风助推进（WAPS）：节油幅度与适用条件
本页根据 EMSA 研究《Potential of wind-assisted propulsion for shipping》（约 270 页）。节油率随系统、船型、航线和操作变化，转子帆在有利条件下可达约 30%。它降低燃油消耗，从而降低 ETS 配额；适航性和航线匹配决定能不能装上、用上。
来源：EMSA《Potential of wind-assisted propulsion for shipping》· 资料库
四种主流技术
| 类型 | 原理与特点 | 成熟度 |
|---|---|---|
| 转子帆（Rotor sail / Flettner） | 旋转圆柱利用马格努斯效应产生推力；运行数据最多，有利条件下节油可达约 30% | 商业化 |
| 硬翼帆（Wing sail） | 刚性翼型，升力高、可自动控制；对甲板与视线影响较大 | 商业化 |
| 吸力翼（Suction wing） | 翼面吸气增大升力；案例船 VentoFoil 用于杂货船 | 示范 |
| 拖曳风筝（Towing kite） | 高空风力，节省主机功率；受航线与操作限制 | 示范/早期商业化 |
装置多设计为可折叠或可倾倒，以通过桥梁、适应恶劣天气并减少对装卸的干扰。甲板空间是主要船型限制：集装箱船与客船可用面积少，散货船与油轮较多，但改装占比显著。
甲板、桥梁和航线
适航性
- 桥楼视线、客船舱室旁噪声与遮挡
- 装卸作业干扰、空气吃水与桥梁通过
- 结构可能需要加强，费用计入改装成本
- 稳性、操纵性与结冰工况
可得性
- 眼下缺的是安装和运维能力，往后会多起来
- 风资源随航线、方向、季节变化
- 需航程优化、调整部署策略才能兑现收益
- 不定期船航线不好预测
各船型的所需节油率
下表给出转子帆新造船所需的相对主机节油率（2021 年，低油价 / 高油价），按船型和吨位档列出，并注明模型假定的装置套数。中间值按同一套数、同一套成本算；不同船型、不同吨位不能直接比，因为套数和尺寸不同：假定是小型货船装一套、中型装两套、超过 10 万载重吨的装四套，客船因甲板空间少最多两套。因此某档的数字只对应那一档的假定套数。
| 船型 | 吨位档 | 套数 | 所需主机节油率 |
|---|---|---|---|
| 散货船 | 10,000–34,999 载重吨 | 1 | 6.8% / 3.8% |
| 35,000–59,999 载重吨 | 1 | 15.6% / 8.7% | |
| 60,000–99,999 载重吨 | 2 | 11.2% / 6.3% | |
| 100,000 载重吨以上 | 4 | 18.9% / 10.6%（20 万以上 14.1% / 7.9%） | |
| 化学品船 | 5,000–9,999 载重吨 | 1 | 9.0% / 5.1% |
| 10,000–19,999 载重吨 | 1 | 6.4% / 3.6% | |
| 20,000–39,999 载重吨 | 1 | 13.0% / 7.3% | |
| 40,000 载重吨以上 | 2 | 13.0% / 7.3% | |
| 集装箱船 | 各吨位 | 0 | 转子帆未计算（风筝一套，8000–11999 TEU 为 2.1% / 1.2%） |
| 杂货船 | 5,000–9,999 载重吨 | 1 | 16.5% / 9.3% |
| 10,000–19,999 载重吨 | 1 | 7.8% / 4.4% | |
| 20,000 载重吨以上 | 2 | 17.1% / 9.6% | |
| 液化气船 | 5 万–10 万立方米 | 1 | 2.9% / 1.7% |
| 10 万–20 万立方米 | 2 | 3.3% / 1.8% | |
| 20 万立方米以上 | 4 | 8.0% / 4.5% | |
| 油轮 | 5,000–9,999 载重吨 | 1 | 14.7% / 8.2% |
| 10,000–19,999 载重吨 | 1 | 9.5% / 5.3% | |
| 20,000–59,999 载重吨 | 2 | 15.8% / 8.9% | |
| 60,000–79,999 载重吨 | 2 | 12.6% / 7.1% | |
| 80,000–119,999 载重吨 | 2 | 11.7% / 6.6% | |
