الدفع البحري

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Marine propulsion" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (December 2009) (Learn how and when to remove this message)

الدفع البحري هو الآلية أو النظام المستخدم لتوليد الدفع لتحريك المركبة المائية عبر الماء. في حين لا تزال المجاديف والأشرعة مستخدمة في بعض القوارب الصغيرة ، فإن معظم السفن الحديثة تعمل بأنظمة ميكانيكية تتكون من محرك كهربائي أو محرك احتراق داخلي يدفع المروحة ، أو في حالات أقل شيوعًا، في مضخات النفاثة ، مروحة . الهندسة البحرية هي التخصص المعني بعملية التصميم الهندسي لأنظمة الدفع البحرية .

كانت المجاديف والمجاديف التي تعمل بالطاقة البشرية ، وفي وقت لاحق، الأشرعة، هي الأشكال الأولى للدفع البحري. لعبت السفن الشراعية ذات التجديف ، والتي تم تجهيز بعضها بالشراع، دورًا مبكرًا مهمًا في الملاحة البحرية والحروب البشرية المبكرة . كانت أول وسيلة ميكانيكية متقدمة للدفع البحري هي المحرك البخاري البحري ، الذي تم تقديمه في أوائل القرن التاسع عشر. خلال القرن العشرين، تم استبداله بمحركات ديزل ثنائية الشوط أو رباعية الأشواط ، ومحركات خارجية ، ومحركات توربينية غازية على السفن الأسرع. تنتج المفاعلات النووية البحرية ، التي ظهرت في الخمسينيات من القرن الماضي، البخار لدفع السفن الحربية وكاسحات الجليد ؛ فشلت التطبيقات التجارية، التي حاولت في أواخر ذلك العقد، في الانتشار. تم استخدام المحركات الكهربائية التي تستخدم حزم البطاريات للدفع في الغواصات والقوارب الكهربائية وتم اقتراحها للدفع الموفر للطاقة. ^[1]

اكتسبت محركات الغاز الطبيعي المسال شهرة واسعة بسبب انخفاض انبعاثاتها ومزاياها من حيث التكلفة. تعمل محركات ستيرلينج ، التي تعمل بهدوء وسلاسة، على دفع عدد من الغواصات الصغيرة من أجل العمل بهدوء قدر الإمكان. لا يُستخدم تصميمها في التطبيقات البحرية المدنية بسبب كفاءتها الإجمالية المنخفضة مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي أو التوربينات.

حتى تطبيق محرك البخار الذي يعمل بالفحم على السفن في أوائل القرن التاسع عشر، كانت المجاديف أو الرياح هي الوسيلة الرئيسية لدفع المركبات المائية. استخدمت السفن التجارية الشراع بشكل أساسي، ولكن خلال الفترات التي اعتمدت فيها الحرب البحرية على السفن التي تقترب من بعضها البعض أو تقاتل وجهاً لوجه، كانت القوادس مفضلة لقدرتها على المناورة والسرعة. استخدمت القوات البحرية اليونانية التي حاربت في الحرب البيلوبونيسية سفن ثلاثية المجاديف ، كما فعل الرومان في معركة أكتيوم . أدى تطور المدفعية البحرية من القرن السادس عشر فصاعدًا إلى زيادة أهمية الوزن الجانبي على القدرة على المناورة؛ مما أدى إلى هيمنة السفن الحربية التي تعمل بالشراع على مدى القرون الثلاثة التالية.

في العصر الحديث، يوجد الدفع البشري بشكل أساسي في القوارب الصغيرة أو كدفع مساعد في القوارب الشراعية. يشمل الدفع البشري عمود الدفع والتجديف والدواسات.

يتألف الدفع بالشراع بشكل عام من شراع مرفوع على صاري منتصب، مدعوم بدعامات ، ويتم التحكم فيه بواسطة خطوط مصنوعة من الحبال . كانت الأشرعة هي الشكل السائد للدفع التجاري حتى أواخر القرن التاسع عشر، واستمر استخدامها حتى وقت متأخر من القرن العشرين على الطرق التي كانت الرياح مضمونة ولم يكن الفحم متاحًا فيها، كما هو الحال في تجارة النترات في أمريكا الجنوبية . تُستخدم الأشرعة الآن بشكل عام للترفيه والسباقات، على الرغم من استخدام التطبيقات المبتكرة للطائرات الورقية / الملكية ، والأشرعة التوربينية ، والأشرعة الدوارة ، والأشرعة المجنحة ، وطواحين الهواء ، ونظام عوامات الطائرات الورقية الخاص بشركة SkySails على السفن الحديثة الأكبر حجمًا لتوفير الوقود.

