Capitolo 9: Analisi economica e payback time
9.3 Payback time
Per valutare quale tipologia di impianto convenga maggiormente utilizzare dal punto di vista economico, ed effettuare un confronto sul lungo termine tra le diverse configurazioni studiate, occorre tener conto non soltanto dei risparmi sul combustibile ma anche dei costi degli impianti stessi.
Attraverso il payback time viene stimato il tempo necessario all’armatore per coprire, mediante il risparmio di combustibile, l’investimento dovuto all’installazione dei diversi impianti propulsivi.
Per determinare tale grandezza è opportuno, innanzitutto, calcolare il costo dell’impianto nelle diverse configurazioni di recupero energetico.
In Tabella 9.2 sono riportati i costi specifici [€/kW] dei diversi componenti dell’impianto di propulsione studiato (Figura 6.20), i quali sono stati desunti da fonti bibliografiche [33] [34]
e da informazioni fornite dai costruttori. Al riguardo degli intervalli di variazione dei costi specifici di ciascun componente, riportati in Tabella 9.2, con la sola eccezione degli impianti di recupero del calore di scarto dei motori, i valori più elevati si riferiscono ai componenti di potenza minore, il contrario per i costi specifici più bassi.
Componente Costo specifico [€/kW]
Motori a combustione interna 315 ÷ 400
Turbine a gas 368 ÷ 385
Serbatoi LNG e impianti accessori 200 Impianti recupero calore scarto motori DF e TG 95 ÷ 150
Generatori elettrici 90 ÷ 100
Motori elettrici 70 ÷ 100
Convertitori AC/DC, DC/AC e AC/AC 90 ÷ 120 Linea d’asse, riduttore di giri e eliche a passo variabile 200
Eliche a passo fisso 30 ÷ 35
Tabella 9.2 - Costo specifico dei principali componenti degli impianti considerati. [31][32]
Una volta determinato il costo complessivo dell’impianto propulsivo proposto (di cui non si riportano i risultati ottenuti per motivi discrezionali) nelle diverse configurazioni di recupero energetico, è opportuno valutare il costo annuale complessivo di ciascuna soluzione (AK), tramite la relazione 9.2.
𝐴𝐾 = 𝐶𝐴𝑃𝐸𝑋 + 𝑂𝑃𝐸𝑋 (9.2)
Lo studio che si svolge è una valutazione sulla effettiva convenienza, a livello economico, dell’installazione di una determinata configurazione che comprenda una o più tecnologie atte al recupero energetico. Per questo motivo si stabilisce il caso di riferimento rappresentato dall’impianto in configurazione ‘’no rec’’. Da ciò deriva il fatto che l’AK, per tale configurazione, costituisce il costo di riferimento, al quale vengono sottratti i costi degli impianti con sistemi di recupero energetico, di conseguenza si valutano le altre configurazioni di recupero energetico in riferimento a quella senza recuperi energetici.
Il CAPEX (CAPital EXpenditure) rappresenta il costo annuale del capitale investito, il cui valore si ottiene risolvendo l’equazione 9.3.
𝐶𝐴𝑃𝐸𝑋 = 𝐼𝐶 ⋅ 𝑅 ⋅ (1 + 𝑅)𝑛
(1 + 𝑅)𝑛− 1 (9.3) Dove:
• IC rappresenta il capitale investito (si considera solo la componente supplementare per l’impianto di recupero energetico, di conseguenza, nel caso in cui non vi siano presenti tali tecnologie, IC risulterà nullo);
• R è il “Discount Rate”, cioè il tasso di interesse annuale, considerato pari al 5% sul capitale avuto in prestito [35];
• n rappresenta la durata dell’investimento, che sarà considerato pari alla vita media della nave stessa, quindi 25 anni.
HTC WHR WHR + THC
IC [m€] 800 4500 5700
R 0.05 0.05 0.05
n [years] 25 25 25
CAPEX [m€] 85.14 319.29 404.43
Tabella 9.3 – Dati e risultati dell’equazione 9.3
L’ OPEX (OPeration EXpenditure) indica i costi annuali legati all’operatività della nave e si ottiene dall’equazione:
𝑂𝑃𝐸𝑋 = 𝐴𝐹𝐶 + 𝐴𝐿𝑂𝐶 + 𝐴𝑀𝐶 + 𝐴𝑈𝐶 dove:
• AFC è il costo annuale dei carburanti;
• ALOC è il costo annuale dell’olio per la lubrificazione dei motori;
• AMC è il costo annuale per la manutenzione dell’intero impianto combinato;
• AUC è il costo annuale dell’urea da impiegare nei sistemi SCR per la riduzione degli NOX, nei motori qui considerati, essendo alimentati a natural gas, l’SCR (Selective Catalytic Reduction) non è presente.
Per il particolare studio che si sta trattando, il costo del combustibile e il costo legato alla manutenzione dell’impianto variano a seconda del sistema di recupero energetico installato a bordo. Al contrario, il costo legato alla lubrificazione è considerato costante, cosi come il costo che sarebbe destinato al consumo annuale di urea, che è nullo in tutti i casi per via del combustibile scelto.