| 120,000–199,999 载重吨 | 4 | 23.3% / 13.1% | |
| 200,000 载重吨以上 | 4 | 16.1% / 9.0% | |
| 客船（仅客） | 2,000 总吨以上 | 1 | 7.3% / 4.1% |
| 邮轮 | 10,000–59,999 总吨 | 1 | 3.1% / 1.7% |
| 60,000–99,999 总吨 | 1 | 1.0% / 0.6% | |
| 100,000–149,999 总吨 | 2 | 2.5% / 1.4% | |
| 150,000 总吨以上 | 2 | 2.5% / 1.4% | |
| 客滚船 | 5,000–9,999 总吨 | 1 | 5.9% / 3.3% |
| 10,000–19,999 总吨 | 1 | 2.8% / 1.6% | |
| 20,000 总吨以上 | 1 | 1.5% / 0.9% | |
| 冷藏散货船 | 6,000–9,999 载重吨 | 1 | 9.3% / 5.2% |
| 10,000 载重吨以上 | 1 | 4.3% / 2.4% | |
| 滚装船 | 5,000–9,999 载重吨 | 1 | 4.4% / 2.5% |
| 10,000–14,999 载重吨 | 1 | 2.8% / 1.6% | |
| 15,000 载重吨以上 | 2 | 8.0% / 4.5% | |
| 汽车运输船 | 30,000–49,999 总吨 | 1 | 3.2% / 1.8% |
| 50,000 总吨以上 | 1 | 2.3% / 1.3% |
同一装置装在新造船和旧船上的回收门槛不一样，因为改装要额外承担设计与安装费用。下表把转子帆在几个有代表性吨位档上的两种口径放在一起（2021 年，低油价 / 高油价）。
| 船型与吨位档 | 假定套数 | 新造船 | 改装 |
|---|---|---|---|
| 散货船，10,000–34,999 载重吨 | 1 | 6.8% / 3.8% | 7.2% / 4.0% |
| 散货船，100,000–199,999 载重吨 | 4 | 18.9% / 10.6% | 19.8% / 11.1% |
| 油轮，120,000–199,999 载重吨 | 4 | 23.3% / 13.1% | 24.5% / 13.7% |
| 杂货船，20,000 载重吨以上 | 2 | 17.1% / 9.6% | 18.0% / 10.1% |
| 液化气船，200,000 立方米以上 | 4 | 8.0% / 4.5% | 8.4% / 4.7% |
| 客滚船，5,000–9,999 总吨 | 1 | 5.9% / 3.3% | 6.3% / 3.5% |
| 汽车运输船，30,000–49,999 总吨 | 1 | 3.2% / 1.8% | 3.3% / 1.9% |
两者差距不大：2021 年低油价下，各档改装比新造高约 0.1 到 0.9 个百分点。差距在小吨位档更明显（散货 10,000–34,999 载重吨为 6.8% 对 7.2%、杂货 20,000 载重吨以上为 17.1% 对 18.0%），在本身门槛很低的船型上则很小（汽车运输船 3.2% 对 3.3%）。越往后年份，两者的绝对差距还会随装置成本下降而缩小。
换个角度看四种装置的差别：以散货船为例，同一吨位档下转子帆所需比例最高、风筝最低，但风筝假定只装一套，因此在大船档上不再随之增加。下表列出四种装置在散货船各档的所需主机节油率（2021 年新造船，低油价 / 高油价）。
| 吨位档 | 转子帆 | 硬帆 | 吸力翼 | 风筝 |
|---|---|---|---|---|
| 10,000–34,999 载重吨 | 6.8% / 3.8% | 4.1% / 2.3% | 3.5% / 2.0% | 5.5% / 3.1% |
| 35,000–59,999 载重吨 | 15.6% / 8.7% | 8.8% / 4.9% | 11.0% / 6.2% | 12.7% / 7.1% |
| 60,000–99,999 载重吨 | 11.2% / 6.3% | 6.3% / 3.5% | 7.9% / 4.4% | 9.1% / 5.1% |
| 100,000–199,999 载重吨 | 18.9% / 10.6% | 10.4% / 5.8% | 15.0% / 8.4% | 9.5% / 5.3% |