في النصف الثاني من القرن العشرين، أدت تكاليف الوقود المرتفعة تقريبًا إلى زوال التوربينات البخارية. تم بناء معظم السفن الجديدة منذ عام 1960 تقريبًا بمحركات ديزل ، رباعية الأشواط أو ثنائية الأشواط. كانت آخر سفينة ركاب كبيرة تم بناؤها بتوربينات بخارية هي Fairsky ، التي تم إطلاقها في عام 1984. وبالمثل، تم إعادة تصميم العديد من السفن البخارية لتحسين كفاءة الوقود . كان أحد الأمثلة البارزة هو Queen Elizabeth 2 التي تم بناؤها عام 1968 والتي تم استبدال توربيناتها البخارية بمحطة دفع تعمل بالديزل والكهرباء في عام 1986.

معظم السفن المبنية حديثًا والمزودة بتوربينات بخارية هي سفن متخصصة مثل السفن التي تعمل بالطاقة النووية، وبعض السفن التجارية (خاصة سفن الغاز الطبيعي المسال وناقلات الفحم) حيث يمكن استخدام البضائع كوقود للوقود .

يمد البخار نوعين من المحركات بالطاقة، المحركات الترددية (مع مكابس دفع بخارية متصلة بعمود مرفقي) والتوربينية (مع شفرات دفع بخارية متصلة شعاعيًا بعمود دوار). يمكن أن تنتقل قوة العمود من كل منهما إما مباشرة إلى المروحة أو نفاثة المضخة أو آلية أخرى، أو تمر عبر شكل من أشكال النقل؛ ميكانيكيًا أو كهربائيًا أو هيدروليكيًا. في القرن التاسع عشر، كان البخار أحد مصادر الطاقة الرئيسية للدفع البحري. في عام 1869 كان هناك تدفق كبير للسفن البخارية حيث خضع المحرك البخاري لتطورات كبيرة خلال تلك الفترة الزمنية.

كان تطوير السفن البخارية ذات المحركات المكبسية عملية معقدة. كانت السفن البخارية المبكرة تعمل بالخشب، وفي وقت لاحق كانت تعمل بالفحم أو زيت الوقود. كانت السفن المبكرة تستخدم عجلات مجداف في المؤخرة أو الجانب ، والتي أفسحت المجال للمراوح اللولبية .

كان أول نجاح تجاري لروبرت فولتون في الولايات المتحدة في عام 1807، عندما ابتكر سفينة بخارية تسمى كليرمونت ، وتبعها في أوروبا سفينة كوميت التي يبلغ طولها 45 قدمًا (14 مترًا) في عام 1812. وتطور الدفع البخاري بشكل كبير خلال بقية القرن التاسع عشر. ومن بين التطورات البارزة المكثف البخاري السطحي ، الذي قضى على استخدام مياه البحر في غلايات السفينة. وقد سمح هذا، إلى جانب التحسينات في تكنولوجيا الغلايات، بضغوط بخار أعلى، وبالتالي استخدام محركات توسع متعددة (مركبة) ذات كفاءة أعلى. وباعتبارها وسيلة لنقل طاقة المحرك، أفسحت عجلات المجداف المجال لمراوح لولبية أكثر كفاءة.

انتشرت محركات البخار ذات التمدد المتعدد على نطاق واسع في أواخر القرن التاسع عشر. كانت هذه المحركات تستنفد البخار من أسطوانة ذات ضغط مرتفع إلى أسطوانة ذات ضغط أقل، مما أدى إلى زيادة كبيرة في الكفاءة. ^[2]

كانت التوربينات البخارية تعمل بالفحم أو، في وقت لاحق، بالوقود النفطي أو الطاقة النووية . وقد رفعت التوربينات البخارية البحرية التي طورها السير تشارلز ألجيرنون بارسونز ^[3] نسبة القدرة إلى الوزن . وقد حقق الدعاية من خلال إظهارها بشكل غير رسمي في سفينة توربينيا التي يبلغ طولها 100 قدم (30 مترًا) في Spithead Naval Review في عام 1897. وقد سهّل هذا جيلًا من السفن عالية السرعة في النصف الأول من القرن العشرين، وجعل المحرك البخاري الترددي عتيقًا؛ أولاً في السفن الحربية، ثم في السفن التجارية لاحقًا.

في أوائل القرن العشرين، بدأ استخدام الوقود الثقيل في نطاق أوسع وبدأ يحل محل الفحم كوقود مفضل في السفن البخارية. وكانت مزاياه العظيمة هي الراحة، وتقليص القوى العاملة من خلال إزالة الحاجة إلى المقلمين والموقدين، وتقليل المساحة المطلوبة لمستودعات الوقود.

