یخشکن پولاریس قدرتمندترین یخشکن فنلاند و نخستین یخشکن جهان با قابلیت سوخت دوگانه مایع طبیعی گاز و گازوئیل کمگوگرد است. کشتی پولاریس در سال ۲۰۱۶ توسط کشتیسازی آرچتک هلسینکی ساخته شد. این کشتی با طول ۱۱۰ متر، عرض ۲۵ متر و جابهجایی ۱۶٬۵۰۰ تن، به عنوان نمادی از نوآوری فنلاندی در مهندسی دریایی قطبی شناخته میشود و توسط شرکت دولتی آرچتیا اداره میگردد. یخشکن پولاریس نقش کلیدی در باز نگه داشتن مسیرهای دریایی دریای بالتیک ایفا کرده و بیش از ۱۰۰۰ اسکورت کشتی تجاری را در شرایط یخزدگی شدید انجام داده است. طراحی آن بر پایه الزامات آژانس حمل و نقل فنلاند استوار است و با تمرکز بر مانورپذیری بالا، امکان عملیات در یخ تا ضخامت ۱٫۸ متر را فراهم میکند.
این کشتی نه تنها برای شکستن یخ، بلکه برای عملیات پاسخ به نشت نفت، یدککشی اضطراری و نجات دریایی نیز تجهیز شده و ظرفیت جمعآوری ۱۰۰۰ مترمکعب نفت با نرخ ۲۰۰ مترمکعب در ساعت را دارد. پولاریس با رنگآمیزی آبی تیره بدنه و سفید، به همراه لوگوی “فنلاند ۱۰۰” بر دیواره جلویی، نمادی از صدمین سال استقلال فنلاند است. خدمه ۱۶ نفره آن با تجربه قطبی، کشتی را برای ۵۰ سال خدمت طراحی کردهاند و آن را به ابزاری چندمنظوره برای تجارت زمستانی فنلاند تبدیل نمودهاند.
یخشکن پولاریس چیست؟
یخشکن پولاریس یک کشتی دیزل-الکتریکی پیشرفته است که برای عملیات اسکورت در دریای بالتیک، به ویژه خلیج بوتنیا، طراحی شده و قادر به باز کردن کانالهای ۲۵ متری در یخ ۱٫۸ متری با سرعت ۳٫۵ گره است. این کشتی، که در سال ۲۰۱۳ سفارش داده شد و در سپتامبر ۲۰۱۶ تحویل گردید. پولاریس با سه واحد پیشرانش آزپاد، میتواند در یخهای برینش ۱۷۴ سانتیمتری با سرعت ۱۴ گره حرکت کند.
پولاریس به عنوان یخشکن کلاس پولار ۴ (PC4) طبقهبندی شده که برای عملیات سالانه در یخهای ضخیم اولسال مناسب است. سیستمهای پیشرفته ناوبری، رادارهای X-band و S-band، و سنسورهای یخ، امکان عملیات ایمن در شرایط مهآلود و تاریک زمستانی را فراهم میکند. از زمان راهاندازی، پولاریس بیش از ۱۵۰۰ ساعت یخشکنی در فصلهای زمستانی انجام داده و کارایی خود را در اسکورت کشتیهای باری و تانکرها اثبات کرده است.
مشخصات فنی کلیدی یخشکن پولاریس
پولاریس با طول کلی ۱۱۰ متر، عرض ۲۵ متر و ارتفاع از خط آب ۱۱٫۵ متر، جابهجایی ۱۶٬۵۰۰ تن دارد و غوطهوری آن ۸٫۵ متر است. سرعت حداکثر در آب باز ۱۶ گره و در یخ ۱٫۲ متری ۶ گره است. توان کل پیشرانش ۱۹ مگاوات (۲۵٬۰۰۰ اسب بخار) با سه واحد آزپاد: دو واحد عقبی ۶٫۵ مگاوات و یک واحد جلویی ۶ مگاوات است. سیستم قدرت دیزل-الکتریکی با سه ژنراتور Wärtsilä ۹L34DF دوسوخته، هر کدام ۹ مگاوات، و مخزن LNG به ظرفیت ۲۲۰۰ مترمکعب و گازوئیل ۱۵۰۰ مترمکعب تجهیز شده است.
کشتی با ۱۶ خدمه و ظرفیت اضافی برای ۱۰ نفر، امکانات رفاهی شامل کابینهای تکنفره، سالن غذاخوری و سیستمهای گرمایشی برای دماهای زیر صفر را دارد. طبقهبندی Lloyd’s Register 100A1 Icebreaker (+)، TUG، Oil Recovery و گواهینامههای NOx 3، SOx و P آن را برای عملیات بالتیک ایدهآل میسازد. سیستمهای الکتریکی ۶٫۶ کیلوولت با ترانسفورماتورهای ABB، و باتریهای پشتیبان برای عملیات اضطراری، قابلیت اطمینان بالایی فراهم میکنند.
