Indice EEDI

Per ottenere il Required EEDI occorre prima calcolare l’EEDI di riferimento (Reference EEDI) che dipende dalla tipologia e dalle dimensioni della nave secondo la formula 8.2.

𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 𝐸𝐸𝐷𝐼 = 𝑎 ⋅ 𝑏^−𝑐 (8.2)

I coefficienti a e c dipendono dalla tipologia della nave mentre il termine b dalla sua dimensione (come riportato in Tabella 8.1).

Tabella 8.1 - Valori dei coefficienti per il calcolo del Reference EEDI [31]

REFERENCE EEDI 22.751

a da norme per roro-pax 752.16

b DWT [t] 9720

c da norme per roro-pax 0.381

Tabella 8.2 – Reference EEDI per nave in esame

Noto l’EEDI di riferimento per la nave si può risalire all’EEDI richiesto (Required EEDI), che viene calcolato in funzione dell’anno di costruzione e della tipologia della nave; le regolamentazioni [31], infatti, a partire dal 2013 (phase 0 in Fig. 1.5) prevedono un fattore di riduzione del valore di riferimento in funzione dell’anno di costruzione della nave (tramite il fattore X di Tabella 8.3), abbassando così il livello massimo consentito di emissioni di CO2 nell’atmosfera.

𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑟𝑒𝑑 𝐸𝐸𝐷𝐼 = (1 − 𝑋

100) 𝑅𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒 𝐸𝐸𝐷𝐼 (8.3)

Tabella 8.3 – Coefficiente X di riduzione del Reference EEDI [31]

Si ottengono in tal modo tre valori di Required EEDI, riportati nella Tabella 8.4, che fanno riferimento a tre diversi intervalli di anni di costruzione della nave, 2015 (Phase 1), 2020 (Phase 2) e 2025 (Phase 3), in cui il limite viene ridotto progressivamente riducendo rispettivamente il Reference EEDI del 5%, 20% e 30%.

X REQUIRED EEDI

Phase 1 5 21.614

Phase 2 20 18.201

Phase 3 30 15.926

Tabella 8.4 – Required EEDI per le tre differenti fasi normative

8.2.2 Calcolo valori del ‘’Attained EEDI’’

Il calcolo dell’EEDI, previsto dall’IMO con la risoluzione MEPC.245 (66), si basa sulla formula rappresentata in Figura 8.1.

Figura 8.1 – Estratto del documento dell’IMO sulla determinazione dell’indice EEDI [31]

Il significato dei diversi termini della formulazione è illustrato in figura 8.2.

Figura 8.2 – Significato dei termini della formula per il carico dell’EEDI [31]

Il primo termine del numeratore è riferito alle emissioni di CO2 generate dai motori primi, mentre quelle associate ai gruppi elettrogeni DD/GG sono conteggiate nel secondo termine. Il terzo è composto da una prima parte riferito al PTI (Power Take In, ossia motori/alternatori asse), mentre la seconda parte è riferita ai recuperi energetici. L’ultimo termine del numeratore è riferito invece a tutte quelle tecnologie di moderna concezione, come vele o pannelli solari, associate all’utilizzo di energia rinnovabile. Questi ultimi due termini hanno il segno negativo dal momento che sono intesi come risparmio sulle emissioni in atmosfera di CO2. Al denominatore invece è espresso il lavoro associato al trasporto.

Le emissioni di CO2 sono calcolate come il prodotto tra la potenza al freno, il conversion factor (CF) e lo SFOC, mentre il lavoro è calcolato moltiplicando la capacità e la velocità di riferimento.

Essendo il sistema di propulsione integrato con la generazione elettrica di bordo, per i sistemi di tipo IEP non si utilizza la formulazione generale rappresentata in Figura 8.1. Dopo aver consultato la letteratura, per il calcolo dell’EEDI della nave qui considerata si è deciso di utilizzare la relazione 8.4 [32], che è specifica per la tipologia di impianti IEP, ovvero del tipo sviluppato in questa Tesi di Laurea.

