Mekaaninen purje työntää laivaa

24.8.2017

Automaatio teki totta lähes sata vuotta vanhasta ideasta, joka säästää polttoainetta työntämällä laivoja eteenpäin.

Turun korjaustelakalla Naantalissa on viime viikosta lähtien seissyt 30 metriä korkea ja viisi metriä leveä sylinteri. Ellei vieressä kohoaisi telakan nostureita, yksinkertaisen laitteen mittakaavaa olisi mahdoton hahmottaa.

Sylinteri on roottoripurje, joka pyörii sähkömoottorin avulla akselinsa ympäri parhaimmillaan 150 kilometrin tuntivauhtia kehältä mitattuna. Liike synnyttää ilmanpaine-eron roottoripurjeen vastakkaisille puolille, mikä puolestaan työntää roottoripurjetta. Tätä sanotaan Magnus-efektiksi.

Maankamaralla laite pysyy paikoillaan, mutta laivan kannella se työntää alusta eteenpäin ja säästää polttoainekustannuksia.

Naantaliin sijoitettu roottoripurje tuottaa mittaustietoa muun muassa kiihtyvyydestä, kierroksista, tärinästä ja lämpötilasta. Ensi vuonna roottoripurje nostetaan paikoiltaan ja asennetaan Maerskin tankkeriin seilaamaan maailman merille.

– Ihanteellisissa olosuhteissa yli puolet laivan liike-energiasta tulee roottoripurjeista, sanoo toimitusjohtaja Tuomas Riski.

Kolme ehtoa täyttyi

Mekaanisen purjeen idean keksi saksalainen Anton Flettner 1920-luvulla, mutta ajan tekniikalla roottoripurjeesta ei tullut kaupallisesti järkevää. Roottoripurjeen kehittäminen vaati kolme edistysaskelta: automaatiota, komposiittiteknologiaa sekä polttoaineen hinnan kallistumista ja päästöjen sääntelyä.

Automaatio on kehitetty äärimmilleen. Laivan komentosillalla painetaan virtanäppäintä, ja roottorit säätävät itse pyörimissuuntansa ja -nopeutensa.

– Kokemukseni mukaan laivan henkilökunnalla ei ole aikaa säätää aktiivisesti laitetta. Automaation avulla se toimii itsestään, selittää automaatioinsinööri Pauli von Boehm.

Von Boehm on tehnyt roottoripurjeen koko automaatiojärjestelmän. Hän on valinnut komponentit, ohjelmoinut ne, luonut antureille tietokannan ja kehittänyt käyttöliittymän.

Automaatiota tarvitaan, sillä etenkin saaristossa laiva muuttaa kurssiaan vähän väliä. Silloin työntö pitää säätää oikeaan suuntaan, mikä tapahtuu roottorin pyörimisnopeutta muuttamalla.

– Flettnerillä oli aikanaan miehistö, joka sääti käsin pyörimissuunnan ja -nopeuden, Riski vertaa.

Kahdessa tilanteessa roottoripurje sammuu itsestään: jos tuulee suoraan vastaan tai jos tuulen nopeus hidastuu liikaa. Roottoripurjeelle riittää jo neljä metriä sekunnissa puhaltava tuuli, kun maailman merten keskituulennopeus on seitsemän metriä sekunnissa.

Toinen roottoripurjeen kehitysedellytys oli komposiitti, joka alentaa roottoripurjeen pyörivän osan painon neljäsosaan teräkseen verrattuna. Painoa pyörivässä osassa on silti kymmenen tonnia.

– Flettner ei pystynyt valmistamaan hyrrää riittävän vakaaksi teräksestä, mutta me pystyimme komposiitista, Riski sanoo.

Polttoainetta säästyy

Vasta polttoaineen hinnan kallistuminen ja ympäristölainsäädännön kiristyminen ovat luoneet tarpeen roottoripurjeelle.