في هذه السفن، يسخن المفاعل النووي الماء لتوليد البخار لتشغيل التوربينات. عندما تم تطويره لأول مرة، حدت أسعار الديزل المنخفضة للغاية من الجاذبية التجارية للدفع النووي. لم تتمكن مزايا أمن سعر الوقود والسلامة الأكبر والانبعاثات المنخفضة من التغلب على التكاليف الأولية الأعلى لمحطة الطاقة النووية. في عام 2019، يعد الدفع النووي نادرًا باستثناء بعض السفن البحرية والمتخصصة مثل كاسحات الجليد . في حاملات الطائرات الكبيرة ، يتم استخدام المساحة المستخدمة سابقًا لتخزين السفن بدلاً من ذلك لتخزين وقود الطائرات. في الغواصات ، تتمتع القدرة على التشغيل تحت الماء بسرعة عالية وفي هدوء نسبي لفترات طويلة بمزايا واضحة. كما استخدمت بعض الطرادات البحرية الطاقة النووية؛ اعتبارًا من عام 2006، كانت الفئة الروسية كيروف هي الوحيدة المتبقية في الخدمة . مثال على سفينة غير عسكرية ذات دفع بحري نووي هي كاسحة الجليد من فئة أركتيكا بقوة 75000 حصان (55930  كيلو واط ). في كاسحة الجليد، تتمثل الميزة في تأمين الوقود والسلامة في ظروف القطب الشمالي الصعبة. انتهت التجربة التجارية لسفينة NS  Savannah قبل الزيادات الهائلة في أسعار الوقود في سبعينيات القرن العشرين. عانت سفينة Savannah أيضًا من تصميم غير فعال، حيث كانت مخصصة جزئيًا للركاب وجزئيًا للشحن.

في الآونة الأخيرة، تجدد الاهتمام بالشحن التجاري النووي. أصبحت أسعار الوقود النفطي أعلى بكثير الآن. يمكن لسفن الشحن التي تعمل بالطاقة النووية أن تخفض التكاليف المرتبطة بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتسافر بسرعات إبحار أعلى من السفن التقليدية التي تعمل بالديزل. ^[4]

تستخدم معظم السفن الحديثة محرك ديزل ترددي كمحرك رئيسي، نظرًا لبساطة تشغيله وقوته واقتصاده في استهلاك الوقود مقارنة بمعظم آليات المحرك الرئيسي الأخرى. يمكن توصيل العمود المرفقي الدوار مباشرة بالمروحة في المحركات ذات السرعة البطيئة، عبر علبة تروس تخفيض للمحركات متوسطة وعالية السرعة، أو عبر مولد كهربائي ومحرك كهربائي في السفن التي تعمل بالديزل والكهرباء. يتم توصيل دوران العمود المرفقي بعمود الكامات أو مضخة هيدروليكية في محرك ديزل ذكي .

بدأ استخدام محرك الديزل البحري الترددي لأول مرة في عام 1903 عندما تم تشغيل ناقلة النفط النهرية الكهربائية فاندال بواسطة شركة برانوبل . سرعان ما قدمت محركات الديزل كفاءة أكبر من التوربينات البخارية، ولكن لسنوات عديدة كانت نسبة الطاقة إلى المساحة أقل. ومع ذلك، أدى ظهور الشحن التوربيني إلى تسريع تبنيها، من خلال السماح بكثافة طاقة أكبر.

يتم تصنيف محركات الديزل اليوم على نطاق واسع وفقًا لـ

• دورة تشغيلها: محرك ثنائي الأشواط أو محرك رباعي الأشواط
• بنائها: رأس متقاطع ، أو جذع ، أو مكبس متقابل
• سرعتهم
  • السرعة البطيئة: أي محرك يعمل بسرعة قصوى تصل إلى 300  دورة في الدقيقة ، على الرغم من أن معظم محركات الديزل البطيئة ثنائية الأشواط تعمل بسرعة أقل من 120 دورة في الدقيقة. بعض محركات الشوط الطويل جدًا لها سرعة قصوى تبلغ حوالي 80 دورة في الدقيقة. أكبر وأقوى المحركات في العالم هي محركات الديزل البطيئة ثنائية الأشواط.
  • السرعة المتوسطة: أي محرك تبلغ سرعته التشغيلية القصوى في نطاق 300-1000 دورة في الدقيقة. تتمتع العديد من محركات الديزل الحديثة ذات السرعة المتوسطة رباعية الأشواط بسرعة تشغيل قصوى تبلغ حوالي 500 دورة في الدقيقة.
  • سرعة عالية: أي محرك بسرعة تشغيل قصوى تزيد عن 1000 دورة في الدقيقة.

