商船三井风力挑战者：用帆减少船舶燃油消耗

风力挑战者是什么

“风力挑战者”是由商船三井主导开发的硬翼帆式风力推进装置。它不使用布制帆，而是在船舶甲板上竖立起形似飞机机翼的硬质结构（硬翼帆），借助风力产生推进力。

其最大特点是帆的高度可伸缩，最高可达53米。在强风天气、港口装卸货物或通过桥下时收缩帆体，在远洋巡航时则展开帆体以最大限度利用风力。该技术的开发与东京大学等研究机构合作进行，基础研究自2009年前后开始积累。

研究始于2009年的东京大学

风力挑战者的原型研究始于2009年10月，是以东京大学工学系研究科为核心的产学合作研究项目。同年12月，东京大学研究生院工学系研究科系统创成学专业特任教授大内一之等人召开发布会，宣布启动“风力挑战者计划”。他们与特任副教授鹈沢潔、该校研究生院新领域创成科学研究科副教授早稻田卓尔等人一同推进新型“帆为主机为辅”风力推进船型的研发，目标是使燃油消耗量降至同等性能传统机动船的三分之一以下。

自2013年起，该项目被纳入日本国土交通省“下一代海洋相关技术研发补助金”的资助对象，产学合作的实用化研究得以加速。2018年1月起，商船三井与大岛造船所接手主导开发，将大学的基础研究打磨为可实际搭载于商业船舶的工业产品。约十年的研究积累最终在2022年结出实船搭载的成果。

首艘船“松风丸”的建造

全球首艘搭载风力挑战者的运煤船是“松风丸”。该船由大岛造船所（长崎县）建造，于2022年10月竣工。搭载1台硬翼帆，作为东北电力专用运煤船运营，主要航行于澳大利亚、印度尼西亚、北美至日本的航线。竣工之前，该搭载计划已获得国土交通省“环境性能优良船舶（特定船舶）引进计划”认定，可见该项目也得到了国家环境政策层面的支持。

“松风丸”这一船名寄托了对以风为动力的新一代船舶的期待。之所以选择运煤船作为最初的示范对象，是因为资源运输船通常定期往返于远洋长航线，便于积累风况数据并验证燃油效率改善效果。

帆如何捕捉风力

风力挑战者的硬翼帆并非单纯承受风力的平板，而是采用与飞机机翼相同原理的截面形状以产生“升力”。通过根据风向自动调整帆的角度，不仅顺风，即使是侧风或斜前方来风，也能高效转化为推进力。船桥系统会根据气象数据和航线信息自动控制帆的角度与高度，无需船员时刻操作，这也是其实现实用化的关键之一。

传统帆船的帆更接近“借风力顺势前行”的原理，而硬翼帆由于截面形状固定为翼型结构，更容易产生稳定的升力，在强风中也更易于控制。在台风来袭等危险气象条件下，设计上会将帆收缩至最低状态，从而将船体承受的风荷载降至最低。

无需大幅改动船体即可搭载

风力挑战者的另一个特点是，只要能确保支撑帆体的基座（桅杆部分），就无需对船体本身进行大规模改造。新造船可在设计阶段就将其纳入，而对于在役的既有船舶，也可以通过在甲板适当位置加装基座的改装工程实现后期加装。这种高度的通用性，正是该技术能够横向拓展至运煤船、LNG船等不同船型的技术背景。

这种“易于后期加装”的特性，对整个海运业而言具有重大意义。船舶从建造到报废通常要使用20至30年，船队的更新换代需要漫长的时间。如果所有减排都仅依靠新造船，整个船队性能的改善就需要数十年的时间。而具备后期加装能力的技术，可以在短期内为当前在役船队带来减排效果，从而与新造船的引入同步加快减排步伐。

帆体材质采用轻质高强度复合材料，需要承受长期海洋环境（盐害、紫外线、反复的风荷载）的考验。可动部件也充分考虑了维护性，定期检查与维护周期被纳入现有船舶设备的维护体系中运行。对于长期在海上航行的商业船舶所搭载的设备而言，除性能本身外，这种“不易损坏”“易于维修”的特性同样是实用化的重要条件。

实证数据揭示的燃油节省效果

“松风丸”竣工后，在约18个月内（截至2024年4月）往返日本共航行7次，对风力挑战者的性能进行了实测验证。

节省率会因风况而波动，但据估算，日本至澳大利亚航线约可实现5%的减排效果，日本至北美西海岸航线约可实现8%的减排效果。在风力强劲且稳定的条件下，曾观测到单日高达17%的显著节省效果，这也印证了该技术的实用性。