| 200,000 载重吨以上 | 14.1% / 7.9% | 7.8% / 4.4% | 11.2% / 6.3% | 7.1% / 4.0% |
同一个年份和油价下，改装要比新造船高一点，因为改装费用更高。同一艘散货船、四套转子帆，2021 年低油价从新造的 18.9% 升到改装的 19.8%。方案越往后，所需比例越低：2050 年低油价，这艘散货船新造降到 13.2%，改装降到 13.8%。油价越高，所需比例越低，因为省下的油本身就值更多钱。同样不能把不同船型放在一起比，因为每档假定的装置套数不同。
装置会增加空船重量。为保持排水量不变，载重吨会被压低，也就是最大载货量下降。表里的典型重量显示，除了 5,000 载重吨以下的小船，大船的载货能力不会被明显拉低；小船上每装一套装置，载货能力可能下降超过百分之一。风筝最轻，影响可以忽略；转子帆通常较重，但多装在大船上，相对载重吨仍小。若担心载重损失，减少安装套数是一个办法。
硬帆与吸力翼的完整口径与转子帆同构，只是费用不同，因此同一档所需节油率有高有低。下表列出这两种装置在几个有代表性船型上的新造与改装对照（2021 年，低油价 / 高油价），可以看到改装普遍比新造高一点，但差值多在零点几个百分点。
| 船型与吨位档 | 新造船 | 改装 |
|---|---|---|
| 散货船，10,000–34,999 载重吨 | 4.1% / 2.3% | 4.4% / 2.4% |
| 散货船，100,000–199,999 载重吨 | 10.4% / 5.8% | 11.2% / 6.3% |
| 油轮，120,000–199,999 载重吨 | 12.8% / 7.2% | 13.8% / 7.7% |
| 杂货船，20,000 载重吨以上 | 9.6% / 5.4% | 10.4% / 5.8% |
| 液化气船，200,000 立方米以上 | 4.4% / 2.5% | 4.7% / 2.7% |
| 客滚船，5,000–9,999 总吨 | 3.5% / 2.0% | 3.8% / 2.1% |
| 汽车运输船，30,000–49,999 总吨 | 1.9% / 1.1% | 2.0% / 1.1% |
| 船型与吨位档 | 新造船 | 改装 |
|---|---|---|
| 散货船，10,000–34,999 载重吨 | 3.5% / 2.0% | 3.7% / 2.1% |
| 散货船，100,000–199,999 载重吨 | 15.0% / 8.4% | 15.8% / 8.8% |
| 油轮，120,000–199,999 载重吨 | 8.2% / 4.6% | 19.5% / 10.9%（该档两表口径差异较大） |
| 杂货船，20,000 载重吨以上 | 12.0% / 6.7% | 12.6% / 7.1% |
| 液化气船，200,000 立方米以上 | 6.3% / 3.6% | 6.7% / 3.7% |
| 客滚船，5,000–9,999 总吨 | 3.1% / 1.7% | 3.2% / 1.8% |
| 汽车运输船，30,000–49,999 总吨 | 1.6% / 0.9% | 1.7% / 1.0% |
风筝是唯一对集装箱船给出数字的装置，因为大型集装箱船甲板开口多、空间被箱位占满，转子帆、硬帆与吸力翼在这类船上都没有被模型考虑。风筝也不需要随船变大而增加套数，各档都按一套算，所以在集装箱船上它成为唯一有门槛值的选项。以 8,000–11,999 标准箱档为例，2021 年低油价下新造为 2.1%、改装为 2.2%，高油价下均为 1.2%。集装箱各档数字都在这个量级，越低越大略高。风筝对冷藏散货船与邮轮的多数档位同样未被考虑。
报告把所需节油率的差异归到四类来源。一是油价不确定：油价越低，要靠省油覆盖装置年成本，所需比例越高，所以同一档低油价情景的值总高于高油价情景。二是船型大小：装置年成本取决于套数与尺寸，而大船年油耗与燃油开支更高，同样的系统成本分到更多油上，所需相对比例就更低。三是时间：装置成本随规模效应下降，燃油价格与碳成本则上升，两者都让所需比例逐年降低，所以 2030、2050 的值低于 2021。四是装置差异：不同技术、尺寸与供应商的成本不同，同一船型下吸力翼、硬帆、风筝与转子帆的门槛因此有高有低。
