikeln är ursprungligen publicerad i Sjöfartstidningen nummer 4/2020.