值得注意的是，这些数据并非实验室模拟结果，而是7次往返商业航行的实测数值。海运业界中，新技术常常在“理论性能”与“实际运营性能”之间出现落差，而松风丸的案例中，竣工前的预期值（5%至8%）在实际运营中也基本得以再现，这一结果被认为是推动后续扩大搭载计划的重要依据。

燃油节省率与CO2排放减少率大致成正比。船舶用燃料（重油）燃烧时会排放一定量的CO2，因此燃油消耗减少5%至8%，该航次的CO2排放量也会大致减少相同比例。单艘船的减排量绝非微不足道，若在数十艘乃至数百艘规模上累积，就会对海运公司整体的CO2排放量产生不容忽视的影响。

仅一面帆即可减少5%至8%的温室气体排放

据商船三井介绍，仅搭载一台风力挑战者，与同型传统船舶相比，预计可将温室气体（GHG）排放量平均减少5%至8%左右。目前也在研究搭载两面帆的船型，以及与旋转式转子帆组合使用的方案，以进一步提高减排率。

燃油节省率可直接转化为燃油成本的降低，这也是促使海运公司引入该技术的重要因素之一。长期往返同一航线的专用船（如发电企业专用的运煤船）能够长期享受燃油成本削减带来的效益，因此设备投资回收计划也更容易制定。松风丸被选为首个作为发电企业专用船进行示范的对象，背后也考虑到了这种投资回收的可预见性。

搭载扩大计划与不断拓展的应用领域

商船三井将2050年实现净零排放作为经营目标，并将“提升燃油效率”定位为主要举措之一。在风力挑战者的搭载船舶方面，公司计划到2030年扩大至25艘，到2035年扩大至80艘。

• 运煤船（新造船与既有船改装两种形式）
• 干散货船（谷物、矿石等散装货物运输船）
• LNG（液化天然气）运输船
• 新造设计的LCO2（液化CO2）运输船

在既有船上改装：全球首例挑战

在为电源开发（J-Power）运营的运煤船“黑泷山丸III”上，商船三井并非采用新造船，而是完成了在在役既有船舶上后期加装风力挑战者的改装工程。这被认为是全球首例，其意义在于证明了风力推进技术也能应用于已经投入运营的船队。这为不完全依赖新造船、而是充分利用现有船舶存量推进减排开辟了新的路径。

向LNG运输船、LCO2运输船扩展

商船三井还在推进在LNG运输船上搭载两台硬翼帆的全球首例项目。此外，公司还与韩国三星重工共同开发了搭载三台风力挑战者的4万立方米级LCO2运输船概念设计，并已获得船级社ClassNK颁发的原则性认可（AiP）。随着将CO2回收并封存于地下的CCS（碳捕集与封存）项目不断扩大，通过船舶运输CO2本身的需求预计将增加，这也是一项试图在运输环节中同样引入风力推进减排效果的举措。

在LCO2运输船上搭载风力挑战者构想之所以受到关注，是因为CCS项目本身容易陷入“为减少CO2而进行的运输，却又排放出新的CO2”这一矛盾。将CO2压缩、液化并通过船舶长距离运输的过程本身会消耗能源，因此需要设法尽可能抑制运输环节自身的排放。搭载三台风力挑战者的设计，被认为旨在提升CCS供应链整体的减排效果。

为何如今帆再次受到重视

国际海运约占全球CO2排放量的2%至3%，国际海事组织（IMO）已于2023年修订温室气体减排战略，并全体一致同意以2050年前后实现净零排放为目标。在此之前，自2023年1月起，评估既有船舶燃油效率的“EEXI规制”和为实际燃油效率表现评级的“CII（碳强度指标）评级制度”已开始面向全球大型远洋船舶实施。船公司的船队是否符合这些规制与评级标准会受到持续评估，评级较低的船舶今后在运营和交易中可能面临不利影响。

船舶减排大致有两种途径：一是将燃料本身转换为氨、甲醇等低碳燃料（详情参见相关文章《国际海运脱碳指南：IMO规制与向氨、甲醇燃料转型的全面解析》），二是辅助利用风力等可再生能源，从而降低发动机本身的负荷。IMO已于2025年4月的会议（MEPC83）上批准了包含碳定价机制在内的净零框架，预计将于2027年生效、2028年正式实施。一旦排放开始被定价，越能节省燃油的技术，其经济价值也将随之提升。

风力挑战者正是后者（可再生能源利用）的代表性案例，其在实用层面的优势在于，无论燃料种类如何，都可与现有的柴油发动机船舶组合使用。全面转向新型燃料需要配套建设燃料供应基础设施，而风力推进则可以在继续使用现有发动机和燃料的同时，分阶段推进减排，因此也被视为一种“过渡性”技术。