L’AFC è quindi derivante dalla portata massica dei diversi combustibili in uso dai motori termici e dipende perciò dalla potenza meccanica richiesta (e quindi dalla velocità della nave). Per questo motivo l’AFC assume valori diversi per ogni rotta ipotizzata, che per questa nave sono state riportate in Tabella 8.9. La massa dei combustibili bruciati nella singola tratta di ogni rotta è stata calcolata nel corso dello studio dell’indice EEOI e tali dati sono riportati in Tabella 8.11. Moltiplicando le masse di combustibile per i costi per tonnellata degli stessi (Tabella 9.1) si trovano i costi associati al combustibile per ogni tratta.
Si fa presente che la grandezza è calcolata rispetto alla condizione di riferimento.
Considerando che in un anno la stagione invernale è stata stimata della durata di 27 settimane, e che durante tale periodo i viaggi settimana sono ridotti a 6 a differenza del periodo estivo, nell’intero anno sono previsti 338 giorni di navigazione. Per le rotte 1 e 3 (Genova -Palermo e Genova – Barcellona) sono previsti viaggio giornalieri, mentre le rotte 2 e 4 (Napoli – Palermo e Napoli – Catania) i viaggi giornalieri sono due. Moltiplicando i costi giornalieri, legati al consumo di carburante, con il numero di giorni di navigazione, sono noti i costi annuali dei combustibili per ciascuna configurazione, relativa ai recuperi energetici, e rotta studiata.
L’AMC è stato valutato in relazione al costo di manutenzione di riferimento, relativo all’impianto in assenza di recuperi. Il costo di manutenzione associato alla sola turbosoffiante ibrida è di 20000 euro all’anno, mentre l’impianto di caldaie a recupero necessita di un costo annuale paria 80000 euro. Va da sé che la configurazione avente entrambi i recuperi energetici necessita di 100 mila euro all’anno per le manutenzioni.
Sommando le componenti CAPEX e OPEX si ricavano le 3 rette relative alle diverse configurazioni dei recuperi energetici per le 4 differenti rotte (Figure 9.2, 9.3, 9.4 e 9.5).
Figura 9.2 – Studio economico relativo alla rotta 1
Figura 9.3 – Studio economico relativo alla rotta 2
Figura 9.4 – Studio economico relativo alla rotta 3
Figura 9.5 – Studio economico relativo alla rotta 4
Dalle Figure 9.2, 9.3, 9.4 e 9.5 e dalle considerazioni fatte precedentemente, si può concludere che l’investimento (IC nella Tabella 9.3) è la condizione iniziale tra le configurazioni di recupero energetico, che si nota essere costante per tutte le rotte considerate. La pendenza invece è data dall’AK, che è variabile per le diverse configurazioni impiantistiche e per la rotta in esame.
Si fa notare che le pendenze sono tutte positive, la motivazione risiede nel fatto che i costi di mantenimento sono sempre inferiori al risparmio di combustibile che si ottiene mediante l’installazione delle tecnologie atte al recupero energetico, eccezion fatta per la rotta 2, dove i costi legati alla manutenzione e i risparmi di combustibile si eguagliano. Per tale rotta, essendo la velocità pari a 17 nodi, il recupero della caldaia a recupero è basso, rispetto a quello ottenuto per velocità maggiori.
Il valore sull’asse del tempo, in corrispondenza dell’intersezione della retta con il riferimento, è chiamato payback time, ossia il tempo necessario a rientrare completamente dai costi di investimento effettuati per gli impianti di recupero energetico. Il valore in corrispondenza dei 25 anni è invece il guadagno assoluto che si ha nell’intera vita della nave in seguito al rispettivo investimento (entrambe le grandezze sono espresse nella Tabella 9.4), considerando costante i costi dei combustibili e della manutenzione, in tutto il periodo considerato.
Rotta Recupero Payback Time Guadagno [years] [months] [Mln]
1 Genova - Palermo
HTC 1 9 15.73
WHR 9 1 7.89
WHR + HTC 5 0 22.74
2 Napoli - Palermo
HTC 3 11 6.43
WHR - - -3.97
WHR + HTC 13 10 4.59
3 Genova - Barcellona
HTC 2 9 9.63
WHR 20 1 1.10
WHR + HTC 8 11 10.33
4 Napoli - Catania
HTC 1 10 14.87
WHR 7 9 9.96
WHR + HTC 4 9 24.35
Tabella 9.4 – Payback time e guadagni dopo i 25 anni per le diverse rotte e recuperi energetici installati
Dalla Tabella 9.4 si nota che le soluzioni, per le rotte analizzate, consentono nella quasi totalità dei casi un guadagno. In generale, i risultati di payback time migliori si ottengono mediante l’impiego della turbosoffiante ibrida, mentre la scelta di installare solo le caldaie a recupero consente, soprattutto nel caso della rotta Genova – Barcellona, di rientrare nelle spese di investimento iniziale solo dopo un numero di anni relativamente alto, rispetto alle altre soluzioni impiantistiche. In particolare, per la rotta 2, nel caso in cui sia solo presente la caldaia a recupero, non si rientra nei costi di investimento. Questo fatto deriva dalle Tabelle 7.4 e 7.8, dove si può vedere che i motori scelti funzionano al 50% circa, ne deriva il fatto che la percentuale di energia recuperata dalla tecnologia WHR per questo carico è molto bassa. Per ogni rotta la soluzione che consente di ottenere i guadagni maggiori è quella che prevede l’installazione combinata di WHR e HTC.
I risultati migliori, in termini di payback time e guadagno, si ottengono per le rotte Napoli – Catania e Genova – Palermo che si ricorda essere quella attuale.