دلایل انتخاب سوخت LNG برای یخشکن
انتخاب LNG برای یخشکن پولاریس به دلیل کاهش انتشار NOx تا ۹۰ درصد و CO2 تا ۲۵ درصد نسبت به دیزل سنتی بود که با مقررات IMO و اتحادیه اروپا همخوانی دارد. LNG به عنوان سوخت پاکتر، هزینه عملیاتی را ۲۰ درصد کاهش میدهد و با ژنراتورهای Wärtsilä DF، کارایی بالایی در بارهای متغیر یخشکنی ارائه میکند. مخزنهای کرایوژنیک ۲۲۰۰ مترمکعبی، برد ۵۰۰۰ مایل دریایی را فراهم میکنند و با سیستم دوگانه، امکان تغییر سوخت در حین عملیات را میدهد.
این انتخاب بخشی از پروژه WINMOS اتحادیه اروپا بود که بر حمل و نقل زمستانی پایدار تمرکز داشت و فنلاند را به عنوان پیشرو در فناوری LNG دریایی قرار داد. LNG همچنین ایمنی بالاتری در برابر نشت دارد و با سیستمهای تشخیص گاز و تهویه، ریسک را به حداقل میرساند. در نهایت، دسترسی به ترمینالهای LNG در فنلاند مانند تورنیو، عملیات را بدون وقفه تضمین میکند.
بررسی کامل طراحی بدنه مقاوم در برابر یخ
طراحی بدنه پولاریس بر پایه مفهوم double-acting استوار است که در حالت یخشکنی، عقب کشتی (stern-first) عمل میکند و کمان تیز عقب، یخ را مانند چاقو میشکافد. بدنه از فولاد با ضخامت ۲۵ تا ۴۰ میلیمتر در نواحی بحرانی ساخته شده و با پوششهای ضدخوردگی، دوام ۵۰ ساله را تضمین میکند. کمان جلویی برای آب باز بهینه شده و عقب کشتی با زاویه ۳۰ درجه، فشار یخ را توزیع میکند.
سیستمهای تقویتشده شامل ribs و frames اضافی در قسمتهای برخورد یخ است که بارهای دینامیکی تا ۱۲۰ مگاپاسکال را تحمل میکند. آزمایشهای مدل در VTT فنلاند نشان داد که بدنه در یخ ۱٫۸ متری، تنشهای حداکثر ۸۰ درصد حد مجاز را تجربه میکند. طراحی hull form توسط Aker Arctic، مقاومت یخ را ۳۰ درصد کاهش داده و سرعت را افزایش میدهد.
پیشرانش دوگانه؛ ترکیب گاز مایع و گازوئیل
پیشرانش دوگانه یخشکن پولاریس با سه ژنراتور Wärtsilä ۹L34DF، هر کدام ۹ مگاوات، کار میکند که میتوانند بین LNG و LSMDO سوئیچ کنند. در حالت LNG، موتورها با فشار پایین گاز (LPDF) عمل میکنند و بازدهی ۴۵ درصدی دارند، در حالی که در دیزل، برای شرایط اضطراری یا مناطق بدون LNG استفاده میشود. سیستم الکتریکی ABB، قدرت را به آزپادها توزیع میکند و با Dynamic AC، ژنراتورها را در سرعت بهینه نگه میدارد.
این ترکیب، انعطافپذیری عملیاتی را افزایش میدهد و در فصلهای یخ، LNG اصلی است که مصرف را ۱۵ درصد کاهش میدهد. مخزنهای LNG کرایوژنیک با عایق خلاء، تبخیر را به ۰٫۱ درصد در روز محدود میکنند و سیستم boil-off، گاز اضافی را بازیافت میکند.
موتورهای قدرتمند و نحوه عملکرد آنها
موتورهای Wärtsilä ۹L34DF، سیلندرهای ۹ سیلندر خطی با قطر ۳۴ سانتیمتر و کورس ۴۱ سانتیمتر، در دور ۷۲۰ rpm کار میکنند و گشتاور ۲٫۵ مگانیوتنمتر تولید میکنند. در حالت LNG، احتراق کمفشار با جرقه الکتریکی، نویز را به ۹۵ dB(A) کاهش میدهد و در دیزل، تزریق مستقیم سوخت را استفاده میکند. هر موتور با سیستم خنککاری آب شیرین و روغن، دمای ۵۰۰ درجه را مدیریت میکند. عملکرد در یخ با بارهای متغیر، توسط governor الکترونیکی تنظیم میشود که پاسخ را در ۵ ثانیه به حداکثر میرساند. سه موتور، افزونگی ۶۶ درصدی فراهم میکنند و با فیلترهای NOx، انتشار را کنترل میکنند.