风力推进技术的局限性

另一方面，风力推进也存在局限性。在几乎无风的海域或持续逆风的航线上，节省效果会变小。此外，安装帆体需要在设计上避免与甲板空间及吊车等装卸设备产生干涉，既有船舶的后期加装也需要相应的成本和工期。需要注意的是，风力挑战者终究只是发动机的辅助装置，并非能够独立驱动船舶的主动力。

某些船型也难以确保帆体的安装空间。例如集装箱船由于甲板上堆放的集装箱较高，帆的可动范围与视野保障难以兼顾，这也是散货船、油轮、LNG运输船等甲板相对开阔的船型率先实现实用化的原因之一。

还需注意的是，风力推进带来的减排效果因航线而存在较大差异，因此不能简单地断言“搭载该技术即可实现统一比例的减排”。实际减排率会受到季节性盛行风、航线所经纬度带、船舶航速设定等多种因素的影响而波动。商船三井在积累了长期实际航行数据后才决定扩大搭载规模，这一做法背后很可能也考虑到了充分评估这些变动因素的必要性。

在商船三井脱碳战略中的定位

商船三井在名为“BLUE ACTION MOL”的环境战略下，正结合包括风力挑战者在内的多项技术，力争实现2050年净零排放。其中，风力推进被定位为一项无需额外燃料采购成本、且一旦安装即可持续降低燃油成本的技术。

• 通过风力推进装置（风力挑战者等）改善燃油效率
• 引入使用氨、甲醇等替代燃料的船舶
• 彻底推行节能航行（减速航行、优化航线选择）
• 通过使用岸电等方式减少停泊港口期间的排放

尤其是煤炭、LNG等资源运输多为远洋长航线，更容易受益于良好的风况条件。商船三井从运煤船开始验证，进而拓展到LNG运输船、LCO2运输船，这背后很可能是基于航线特性所确立的实用化优先顺序。

其他企业与海外也在推进风力推进的实用化

致力于利用风力实现节能航行技术的并非只有商船三井一家。海外方面，芬兰的诺斯珀（Norsepower）公司开发了“转子帆”（利用旋转筒体产生马格努斯效应的推进装置），并已在渡轮和油轮上积累了搭载实绩。在日本国内，多家海运公司和造船厂也在研究风筝（凯特）型推进辅助装置，以及将转子帆与硬翼帆组合的混合型方案，风力推进正从一家企业的独有技术，逐步发展为整个行业的共通选项之一。

风力推进技术存在多种方式，包括硬翼帆（风力挑战者型）、利用旋转筒体的转子帆，以及升至高空的风筝型装置等。各方式在适应的风向、船型、安装空间等方面各有优势，今后有望根据船型和航线特性选择最优方式，或将多种方式组合使用。与其说会有单一的“最优解”技术统一整个行业，不如说更可能是多种技术并存，共同为整个海运业的燃油效率改善作出贡献。

对船公司与货主而言的意义

风力挑战者搭载规模的扩大，其影响并不局限于商船三井一家公司。对于运输煤炭、LNG等资源的船公司而言，燃油效率正逐渐成为通过CII评级衡量的公共性指标；而对货主企业而言，其在管理供应链运输环节排放量（范围三排放，Scope 3）时，所委托船公司的环境性能也已成为不可忽视的因素。

与货主脱碳目标的联动

电力公司、资源商社等大型货主企业大多设定了自身的温室气体减排目标，而实现这些目标离不开对范围三（供应链整体）排放量的削减。松风丸作为特定电力公司的专用船运营这一事实表明，对于委托运输的货主而言，将燃油节省带来的减排效果纳入自身的环境业绩，同样具有实际意义。由此可见，船公司的技术投资正在助力货主企业实现脱碳目标的这一结构。

这种结构正在电力、资源、材料等重工业的供应链整体中扩散开来。从原料与燃料采购，到产品制造、运输、销售的各个环节，实现CO2排放的可视化并逐步削减，正日益成为大型货主企业面对股东与合作伙伴问责压力时的必要举措。与积极采用有助于减少运输环节排放的技术的船公司签订长期合同，对货主企业而言也有助于提升自身排放报告的质量。

对整个海运业的波及效应

在一家企业的技术开发逐渐发展为行业标准的过程中，示范数据的公开与共享发挥着重要作用。商船三井以具体数字公布松风丸燃油节省实绩的做法，也为其他船公司考虑引入自有风力推进技术提供了判断依据。若能与海外诺斯珀公司转子帆的实用化案例相互印证，风力推进技术整体的可信度提升，将有望进一步加速行业内的普及应用。