تستخدم أغلب السفن التجارية الحديثة الكبيرة محركات بطيئة السرعة ثنائية الأشواط أو محركات ذات سرعة متوسطة رباعية الأشواط. وقد تستخدم بعض السفن الأصغر محركات ديزل عالية السرعة.

إن حجم الأنواع المختلفة من المحركات يعد عاملاً مهماً في اختيار ما سيتم تركيبه في السفينة الجديدة. فالمحركات ثنائية الأشواط البطيئة السرعة أطول بكثير، ولكن المساحة المطلوبة أصغر من تلك المطلوبة لمحركات الديزل متوسطة السرعة رباعية الأشواط ذات التصنيف المكافئ. ونظرًا لأن المساحة فوق خط الماء محدودة للغاية في سفن الركاب والعبارات (خاصة تلك التي تحتوي على سطح للسيارات)، فإن هذه السفن تميل إلى استخدام محركات متعددة متوسطة السرعة مما يؤدي إلى زيادة مساحة غرفة المحرك وجعلها أقل من تلك المطلوبة لمحركات الديزل ثنائية الأشواط. كما أن تركيب محركات متعددة يوفر أيضًا التكرار في حالة حدوث عطل ميكانيكي لمحرك واحد أو أكثر، وإمكانية تحقيق كفاءة أكبر على مدى أوسع من ظروف التشغيل.

نظرًا لأن مراوح السفن الحديثة تكون في أقصى درجات كفاءتها عند سرعة تشغيل معظم محركات الديزل البطيئة السرعة، فإن السفن التي تحتوي على هذه المحركات لا تحتاج عمومًا إلى علب تروس. وعادةً ما تتكون أنظمة الدفع هذه من عمود أو عمودين للمروحة، ولكل منهما محرك دفع مباشر خاص به. وقد تحتوي السفن التي تعمل بمحركات ديزل متوسطة أو عالية السرعة على مروحتين أو أكثر (وأحيانًا أكثر)، وعادةً ما يكون هناك محرك واحد أو أكثر يدفع كل عمود للمروحة عبر علبة تروس. وفي حالة توصيل أكثر من محرك بعمود واحد، فمن المرجح أن يتحرك كل محرك عبر قابض، مما يسمح بفصل المحركات غير المستخدمة عن علبة التروس بينما تستمر المحركات الأخرى في العمل. ويتيح هذا الترتيب إجراء الصيانة أثناء السير، حتى بعيدًا عن الميناء.

الدفع البحري المشترك
CODOG CODAG CODLAD CODLAG CODAD COSAG COGOG COGAG COGAS CONAS IEP أو IFEP

استخدمت العديد من السفن الحربية التي بُنيت منذ ستينيات القرن العشرين توربينات الغاز للدفع، كما فعلت بعض سفن الركاب، مثل السفن النفاثة . تُستخدم توربينات الغاز عادةً مع أنواع أخرى من المحركات. ومؤخرًا، تم تركيب توربينات غازية على سفينة RMS  Queen Mary 2 بالإضافة إلى محركات الديزل . ونظرًا لكفاءتها الحرارية الضعيفة عند خرج الطاقة المنخفض (الإبحار)، فمن الشائع أن تمتلك السفن التي تستخدمها محركات ديزل للإبحار، مع الاحتفاظ بتوربينات الغاز عند الحاجة إلى سرعات أعلى. ومع ذلك، في حالة سفن الركاب، كان السبب الرئيسي لتركيب توربينات الغاز هو السماح بتقليل الانبعاثات في المناطق البيئية الحساسة أو أثناء التواجد في الميناء. ^[5] كما استخدمت بعض السفن الحربية، وعدد قليل من سفن الرحلات البحرية الحديثة، توربينات البخار لتحسين كفاءة توربينات الغاز الخاصة بها في الدورة المركبة ، حيث يتم استخدام الحرارة المهدرة من عادم توربين الغاز لغلي الماء وإنشاء البخار لتشغيل توربين بخاري. في مثل هذه الدورات المشتركة، يمكن أن تكون الكفاءة الحرارية هي نفسها أو أكبر قليلاً من كفاءة محركات الديزل وحدها؛ ومع ذلك، فإن نوعية الوقود اللازمة لهذه التوربينات الغازية أكثر تكلفة بكثير من تلك اللازمة لمحركات الديزل، وبالتالي فإن تكاليف التشغيل لا تزال أعلى.