عملکرد یخشکن Polaris در یخهای ضخیم
یخشکن پولاریس در یخهای ضخیم بالتیک، مانند خلیج بوتنیا، با سرعت ۳٫۵ گره در ۱٫۸ متری عمل میکند و کانال ۲۵ متری باز میکند. در آزمایشهای ۲۰۱۷، در یخ ۷۲ سانتیمتری با استحکام ۶۰۰ kPa، سرعت ۱۲٫۷ گره جلو و ۱۲٫۲ گره عقب ثبت شد. عملکرد در فصل ۲۰۲۳، بیش از ۲۰۰ اسکورت در یخ ۱٫۵ متری را شامل شد و مانورپذیری آزپاد، چرخش در کانالهای باریک را امکانپذیر ساخت. سیستمهای نظارت یخ، ضخامت را پیشبینی میکنند و سرعت را بهینه میسازند.
سیستمهای ناوبری و کنترل خودکار
سیستمهای ناوبری پولاریس شامل رادارهای Furuno X/S-band، ECDIS با GIS، و GPS دوگانه است که دقت ۱۰ متری در مه ارائه میدهد. سنسورهای یخ با سونار زیرآبی، ضخامت و ridgeها را نقشهبرداری میکنند. کنترل خودکار با ABB ACS 6000، مانور را در یخ مدیریت میکند و dynamic positioning، موقعیت را در ۱ متری نگه میدارد. اتوپایلوت با integration AIS و VDR، مسیرها را ذخیره میکند و در عملیات نفت، سیستمهای هیدرولیک را کنترل مینماید. این سیستمها، ایمنی را در تاریکی زمستانی افزایش میدهند.
فناوری Azipod و مزایای چرخش کامل
فناوری آزپاد ABB در پولاریس، سه واحد ۳۶۰ درجه چرخشی است که دو واحد عقبی ۶٫۵ مگاوات و جلویی ۶ مگاوات، مانورپذیری را ۵۰ درصد افزایش میدهد. چرخش کامل، اجازه حرکت عقباول در یخ را میدهد و مقاومت را ۳۰ درصد کاهش میدهد. هر واحد با پروانه ۴ تیغه استیل ضدزنگ، ۱۳۵ تن وزن دارد و با ice-strengthened، بارهای ۲ مگانیوتن را تحمل میکند. مزایا شامل صرفهجویی ۲۰ درصدی سوخت، کاهش نویز و ارتعاش، و دسترسی آسان برای تعمیر است. در یخشکن پولاریس، آزپاد جلویی، کنترل دقیق در ridgeها را فراهم میکند و کل سیستم، چرخش ۱۸۰ درجه در ۳ دقیقه را ممکن میسازد.
تفاوت یخشکن پولاریس با یخشکنهای روسی مانند آرکتیکا
یخشکن پولاریس با تمرکز بر بالتیک، در مقایسه با یخشکن آرکتیکا روسی که برای قطب شمال طراحی شده، کوچکتر و مانورپذیرتر است. آرکتیکا با طول ۱۷۳ متر، جابهجایی ۳۳٬۵۰۰ تن و توان هستهای ۶۰ مگاوات، یخ ۲٫۸ متری را میشکند، در حالی که پولاریس با ۱۱۰ متر طول و ۱۹ مگاوات توان دیزل-الکتریکی، برای یخ ۱٫۸ متری بالتیک بهینه شده است. آرکتیکا با پیشرانش هستهای، عملیات بدون سوختگیری طولانی را امکانپذیر میسازد، اما پولاریس با سوخت دوگانه LNG/دیزل، انعطافپذیری عملیاتی بالاتری در مناطق با زیرساخت محدود دارد.
مانورپذیری یخشکن پولاریس با سه آزپاد، اجازه چرخش ۱۸۰ درجه در ۳ دقیقه را میدهد، در حالی که یخشکن آرکتیکا با پروانههای ثابت، برای سرعت مستقیم در یخهای قطبی مناسبتر است. پولاریس با هزینه ساخت ۱۲۵ میلیون یورو، اقتصادیتر از آرکتیکا (بیش از ۱ میلیارد دلار) است و برای اسکورت محلی طراحی شده، در مقابل آرکتیکا که برای مسیرهای طولانی NSR است. هر دو کشتی ایمنی بالایی دارند، اما پولاریس با سیستمهای پاسخ به نفت، چندمنظورهتر است.