𝐸𝐸𝐷𝐼 =(∏ 𝑓_𝑗 ∑ 𝑃_{𝑀𝐸(𝑖)} 𝐶_{𝐹𝑀𝐸(𝑖)} 𝑆𝐹𝑂𝐶_{𝑀𝐸(𝑖)}) − ∑ 𝑓_{𝑒𝑓𝑓(𝑖)} 𝑃_{𝐴𝐸(𝑖)} 𝐶_𝐹𝑀𝐸 𝑆𝐹𝑂𝐶_𝑀𝐸

𝑓_𝑖 𝑓_𝑐 𝐷𝑊𝑇 𝑓_𝑤 𝑉_𝑟𝑒𝑓 (8.4) In un sistema di tipo IEP, infatti, non vi sono motori ausiliari, ma solo principali. Come si è visto nel capitolo 3, tutti i motori partecipano a soddisfare l’intero carico elettrico della nave, ossia quello necessario per la propulsione contemporaneamente a quello necessario per il soddisfacimento della richiesta elettrica di bordo.

Il primo termine considerato nella formula per il calcolo dell’EEDI (equazione 8.4) contiene i parametri relativi ai MCI installati a bordo: in essi compaiono i valori della potenza PME, del consumo specifico SFOC e il coefficiente CF ME (Conversion Factor Main Engines).

Quest’ultimo è un fattore adimensionale di conversione che rappresenta la quantità di CO2

prodotta dal consumo del combustibile [𝑔 𝐶𝑂₂

𝑔 𝑓𝑢𝑒𝑙

⁄ ] e dipende dalla tipologia di quest’ultimo (Tabella 1.1).

I calcoli vengono effettuati assumendo funzionanti tutti i motori ad un carico del 75%, e di conseguenza la potenza e il consumo specifico si ricavano dalle Tabelle 6.3, 6.4 e 6.5.

Bisogna considerare che, nel caso di motori dual fuel, nel funzionamento con natural gas, è necessario tenere conto della presenza di due diversi consumi specifici e due diversi coefficienti CF ME poiché, oltre all’iniezione di natural gas è presente anche l’iniezione pilota di MDO. Per questo motivo è opportuno sommare i contributi, relativo ai due combustibili, delle emissioni inquinanti di CO2.

La potenza (𝑃_𝐴𝐸) nel secondo termine del numeratore riguarda i recuperi energetici. Per questi ci si riferisce ai valori che si ottengono con i motori funzionanti ad un carico del 75%.

Lo SFOC e il CF di riferimento sono quelli riferiti al natural gas, essendo questo il combustibile principale.

Al denominatore è presente, oltre al DWT (DeadWeight) il termine della velocità di riferimento (Vref). Tale velocità è definita in corrispondenza del valore della potenza al freno ottenuta dal funzionamento di tutti i motori funzionanti ad un carico pari al 75% (senza tenere in considerazione i recuperi energetici).

Potenza MCR Potenza al 75%

[kW] [kW]

MAN 38000 28500

Bergen 4860 3645

Somma 42860 32145

Tabella 8.5 – Calcolo potenza per la determinazione della Vref

Nel calcolo dell’indice dell’EEDI si è preso in considerazione il caso in cui la richiesta elettrica sia maggiore, ossia la condizione estiva (Figura 6.3). Con tali premesse si può individuare il valore della velocità di riferimento, che risulta essere pari a 23.5 kn, rappresentata in Figura 8.3.

Figura 8.3 – Intersezione della curva di potenza con il valore PME

Nell’equazione 8.4 sono presenti, inoltre, diversi coefficienti correttivi che dipendono dalle caratteristiche e dal tipo di nave in esame. I coefficienti feff, fi, e fw sono stati considerati di valore unitario come suggerito dalle normative (per la tipologia di nave in esame), mentre fj e fc per le navi del tipo “RoRo Passenger”, come La Suprema, vengono calcolati come segue (equazioni 8.5 e 8.7) [31].

𝑓_{𝑗𝑅𝑂𝑅𝑂} = 1

𝐹^𝛼_𝑛𝐿 ⋅ (𝐿_𝑝𝑝 𝐵_𝑠)

𝛽

⋅ (𝐵_𝑠 𝑑_𝑠)

𝛾

⋅ (𝐿_𝑝𝑝

∇^{1 3⁄} )

𝛿 (8.5)

Con:

• LPP: lunghezza fra le perpendicolari [m];

• ds: immersione di pieno carico estiva [m];

• Bs: larghezza della nave [m];

• ∇: volume di carena [m³];

• 𝐹_𝑛𝐿: numero di Froude.

