Confronto economico

È possibile fare un confronto dei diversi costi di investimento rispetto alla configurazione scelta per l’impianto di propulsione studiato in questa Tesi di Laurea, senza prevedere alcuna tecnologia per il recupero energetico dai gas di scarico. In Tabella 10.5 vi sono riportati i risultati ottenuti mediante l’utilizzo dei dati riportati in Tabella 9.2.

Configurazione impianto Imp. NG - IEP.

(Figoli)

Imp. NG-IEP (Benassi)

Imp. mecc.

(Cocino)

MCI 1 1.29 (con TG LM 25)

0.78 1.21 (con TG TITAN)

MCI + WHR 1.11 1.34 (con TG LM 25)

0.88 1.26 (con TG TITAN)

MCI + HTC 1.03 - 0.81

MCI + WHR + HTC 1.14 - 0.91

Tabella 10.5 – Costo delle configurazioni impiantistiche in riferimento a quella ‘’no rec’’ presentata in questa tesi

Dalla Tabella 10.5 si vede come rispetto al valore di riferimento, i costi dell’impianto meccanico studiato da Claudio Cocino risultino essere molto inferiori. Non si hanno dati a disposizione per avvalorare tale tesi, ma si può supporre, con un buon grado di certezza, che i risparmi sull’investimento non siano tali da coprire i maggiori costi operazionali della nave.

Anche per la configurazione ‘’Benassi’’ non si è fatto un confronto sul costo del combustibile per miglio nautico ma, dalle Figure 10.5, 10.6, 10.9 e 10.10, si vede come per ogni velocità analizzata i rendimenti riferiti alla Tesi di Laurea qui presentata risultino maggiori rispetto a quelli della configurazione ‘’Benassi’’. Inoltre, essendo i costi di investimenti, per l’impianto con la TAG installata, maggiori, il CAPEX risulterà annualmente più alto, e tenendo conto delle considerazioni sul rendimento fatte precedentemente, si può concludere che la configurazione studiata in questa tesi, comprendente tutti i recuperi, sia economicamente migliore rispetto a qualsiasi configurazione studiata da Rebecca Benassi.

Conclusioni

Partendo dall’esigenza della società armatoriale di Grandi Navi Veloci S.p.A. di conferire migliori caratteristiche prestazionali e una maggiore flessibilità di impiego del traghetto ‘’La Suprema’’, questa Tesi di Laurea propone un progetto di repowering basato su un impianto di propulsione originale. Per permettere una scelta più ampia tra le diverse rotte possibili, su indicazione della compagnia di navigazione, il range delle velocità nave cui si rivolge l’ottimizzazione è compreso tra i 16 e i 25 nodi. Nell’ambito della Tesi è sviluppata una particolare configurazione impiantistica con diverse varianti, al fine di identificare quella che soddisfa meglio gli standard desiderati dalla compagnia armatoriale.

Nello sviluppo dell’impianto di propulsione proposto ci si è posto un duplice obiettivo:

massimizzare le prestazioni della nave in termini di rendimento globale e il soddisfacimento delle normative sull’inquinamento emanate dalla MARPOL. La massimizzazione del rendimento globale consente da un lato un risparmio di combustibile e quindi un vantaggio di tipo economico per l’armatore, dall’altro permette di ridurre le emissioni inquinanti che, assieme ad una adeguata scelta del tipo di combustibile consente di rispettare le normative internazionali imposte per la tutela dell’ambiente.

Per conseguire tale obiettivo, dopo una breve ricerca di navi simili già in servizio, si è optato per un impianto full electric di tipo IEP, che consente di ottenere l’ottimizzazione più spinta, a costo di una perdita di rendimento ridotta provocata dall’inserimento di diversi componenti aggiuntivi, rispetto alla propulsione meccanica. L’impianto di propulsione scelto è composto da 5 motori, tutti a quattro tempi e dual – fuel, tre dei quali di taglia maggiore, mentre gli altri due sono più piccoli. Lo studio è stato effettuato considerando sempre il natural gas quale combustibile.

Al fine di migliorare lo sfruttamento del combustibile, sono stati previsti sistemi di recupero del calore di scarto dei gas in uscita dai motori principali. Caldaie a recupero (WHR) e turbosoffianti ibride (HTC) sono state pensate per i tre motori di taglia superiore, mentre quelli di taglia più piccola sono privi di tali sistemi di recupero energetico.

In ambiente Matlab, è stato generato un codice di ottimizzazione dell’impianto di propulsione, nelle sue diverse possibili configurazioni. Ad ogni velocità nave studiata, per ogni configurazione impiantistica relativa ai recuperi energetici installati e per le due stagioni considerate (navigazione estiva o invernale), il codice di ottimizzazione sviluppato seleziona il numero e la tipologia di motori attivi e il relativo carico di potenza, che rende massimo il rendimento globale dell’impianto.

Facendo riferimento ai risultati ottenuti, si può dire di aver raggiunto gli intenti del progetto di repowering: in tutto il range di velocità considerato (16 - 25 kn) è mantenuto un buon rendimento globale dell’impianto, e, come mostrato dal calcolo dell’EEDI, già la configurazione impiantistica che non prevede alcun recupero energetico permette di navigare nel rispetto dei limiti imposti alle navi di nuova costruzione (o comunque oggetto di repowering) dalle normative inerenti le emissioni di anidride carbonica entrate in vigore dal 1° gennaio 2020. Le altre tre configurazioni impiantistiche studiate, che prevedono almeno una delle tecnologie di recupero energetico prima accennate, rispettano le norme IMO che entreranno in vigore dal 1° gennaio 2025.