Roottoripurjejärjestelmä vähentää Norsepowerin laskelmien mukaan tavallisesti 5–20 prosenttia laivan polttoaineen käytöstä. Polttoainetta säästyy tavallisesti 300:sta tuhanteen tonniin vuodessa. Kun polttoaine maksaa maailmalla halvimmillaan 300 dollaria tonnilta, säästö on vuodessa vähintään satatuhatta dollaria.

Tyypillinen roottoripurjejärjestelmä maksaa on vajaasta yhdestä lähes kahteen miljoonaan dollaria. Investointi maksaa itsensä takaisin nykyisillä polttoaineiden hinnoilla 3–8 vuodessa. Roottoripurje on suunniteltu kestämään yhtä kauan kuin laivat eli 20–30 vuotta.

– Jos roottoripurjeen asentaa jälkiasennuksena laivaan, mahdollisesti laiva puretaan ensin ja roottori siirretään seuraavaan, Riski sanoo.

Kaksi laivaa ottaa käyttöön

Norsepowerin ensimmäinen roottoripurje asennettiin vuonna 2014 Boren roro-alukseen Estradeniin, joka liikennöi Pohjanmerellä. Vuotta myöhemmin alukseen lisättiin toinen 18 metrin korkuinen roottoripurje.

Ensi vuonna Viking Grace -ruotsinlaivaan asennetaan 24-metrinen roottoripurje, ja samana vuonna asennetaan kaksi 30-metristä roottoripurjetta Maerskin tankkeriin maailman merille.

Norsepower työllistää tällä hetkellä kahdeksan henkeä. Kaikki ovat toimitusjohtajaa myöten diplomi-insinöörejä tai insinöörejä.

– On todella mielenkiintoista tehdä asioita, joista ei ole ennen kuullutkaan. Toisaalta on rankkaa, kun on uuden äärellä ja pitää käyttää kaikkeen tavallista enemmän voimavaroja, von Boehm sanoo.

Kasvuyhtiö työllistää ennen kaikkea alihankkijoidensa kautta. Komposiitti tulee Puolasta, mutta laitteiden osien suunnittelu ja valmistus sekä roottorin kasaaminen on tilattu noin 30 kotimaiselta yritykseltä. Yhtiön kasvua tuetaan muun muassa Tekesin varoin.

Yhtiö syntyi viisi vuotta sitten, kun Tuomas Riski tapasi nykyään jo eläkkeellä olevan laivasuunnittelijan Kai Levanderin. Hän oli suunnitellut purjeita risteilijöihin jo 1980-luvulla. Tarvittava osaaminen oli helppo löytää.

– En ihmettele, että tämä innovaatio syntyi Suomessa. Täällä on maailman parhaimmat insinöörit, Riski sanoo.

Teksti ja valokuvat: Janne Luotola, Insinööriliitto
Havainnekuva: Norsepower

Klo 15:10 korjattu kuvateksti: havainnekuvassa ei ollut ruotsinlaiva vaan Maerskin tankkeri. 29.8. korjattu: polttoaineen säästösumma.

Tuoreimmat artikkelit Näytä kaikki

Artikkelit 17.10.2017

Syyskuun alusta voimaan tullut ilmoitusvelvollisuus ehkäisee työn teettämistä ulkomaalaisella työvoimalla ja epäreiluilla työehdoilla.

Artikkelit 11.10.2017

Palkansaajat ja työantajat odottavat, että Euroopan unioni vaikuttaisi entistä enemmän talouteen ja työntekijöiden hyvinvointiin.

Artikkelit 22.9.2017

Okmetic valmistaa piikiekkoja, mihin ei ole Suomessa suoraan vastaavaa koulutusta. Siksi yritys kouluttaa työntekijänsä itse.

Insinööri–näköislehti Arkisto

Insinööri

6/2017
Näköislehti › PDF-tiedosto ›Lehtiarkisto › Ratkaisut kakuroon
ja Tiukkaan trioon ›

Seuraava numero
ilmestyy viikolla 44.