تحتوي بعض اليخوت الخاصة، مثل Alamshar التابعة لآغا خان ، أيضًا على دفع توربيني غازي (Pratt and Whitney ST40M)، ^[6] مما يتيح سرعات قصوى تصل إلى 70 عقدة، وهو أمر فريد من نوعه بالنسبة لليخت الذي يبلغ طوله 50 مترًا. ^[7]

يتعين على شركات الشحن الامتثال لقواعد المنظمة البحرية الدولية والاتفاقية الدولية لمنع التلوث الناجم عن السفن. تعمل محركات الوقود المزدوج إما بالديزل البحري أو زيت الوقود الثقيل أو الغاز الطبيعي المسال. يحتوي محرك الغاز الطبيعي المسال البحري على خيارات وقود متعددة، مما يسمح للسفن بالعبور دون الاعتماد على نوع واحد من الوقود. تظهر الدراسات أن الغاز الطبيعي المسال هو أكثر أنواع الوقود كفاءة، على الرغم من أن الوصول المحدود إلى محطات التزود بالوقود بالغاز الطبيعي المسال يحد من إنتاج مثل هذه المحركات. تم تجهيز السفن التي تقدم خدمات في صناعة الغاز الطبيعي المسال بمحركات تعمل بالوقود المزدوج، وقد ثبت أنها فعالة للغاية. تشمل فوائد محركات الوقود المزدوج مرونة الوقود والتشغيل، والكفاءة العالية، والانبعاثات المنخفضة، ومزايا التكلفة التشغيلية. ^[8]

توفر محركات الغاز الطبيعي المسال لصناعة النقل البحري بديلاً صديقًا للبيئة لتوفير الطاقة للسفن. في عام 2010، وقعت شركة STX Finland وشركة Viking Line اتفاقية لبدء بناء ما سيكون أكبر عبارة سياحية صديقة للبيئة. سيتم الانتهاء من بناء NB 1376 في عام 2013. وفقًا لشركة Viking Line، سيتم تشغيل السفينة NB 1376 بشكل أساسي بالغاز الطبيعي المسال. ستكون انبعاثات أكسيد النيتروجين من السفينة NB 1376 قريبة من الصفر، وستكون انبعاثات أكسيد الكبريت أقل بنسبة 80٪ على الأقل من معايير المنظمة البحرية الدولية (IMO). ^[9]

لقد أدت أرباح الشركة من التخفيضات الضريبية ومزايا التكلفة التشغيلية إلى النمو التدريجي لاستخدام وقود الغاز الطبيعي المسال في المحركات. ^[10]

محركات الغاز البترولي المسال

مع تحول الاستدامة البيئية إلى مصدر قلق بالغ الأهمية، تستكشف صناعة النقل البحري تقنيات الدفع الأكثر نظافة. يعد غاز البترول المسال (LPG) بديلاً آخر للوقود يجلب فوائد تشغيلية واقتصادية وبيئية. أظهرت الدراسات أن استخدام غاز البترول المسال يقلل من انبعاثات أكسيد الكبريت بنسبة 97٪ والجسيمات بنسبة 90٪. ^[11] على غرار الغاز الطبيعي المسال، تم تجهيز العديد من سفن غاز البترول المسال بمحركات تعمل بالوقود المزدوج وهي فعالة للغاية. كما أن استخدام غاز البترول المسال كوقود يجعل عملية نقل غاز البترول المسال أسهل. أولاً، يتم ملء خزانات سطح غاز البترول المسال مع خزانات شحن غاز البترول المسال باستخدام نظام الشحن أثناء التحميل. ثم يتم سحب غاز البترول المسال من خزانات السطح إلى نظام إمداد غاز الوقود وتوصيله بالأنابيب إلى المحرك. ^[12] وهذا يزيد من الكفاءة التشغيلية والاقتصادية، ^[13] خاصة أثناء الشحن لمسافات طويلة.

في عام 2020، كانت شركة BW LPG رائدة في بناء أول ناقلة غاز كبيرة جدًا في العالم تم تجهيزها بتقنية الدفع بالوقود المزدوج LPG، وتمتلك الشركة أكبر أسطول من ناقلات الغاز الكبيرة جدًا تم تجهيزه بتقنية الدفع بالوقود المزدوج LPG. تعمل هذه التقنية على خفض الانبعاثات والاقتراب خطوة نحو تحقيق الشحن الخالي من الكربون.