海运脱碳进入复合技术时代

风力挑战者的示范结果所揭示的，并非“依靠单一技术大幅削减排放”，而是海运业界一种现实的应对方式，即将燃料转型、节能航行、可再生能源利用等手段组合起来，逐步累积减排成效。

5%至8%这一数字乍看之下或许并不起眼，但若在全球海运船队中普及开来，其累积效应将对国际海运整体的减排产生不容忽视的贡献。既有船舶改装搭载这一全球首例的出现，也表明该技术正从实验阶段迈向普及应用阶段。

从2009年东京大学启动基础研究，到2022年首艘实船竣工，再到2026年既有船改装搭载完成，风力挑战者历经约15年，稳步积累了各个阶段的成果。这种相较于华丽发布更重视实测数据积累的做法，或可为海运业这类需要长期、大规模设备投资的产业在引入新技术方面提供一个参考范例。

并非回归帆船时代，而是最新工程技术

听到“用帆驱动船舶”这一说法，许多人或许会联想到大航海时代的帆船。但风力挑战者与依靠人力操作布帆的传统帆船有着本质区别。硬翼帆是由复合材料和钢材制成的工业产品，通过传感器与计算机控制自动调整至最优角度与高度。船员无需进行升帆、降帆等操作，船桥系统会根据气象数据自主运行，这本身就是一种现代节能技术。

“帆助机为主”而非“帆为主机为辅”的设计理念

在东京大学的基础研究阶段，曾以发动机为辅助、帆为主动力的“帆为主机为辅”船型作为研究目标，并设定了将燃油消耗量降至传统船三分之一以下的研究目标。而实际实现商用化的风力挑战者，则采用发动机为主动力、帆起辅助减少燃油消耗作用的构成，这表明在研究阶段雄心勃勃的目标与实际商业运营中可采用的现实规格之间，进行了面向实用化的种种调整。研究目标并非原样照搬实施，而是在安全性、运营效率与成本之间取得平衡后逐步产品化，这也是许多环境技术共通的过程。

船员安全保障的视角

在海上运用大型帆体，确保强风及恶劣天气下的安全至关重要。风力挑战者设计为在台风来袭等预计存在危险的情况下收缩帆体，以降低船体承受的风荷载。此外，由于自动控制使船员无需花费时间操作帆体，因此也无需像传统帆船那样新配备专业的操帆技术人员或人力配置，这也降低了商业运营中引入该技术的门槛。

现代商船需要以较少的船员完成长期航行任务，对船员提出新专业技能要求的设备往往更难被采纳。风力挑战者“操作自动化、船员仅需监控”的设计理念，正体现了在不增加船员劳动负担的前提下提升环境性能的务实考量。

如何看待引入成本与经济性

在评估任何一项新兴环保技术时，都无法回避引入成本与投资回收前景的问题。像风力挑战者这样的大型硬翼帆设备，包括帆体本身、可动机构及控制系统在内，需要相应规模的初期投资。另一方面，由于燃油费是船舶整个运营周期内持续产生的成本，只要能确保燃油节省率，运营周期越长，投资就越容易回收。

为何与专用船、长期合同船相性良好

像松风丸这样为特定发电企业运输煤炭的专用船，会长期反复航行于同一航线。这样便于长期积累燃油节省率与风况数据，也更容易预估投资回收前景。相比之下，货主与航线经常变动的不定期船（Tramper）则风况条件变化较大，效果的预估难度也随之提高。商船三井从运煤船等专用船、长期合同船开始扩大搭载规模，很可能正是受到这种经济性可预见程度较高的影响。

燃油价格波动这一另一变量

燃油节省的经济价值，也会受到燃油价格本身波动的影响。当重油或船用低硫燃料价格上涨时，同样的节省率所对应的经济效益也会随之增大。此外，若前文提到的IMO碳定价机制（为排放设定价格）在2020年代后半期正式落地，燃烧燃料所排放的CO2本身将产生成本，这可能进一步提升风力带来的燃油节省的经济价值。

国家扶持政策也在推动引入

正如松风丸的搭载计划获得国土交通省“环境性能优良船舶（特定船舶）引进计划”认定一样，对于环境性能优良船舶的引进，有时也会提供税收优惠或补贴制度。不将新技术的初期投资完全交由民间企业独自承担，而是与国家的政策扶持相结合，这种降低引入门槛的机制得以发挥作用，也是风力挑战者能够走到实用化阶段的原因之一。