Il numero di Froude è calcolato mediante la formula 8.6.

𝐹_𝑛𝐿 = 0.5144 ⋅ 𝑉_𝑟𝑒𝑓

√𝐿𝑝𝑝⋅ 𝑔 = 0.283 (8.6)

Nell’equazione 8.6, g rappresenta l’accelerazione gravitazionale, assunta pari a 9.81 𝑚 𝑠⁄ . ² I valori degli esponenti presenti nell’equazione 8.5 dipendono dal tipo di nave e in Tabella 8.6 è riportato un estratto per le categorie simili alla nave in esame.

Tabella 8.6 - Valori degli esponenti dell’equazione 8.5, a seconda della tipologia di nave

Il coefficiente fc, a differenza di fj, dipende esclusivamente dalla capacità della nave (equazione 8.7).

𝑓_{𝑐𝑅𝑜𝑃𝑎𝑥} = (

𝐷𝑊𝑇⁄𝐺𝑇 0.25 )

−0.8

(8.7)

Dove DWT (Deadweight) è la portata lorda e GT (Gross tonnage) la stazza lorda della nave considerata.

Conoscendo i dati principali della nave, riportati in Tabella 4.1, si possono ricavare mediante le formule 8.5, 8.6 e 8.7 i fattori di correzione. In Tabella 8.7 vengono riportati i risultati ottenuti.

Fattori di correzione RORO Pax

fj 0.332

fc 1.208

feff 1

fw 1

fi 1

Tabella 8.7 – Coefficienti correttivi per calcolo ‘’Attained EEDI’’

Essendo ora noti tutti i termini per il calcolo della formula 8.4 si può procedere al calcolo dell’indice EEDI nelle quattro configurazioni di recuperi energetici differenti (Tabella 8.8).

CONFIGURAZIONE No rec HTC WHR WHR + HTC

Vref [kn] 23.5 23.5 23.5 23.5

PB MCR MAN [kW] 38000 38000 38000 38000

PME MAN [kW] 28500 28500 28500 28500

SFOC LNG MAN [g/kWh] 152.143 152.143 152.143 152.143

SFOC MDO MAN [g/kWh] 2.7 2.7 2.7 2.7

CFME LNG MAN [g CO2/g fuel] 2.75 2.75 2.75 2.75 CFME MDO MAN [g CO2/g fuel] 3.206 3.206 3.206 3.206

PB MCR BERGEN [kW] 4860 4860 4860 4860

PB PME BERGEN [kW] 3645 3645 3645 3645

SFOC LNG BERGEN [g/kWh] 155.848 155.848 155.848 155.848 CFME LNG BERGEN [g CO2/g fuel] 2.75 2.75 2.75 2.75

PB recuperi [kW] 0 1916 2302 4218

Atteined EEDI [gCO2/t*nm] 16.50 13.60 13.01 10.11

Tabella 8.8 – Risultati ottenuti per il calcolo dell’EEDI

8.2.3 Risultati EEDI

Si riporta in Figura 8.4 l’istogramma relativo all’indice EEDI per l’impianto di propulsione IEP studiato.

Figura 8.4

Dalla Figura 8.4 si verifica come il recupero energetico dai gas di scarico abbia un ruolo fondamentale per ridurre il valore dell’indice dell’EEDI. In particolare, si nota che, per la configurazione in assenza di recuperi, la normativa legata alle nuove costruzioni relativa alla fase 3 non è soddisfatta. Per tutte le altre configurazioni, ove sono presenti dei recuperi energetici, i requisiti legati alle norme sull’indice EEDI sono ampiamente soddisfatte. Si fa

notare come tutte le configurazioni rispettino le normative attuali riferite alla fase 2 entrata in vigore il 1° gennaio 2020.

Si rimanda al capitolo 10 per il confronto di questi risultati con quelli ottenuti analizzando le altre configurazioni studiate (paragrafo 5.3).