منذ أواخر الثمانينيات، قامت شركة بناء السفن السويدية Kockums ببناء عدد من الغواصات الناجحة التي تعمل بمحرك ستيرلنغ. ^{[14] [15]} تخزن الغواصات الأكسجين المضغوط للسماح باحتراق الوقود الخارجي بشكل أكثر كفاءة ونظافة عند غمرها، مما يوفر الحرارة لتشغيل محرك ستيرلنغ. تُستخدم المحركات حاليًا في الغواصات من فئتي Gotland و Södermanland والغواصة اليابانية من فئة Sōryū . ^[16] هذه هي أول غواصات تتميز بالدفع المستقل عن الهواء لستيرلنغ (AIP)، والذي يمتد القدرة على التحمل تحت الماء من بضعة أيام إلى عدة أسابيع. ^[15]

إن مصدر الحرارة لمحرك ستيرلينج هو عادة درجة حرارة الهواء المحيط. وفي حالة محركات ستيرلينج متوسطة إلى عالية القدرة، يلزم وجود مبرد لنقل الحرارة من المحرك إلى الهواء المحيط. تتمتع محركات ستيرلينج البحرية بميزة استخدام الماء بدرجة حرارة المحيط. إن وضع قسم مبرد التبريد في مياه البحر بدلاً من الهواء المحيط يسمح بتصغير حجم المبرد. يمكن استخدام مياه تبريد المحرك بشكل مباشر أو غير مباشر لأغراض التدفئة والتبريد للسفينة. يتمتع محرك ستيرلينج بإمكانات الدفع على سطح السفن، حيث أن الحجم المادي الأكبر للمحرك لا يشكل أهمية كبيرة.

على الرغم من عدم استخدامه بشكل شائع في الصناعة البحرية حاليًا، فإن الهيدروجين كبديل للوقود الأحفوري هو مجال يتطلب استثمارات كبيرة. اعتبارًا من عام 2018، تعهدت شركة الشحن ميرسك بأن تكون خالية من الكربون بحلول عام 2050، وهو الهدف الذي تخطط لتحقيقه جزئيًا من خلال الاستثمار في تكنولوجيا وقود الهيدروجين. ^[17] في حين أن الهيدروجين وقود واعد، إلا أنه يعاني من بعض العيوب. الهيدروجين أكثر قابلية للاشتعال من أنواع الوقود الأخرى مثل الديزل، لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة. كما أنه ليس كثيف الطاقة للغاية، لذلك يجب ضغطه بشدة لزيادة كثافة طاقته بما يكفي ليكون عمليًا، على غرار الميثان والغاز الطبيعي المسال. ^[17] يمكن استخراج طاقة الهيدروجين إما باستخدام نظام خلية الوقود أو يمكن حرقه في محرك احتراق داخلي، على غرار محركات الديزل المستخدمة حاليًا في الصناعة البحرية. ^[18]

ظهرت الدفعات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات لأول مرة في الجزء الأخير من القرن التاسع عشر، لتشغيل القوارب الصغيرة التي تعمل بالبحيرات. اعتمدت هذه القوارب بالكامل على بطاريات الرصاص الحمضية للحصول على التيار الكهربائي لتشغيل مراوحها. تطورت شركة إلكو (شركة الإطلاق الكهربائي) لتصبح رائدة الصناعة، ثم توسعت لاحقًا في أشكال أخرى من السفن، بما في ذلك قارب بي تي الشهير في الحرب العالمية الثانية .

في الجزء الأول من القرن العشرين، تم تكييف الدفع الكهربائي للاستخدام في الغواصات . ونظرًا لأن الدفع تحت الماء الذي يتم تشغيله حصريًا بواسطة بطاريات ثقيلة كان بطيئًا ومحدود المدى والوقت، فقد تم تطوير بنوك البطاريات القابلة لإعادة الشحن. كانت الغواصات تعمل في المقام الأول بأنظمة ديزل كهربائية مدمجة على السطح، والتي كانت أسرع بكثير وسمحت بتوسيع النطاق بشكل كبير، وشحن أنظمة البطاريات الخاصة بها حسب الضرورة للعمل والمدة المحدودة تحت السطح. أدت الغواصة التجريبية هولاند الخامس إلى اعتماد هذا النظام من قبل البحرية الأمريكية ، تليها البحرية الملكية البريطانية .

ولتوسيع مدى ومدة الغواصة أثناء الحرب العالمية الثانية، طورت البحرية الألمانية نظام غطس يسمح باستخدام نظام الديزل والكهرباء بينما كانت الغواصة مغمورة بالكامل تقريبًا. وأخيرًا، في عام 1952، تم إطلاق الغواصة يو إس إس نوتيلوس ، وهي أول غواصة تعمل بالطاقة النووية في العالم، والتي ألغت القيود المفروضة على كل من وقود الديزل والدفع بالبطاريات ذات المدة المحدودة.

يتم بناء العديد من السفن قصيرة المدى كسفن كهربائية بحتة (أو تحويلها إلى سفن كهربائية بحتة) . ويشمل ذلك بعض السفن التي تعمل بالبطاريات التي يتم إعادة شحنها من الشاطئ، وبعضها الآخر يعمل بالطاقة من الشاطئ بواسطة كابلات كهربائية ، إما فوق الرأس أو تحت الماء (بدون بطاريات).