Tra quelle indicate dall’armatore, sono state considerate tre rotte oltre a quella che attualmente sta percorrendo ‘’La Suprema’’, caratterizzate da velocità nave diverse tra loro, nel range indicato dall’armatore. Per ognuna di queste rotte, considerando la relativa velocità di percorrenza, si è potuto valutare l’indice EEOI e il costo del combustibile per miglio nautico. Il primo parametro, a differenza dell’EEDI, non è soggetto a limitazioni normative, ma è utile per l’armatore per conoscere l’efficienza energetica della nave. Il costo del combustibile per miglio nautico è stato invece richiesto esplicitamente dalla compagnia in quanto parametro fondamentale per definire la fattibilità economica per ciascuna rotta.

Infine, si è svolta un’analisi economica calcolando, per ogni rotta analizzata, i tempi per i quali sia possibile rientrare nei costi di investimento necessari per l’installazione a bordo delle tecnologie per il recupero energetico. Oltre al payback time è stato anche calcolato, per ogni rotta, il possibile risparmio economico derivante da tali installazioni, stimando la vita della nave pari a 25 anni.

I principali punti di forza dell’impianto studiato e i relativi vantaggi rispetto ai tradizionali impianti di tipo meccanico sono riassunti di seguito:

• Utilizzo del natural gas: questo combustibile economico, pulito e relativamente sicuro, permette di ridurre in modo significativo i livelli di emissioni inquinanti regolate da normative sempre più stringenti a tutela dell’ambiente;

• Adozione della propulsione elettrica integrata (IEP): conferisce maggior prontezza di risposta e manovrabilità alla nave, assicura miglior confort a bordo grazie alla riduzione di rumore e vibrazione. Inoltre, l’eliminazione della linea d’asse aumenta la libertà di posizionamento dei macchinari all’interno dello scafo, e riduce la potenza totale installata a bordo;

• Impiego combinato di 5 motori dual - fuel quattro tempi: il tipo di propulsione adottato (IEP) permette di sfruttare le caratteristiche di funzionamento ottimali di

ciascun motore, regolandone l’attivazione/disattivazione e la percentuale di carico di ciascun motore attivo in funzione della richiesta di potenza, in modo da navigare anche alle basse velocità mantenendo elevato il rendimento globale dell’impianto;

• Installazione di sistemi di recupero del calore dei gas di scarico: come già ribadito, detti impianti consentono di incrementare l’efficienza energetica della nave, sfruttando al meglio l’energia del combustibile bruciato.

L’impianto sviluppato presenta, tuttavia, anche diversi svantaggi, quali:

• Difficolta di stoccaggio dell’LNG, dovuto all’elevato costo ed ingombro dei relativi impianti e serbatoi;

• Maggiore costo dei motori dual fuel o a natural gas;

• Attuale scarsa diffusione e reperibilità di infrastrutture adibite al rifornimento di LNG nei porti;

• Maggiori costi di installazione e manutenzione dovuti alla presenza dei sistemi di recupero e all’impiego del natural gas;

• Personale maggiormente qualificato per la gestione dei rischi sulla sicurezza associati all’utilizzo del natural gas come combustibile.

Bisogna considerare però che le tecnologie relative all’impiego del natural gas sono ancora in via di sviluppo, e che un sempre maggiore numero di porti si stanno attrezzando per il rifornimento di LNG alle navi che lo impiegano.

Le valutazioni economiche effettuate nella tesi mostrano che i maggiori costi di investimento e manutenzione, conseguenti all’utilizzo di tale combustibile e dei sistemi di recupero energetico, sono ampiamente ripagati dai risparmi associati alla riduzione di combustibile bruciato conseguentemente all’aumento del rendimento globale dell’impianto.

Nell’ultimo capitolo di questa tesi si sono poi confrontati i risultati ottenuti con quelli derivanti da due Tesi di Laurea dell’Università degli Studi di Genova. La prima relativa ad un impianto di tipo meccanico, nei casi che i relativi motori siano alimentati a NG o HFO.

Tale impianto è leggermente più innovativo rispetto a quello attualmente installato a bordo della nave modello per via della presenza dei recuperi energetici studiati. La seconda Tesi di Laurea riguarda un impianto di tipo IEP che comprende una TAG, e quattro MCI quattro tempi del tipo dual – fuel o a natural gas, in questa configurazione impiantistica i due motori dual fuel hanno una potenza inferiore rispetto a quella degli analoghi motori utilizzati

nell’impianto sviluppato in questa tesi. Anche in questo ultimo impianto, sia la TAG chi i motori a quattro tempi sono sempre alimentati da NG.

Dal confronto con i suddetti impianti si è appurato che l’impianto qui proposto ha delle prestazioni energetiche ed ecologiche notevolmente migliori rispetto ad un impianto di tipo meccanico, esso sia alimentato a NG o HFO. Dal punto di vista economico la soluzione adottata in questa tesi, in presenza di tutti i recuperi energetici, risulta in ogni caso migliore rispetto alle soluzioni adottata nell’impianto che prevede l’impiego della turbina a gas in abbinamento ai motori navali a quattro tempi.

Si ritiene quindi che l’impianto proposto in questa Tesi di Laurea abbia i requisiti per soddisfare le richieste dell’armatore della nave modello; esso si inserisce nell’ambito dell’attuale tendenza della progettazione navale di adottare soluzioni impiantistiche sempre più innovative ed energeticamente efficienti, volte anche alla riduzione dei costi operativi e dell’inquinamento prodotto dalle navi.

Un possibile futuro sviluppo dell’impianto di propulsione qui proposto potrebbe prevedere l’impiego di un accumulo energetico mediante batterie elettriche, al fine di ottimizzarne il funzionamento; a tal fine, il codice di ottimizzazione sviluppato può essere facilmente adattato anche a questa nuova configurazione impiantistica.

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