报告还用图 13 与图 14 以散货船为例，把各吨位档、各装置的所需节油率画在一起，用误差条表示低油价与高油价情景的范围。同两档之间套数与尺寸相同时，较大吨位档因油耗更高，所需相对节油率反而更低。能否真正达到这个门槛，还取决于技术本身的节油潜力、所选套数与尺寸能否最优化单位成本收益、船舶航速与航线，以及船员经验。多装一套能增加推力，但装置之间会相互干扰、效益递减，有时装三套比装四套更经济；甲板空间大的大船干扰较少，多装更可能划算。经常跑开阔海域的大船、固定航线班轮更可能受益，短期投资则要按个案评估，因为近期燃油价格与碳价相对 2030、2050 可能还不高。
投资资金也有多种安排。除了部分靠债务融资购买，一些装置供应商与金融机构合作提供租赁方案，也有船东与技术方约定在一定期限内分享装置带来的收益；针对后一种，市场上已有开源的在线计算工具用来支撑双方都能获利的协议。为降低投资风险，部分供应商提供性能保证条款，多数只在船舶已知航行于风况有利的航线时提供。固定班期、固定航线的班轮被视为比现货市场船舶更稳妥的投资对象。
研究结论 EMSA WAPS 研究表 6 与表 12、14、16、18，以及装置重量说明。表中数字为模型假定的套数与尺寸下的回收成本门槛。
经济性与法规
报告按 15 年摊销，反推主机燃油要省下多少比例，才能盖住风助装置每年多出来的费用。下表是 2021 年新造船、该假定套数下的所需比例，低油价一列更高，高油价大约降到一半左右。表中数字是回收成本所需的主机节油比例。套数和尺寸按船型假定，大船同样的装置费用对应更低的所需比例。辅机油耗占比高的船，风助相对没那么划算。不定期船航线不好预测，收益也不好预测。装置成本若下降、可再生燃料若更贵，回收期会缩短；用上更贵的可再生燃料后，碳成本节省也会变小。
| 船型 | 转筒帆 | 硬帆 | 吸力翼 | 风筝 |
|---|---|---|---|---|
| 散货 10–20 万载重吨，四套 | 18.9% / 10.6% | 10.4% / 5.8% | 15.0% / 8.4% | 9.5% / 5.3% |
| 油轮 12–20 万载重吨，四套 | 23.3% / 13.1% | 12.8% / 7.2% | 8.2% / 4.6% | 11.7% / 6.6% |
| 邮轮 6–10 万总吨，一套 | 1.0% / 0.6% | 0.6% / 0.3% | 0.5% / 0.3% | 未计算 |
| 集装箱 8000–11999 TEU，风筝一套 | 未计算 | 未计算 | 未计算 | 2.1% / 1.2% |
改装略高于新造船：同一散货船、四套转筒帆，2021 年低油价从 18.9% 到 19.8%。到 2050 年新造船、低油价，这艘散货船的所需比例降到转筒帆 13.2%、硬帆 5.4%、吸力翼 9.9%、风筝 5.6%，因为模型里装置变便宜、燃油和碳成本变高。客滚船的风筝也未计算。
法规现状：现行规则未明确覆盖 WAPS 对航行安全、操纵、稳性、EEDI 及直升机坪的影响，需旗国与船级社协调形成共同做法。
IMO 修订温室气体战略与 EU Fit-for-55 一揽子，将构成 WAPS 的政策激励。官方解释 EMSA WAPS 研究
公开算例：Wind Challenger 在好望角型散货船上装九面伸缩硬帆，项目目标是节油 50%；横滨至西雅图的模拟约为 20–30%。翔风丸装一面硬帆，模拟结果是日本至澳大利亚约 5%，日本至北美约 8%。这些是特定航线和套数下的结果。FuelEU 的风助奖励系数见 公司指引，与这里的节油率分开使用。节油同时降低 ETS 下的燃油和配额。
安全：三案例与主要关切
研究以三条案例船评估（Ro-Pax 转子帆、杂货船 VentoFoil 吸力翼、风助氢燃料集装箱船）。主要关切：稳性、操纵、空气吃水、障碍物、恶劣天气、结冰、消防、雷电、噪声、部件失效与维护。未发现不可解决的重大风险，但需逐船风险评估与控制措施。
中国企业视角
- 船队适配：散货船、油轮甲板空间大，是改造的优先船型；集装箱与客船需评估视线与装卸影响。
- 航线收益：不定期船航线不好预测，收益也不好预测。班轮按航次核算风况和航程。
- 设备供应：转子帆和硬翼帆的制造、安装要同时满足旗国和船级社对视线、稳性和桥梁通行的审查。
- 节油降低 ETS 下的燃油和配额。FuelEU 的风助奖励系数见 公司指引。