في 12 نوفمبر 2017، أطلقت شركة Guangzhou Shipyard International (GSI) ما قد يكون أول ناقلة فحم داخلية تعمل بالكهرباء بالكامل وتعمل بالبطارية في العالم. ستحمل السفينة التي يبلغ وزنها 2000 طن شحنة كبيرة تصل إلى 40 ميلًا بحريًا لكل شحنة. تحمل السفينة بطاريات ليثيوم أيون مصنفة بقدرة 2400 كيلووات في الساعة، وهي نفس الكمية تقريبًا التي تحتوي عليها 30 سيارة سيدان كهربائية من طراز Tesla Model S. ^{[19] [20]}

يوفر نقل الطاقة من المحرك إلى المروحة باستخدام الديزل والكهرباء مرونة في توزيع الآلات داخل السفينة بتكلفة أولية أعلى من الدفع المباشر. إنه حل مفضل للسفن التي تستخدم مراوح مثبتة على جراب لتحديد المواقع بدقة ^[21] أو تقليل الاهتزازات العامة من خلال وصلات مرنة للغاية. ^{[22] [23]} يوفر الديزل والكهرباء مرونة في تخصيص خرج الطاقة للتطبيقات على متن السفينة، بخلاف الدفع. ^[24] كانت أول سفينة تعمل بالديزل والكهرباء هي الناقلة الروسية فاندال ، التي تم إطلاقها في عام 1903. ^[25]

يستخدم ناقل الحركة التوربيني الكهربائي مولدات كهربائية لتحويل الطاقة الميكانيكية للتوربين (البخار أو الغاز) إلى طاقة كهربائية والمحركات الكهربائية لتحويلها مرة أخرى إلى طاقة ميكانيكية لتشغيل أعمدة الدفع. تتمثل إحدى مزايا ناقل الحركة التوربيني الكهربائي في أنه يسمح بدمج التوربينات عالية السرعة مع المراوح أو العجلات البطيئة الدوران، دون الحاجة إلى علبة تروس. يمكنه أيضًا توفير الكهرباء لأنظمة كهربائية أخرى، مثل الإضاءة وأجهزة الكمبيوتر والرادار ومعدات الاتصالات. ^{[ بحاجة لمصدر ] [26]}

تُستخدم المراوح عادةً في السفن التجارية اليوم لنقل قوة الدوران للعمود إلى قوة دفع. تنتقل قوة الدفع الناتجة عن المراوح إلى الهيكل عبر محمل دفع.

تم تطوير العديد من أنواع الدفع على مر الزمن. وتشمل هذه الأنواع:

تعد المجاديف من أقدم أشكال الدفع البحري، وقد تم العثور عليها منذ 5000-4500 قبل الميلاد. ^[27] تُستخدم المجاديف في رياضات التجديف مثل التجديف بالكاياك والتجديف بالزوارق. ^[28]

تُعرف مراوح السفن أيضًا باسم "البراغي". هناك العديد من الاختلافات في أنظمة المراوح البحرية، بما في ذلك المراوح المزدوجة، والمراوح ذات الدوران المعاكس، والمراوح ذات الميل القابل للتحكم، والمراوح على شكل فوهة. في حين تميل السفن الأصغر إلى أن يكون لها برغي واحد، فإن السفن الكبيرة جدًا مثل ناقلات النفط وسفن الحاويات وناقلات البضائع السائبة قد يكون لها برغي واحد لأسباب تتعلق بكفاءة الوقود. قد تحتوي السفن الأخرى على برغيين مزدوجين أو ثلاثيين أو رباعيين. تنتقل الطاقة من المحرك إلى المراوح عن طريق عمود المروحة، والذي قد يكون متصلاً بعلبة تروس. ثم تحرك المروحة السفينة عن طريق خلق قوة دفع. عندما تدور المروحة، يكون الضغط أمام المروحة أقل من الضغط خلف المروحة. تدفع القوة الناتجة عن فرق الضغط المروحة إلى الأمام. ^[29]

عجلة المجداف هي عجلة كبيرة، مصنوعة عمومًا من إطار فولاذي ، مثبت على حافتها الخارجية شفرات مجداف عديدة (تسمى العوامات أو الدلاء ). يتحرك الربع السفلي أو نحو ذلك من العجلة تحت الماء. ينتج دوران عجلة المجداف قوة دفع ، للأمام أو للخلف حسب الحاجة. تتميز تصميمات عجلة المجداف الأكثر تقدمًا بطرق ريش تحافظ على كل شفرة مجداف موجهة أقرب إلى العمودي أثناء وجودها في الماء؛ وهذا يزيد من الكفاءة. عادةً ما يكون الجزء العلوي من عجلة المجداف محاطًا بصندوق مجداف لتقليل تناثر الماء.

لقد حلت العجلات المجدافية محل العجلات اللولبية، وهي شكل أكثر كفاءة من أشكال الدفع. ومع ذلك، تتمتع العجلات المجدافية بميزتين على العجلات اللولبية، مما يجعلها مناسبة للسفن في الأنهار الضحلة والمياه المقيدة: أولاً، من غير المرجح أن تسدها العوائق والحطام؛ وثانياً، عندما تدور في الاتجاه المعاكس، فإنها تسمح للسفينة بالدوران حول محورها الرأسي. كانت بعض السفن مزودة بعجلة مجدافية واحدة بالإضافة إلى عجلتين مجدافيتين، للحصول على مزايا كلا النوعين من الدفع.

تستخدم مضخة نفاثة ، أو نفاثات مائية ، أو نفاثات مائية ، أو محرك نفاث مروحة مقوّاة ( مضخة تدفق محوري )، أو مضخة طرد مركزي ، أو مضخة تدفق مختلطة لإنشاء نفاثة من الماء للدفع.

تتضمن هذه الأنظمة مدخلًا لمياه المصدر وفوهة لتوجيه تدفقها للخارج، مما يؤدي إلى توليد الزخم، وفي معظم الحالات، استخدام التوجيه الدفعي لتوجيه المركبة. ^[30]

توجد المضخات النفاثة في المركبات المائية الشخصية ، وقوارب الأنهار ذات الغاطس الضحل، والطوربيدات.

الغرض من الأشرعة هو استخدام طاقة الرياح لدفع السفينة أو الزلاجة أو اللوح أو المركبة أو الدوار . اعتمادًا على زاوية الشراع، سيكون الفرق في اتجاه اتجاه القارب واتجاه الرياح. ^[31] تم استخدام الداكرون كثيرًا كمادة للأشرعة بسبب قوته ومتانته وسهولة صيانته. ومع ذلك، عندما تم نسجه، عانى من نقاط ضعف. في الوقت الحاضر، تُستخدم الأشرعة المصفحة لمكافحة ضعف الأشرعة عند نسجها. ^[32]

إن مراوح فويث شنايدر (VSP) عبارة عن مراوح دائرية عملية توفر دفعًا فوريًا في أي اتجاه. ولا توجد حاجة لتدوير المروحة. ولا تحتاج معظم السفن التي تحتوي على مراوح فويث شنايدر إلى دفة أو تمتلكها. وغالبًا ما تُستخدم مراوح فويث شنايدر في زوارق القطر وسفن الحفر وغيرها من المركبات المائية التي تتطلب قدرة مناورة جيدة بشكل غير عادي. وقد تم نشر مراوح فويث شنايدر لأول مرة في ثلاثينيات القرن العشرين، وهي موثوقة ومتوفرة بأحجام كبيرة. ^[33]

كانت وسيلة الدفع المائية وسيلة غير شائعة في وقت مبكر لدفع القوارب. كانت هذه الوسيلة تحرك سلسلة من المجاديف على سلاسل على طول قاع القارب لدفعه فوق الماء، وقد سبقت تطوير المركبات المجنزرة . ^[34] تم تطوير أول قاطرة مائية بواسطة جوزيف فيليبيرت ديسبلانك في عام 1782 ودفعت بواسطة محرك بخاري. في الولايات المتحدة، تم تسجيل براءة اختراع أول قاطرة مائية في عام 1839 بواسطة ويليام ليفنوورث من نيويورك. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في عام 1997، حصل جريجوري إس. كيترمان على براءة اختراع لطريقة دفع تعتمد على زعانف متذبذبة تعمل بواسطة الدواسات. ^[35] وتسوق شركة هوبي طريقة الدفع هذه باسم "نظام الدفع بالدواسة MirageDrive" في قوارب الكاياك الخاصة بها. ^[36]

تقوم الطائرات الشراعية تحت الماء بتحويل الطفو إلى قوة دفع باستخدام الأجنحة أو مؤخرًا شكل الهيكل (طائرة شراعية SeaExplorer). يتم تحويل الطفو إلى قوة دفع سلبية وإيجابية بالتناوب، مما يؤدي إلى إنشاء مقاطع منشارية مسننة.

محرك غشاء الزعانف هو تقنية جديدة مستوحاة من الدفع الوظيفي لزعانف الأسماك دون استخدام مروحة قياسية. وقد تم تطويره خصيصًا من قبل شركة Finx الفرنسية الناشئة. [1] ويستخدم الآن بشكل أساسي في الترفيه البحري.