COLD IRONING. Le soluzioni fino ad oggi adottate

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1 COLD IRONING Una nuova soluzione eco-compatibile per l alimentazione delle navi in porto COLD IRONING è un modo di dire anglosassone per indicare una nave attraccata in porto con motori spenti. L espressione deriva dal gergo portuale che assimila la nave ad un enorme ferro da stiro IRON, laddove COLD indica la nave a i motori spenti, e quindi è. fredda. Il COLD IRONING in alcune zone geografiche viene anche definito in gergo High Voltage Shore Connection (HVSC) o Alternative Maritime Power. Il Cold Ironing si realizza fornendo dalla banchina alle navi attraccate in porto la potenza elettrica necessaria per garantire il corretto funzionamento dei servizi di bordo mantenendo spenti i motori della nave e limitando così l inquinamento che questi generano., nata dalla partnership tra Venezia Terminal Passeggeri S.p.A. e Abacoingegneria Treviso s.r.l., propone una soluzione innovativa a ridotto impatto ambientale per risolvere il problema di alimentazione elettrica delle navi dalla banchina, quando stazionano in porto. Le soluzioni fino ad oggi adottate Le attuali soluzioni per effettuare il Cold Ironing prevedono di fornire energia elettrica alle navi dalla rete elettrica nazionale. Ad oggi il Cold Ironing trova diffusa applicazione negli USA, in particolare in alcuni porti della costa ovest, ove la sensibilità ambientale è molto elevata. Questo è favorito anche da un fattore tecnico: tradizionalmente il sistema di trasporto navale, sia di merci che di passeggeri, utilizza corrente alternata a frequenza di 60Hz, la stessa che viene utilizzata dalla rete elettrica nazionale americana. Al contrario, per motivi storici, in Europa si utilizza una frequenza di rete di 50Hz e questa differenza rende più complesso il collegamento Cold Ironing delle navi sia per i maggiori costi delle infrastrutture necessarie, sia per le perdite dovute al cambio di frequenza. 1

2 Va anche considerato che, soprattutto in Italia, la produzione di energia elettrica nazionale avviene utilizzando principalmente centrali termoelettriche tradizionali, che hanno rendimenti di produzione di elettricità che variano (in funzione della modernità dell impianto) dal 35% al 53%, con grandi quantità di calore che vengono disperse nell ambiente (in aria e acqua) durante la combustione. Proprio per questo VTP Engeneering ha cercato soluzioni alternative al tradizionale Cold Ironing dalla rete nazionale. Le esigenze del settore crocieristico/navale Le navi da crociera hanno esigenze energetiche importanti, che possono variare da 10 fino a 20 MW di potenza elettrica erogata a Volts. Una grande nave da crociera, ferma in porto per 10 ore, brucia fino a 20 tonnellate di carburante ed immette 60 tonnellate di anidride carbonica in atmosfera. In Italia le emissioni dei settori industriale ed energetico sono in calo ormai da anni (quasi del 50% tra 1998 e 2006), ma è quasi raddoppiato l ossido di zolfo (SO x ) proveniente dal settore marittimo. Il traffico marittimo nazionale e internazionale risulta responsabile di più dell 80% delle emissioni totali imputabili al trasporto e quindi si rivela essere una delle principali fonti di inquinamento da ossido di zolfo su scala globale. Chiaramente questa situazione non è sostenibile nel lungo periodo, soprattutto in Italia dove molti porti sono vicini, se non integrati, ai centri storici della città. Il Cold Ironing risponde quindi alle necessità concrete di salvaguardia dell ambiente e di tutela del benessere dei cittadini. COLD IRONING IN COGENERAZIONE La soluzione proposta da V.T.P Engineering consiste nel produrre l energia elettrica necessaria al Cold Ironing direttamente in porto con un generatore ad elevati rendimenti, raggiunti sfruttando anche il calore generato durante il processo di produzione di elettricità. Questo è possibile grazie alla tecnologia di cogenerazione, che garantisce elevate efficienze (80%-85% rispetto al 35-53% dell energia generata da una centrale termoelettrica) ed un utilizzo ottimale dell energia primaria. 2

3 La cogenerazione permette inoltre di superare le numerose limitazioni del Cold Ironing da rete elettrica nazionale quali: Risoluzione del problema del cambio di frequenza (da 50 a 60 Hz), utilizzando un doppio alternatore direttamente accoppiato al motore, oppure con modulo integrativo motore elettrico\alternatore per la generazione della 2 frequenza utile, (si vedano alla fine le applicazioni esistenti fornite da Rolls-Royce Marine). Perdite ridotte per trasmissione e distribuzione, Riduzione dell inquinamento atmosferico rispetto alla centrale termoelettrica, perché viene impiegato l 80-85% dell energia fornita dal combustibile (invece del 35-53%), Riduzione delle spese energetiche (rientro dall investimento entro alcuni anni, grazie all immissione in rete dell energia eccedente prodotta e al contemporaneo utilizzo/vendita dell energia termica), Eventuale acquisizione di incentivazioni ambientali quali certificati verdi (GSE), titoli di efficienza energetica, ecc.. Diminuita occupazione dell area portuale rispetto a cabine di trasformazione alta tensione/media tensione. La cogenerazione sul posto può essere impiegata come fonte alternativa di energia per il porto e per l area circostante, anche in casi di emergenza ( anche ai fini della Security portuale ). 3

4 Confronto fra le produzioni di elettricità Produzione di energia elettrica con centrali termoelettriche Produzione di energia elettrica con cogenerazione Ad esempio motori a combustione interna in ciclo semplice Dal 35% (impianti datati) al 53% (impianti nuovi) di energia elettrica 65 47% di perdite energetiche, riversate in aria, fiumi, mare 46% circa di elettricità 40% circa di energia termica 14% di perdite energetiche Alimentazione HVSC o Terminals e zone adiacenti o cessione alla rete Riscaldamento / raffrescamento Terminals e zone adiacenti Cogenerazione tramite motori a combustione interna V.T.P Engineering, con il contributo di Rolls Royce, ha studiato una soluzione che consiste in una centrale di cogenerazione composta da motori a combustione interna in ciclo semplice alimentati a bio-combustibili o a gas metano completa di sistemi molto efficienti di abbattimento delle emissioni inquinanti e di rumore. Questa scelta comporta molteplici vantaggi quali: Produzione di energia elettrica ad elevata efficienza (rendimento 44 46%), già in ciclo semplice (ossia non combinato). Alta flessibilità e possibilità di arresto frequente, ideale per il servizio Cold Ironing, anche in presenza di navi con potenze diverse e/o non costanti, Costruzione modulare e compatta (installazione adiacente alla banchina da servire che permette un risparmio sulle infrastrutture), Ottimi rendimenti elettrici con funzionamento a carico parziale (meno del 5% di riduzione del rendimento al 50% della potenza), Produzione di acqua calda e fredda per teleriscaldamento/raffrescamento. 4

5 Flussi energetici di cogenerazione con motore Rolls-Royce Bergen alimentato a gas Gas metano 1850m 3 /h 8,5 MWe Energia elettrica 8,44 MWt Energia termica Acqua a 48 C 760 kw Acqua a 80 C 990 kw Acqua a 89 C 2158 kw Fumi a C 4530 kw Perdite 1,41 MW 5

6 ESEMPIO DI COLD IRONING PER IL PORTO E LA CITTA A titolo di esempio V.T.P Engineering, con il contributo di Rolls Royce, ha analizzato l eventuale implementazione di un sistema Cold Ironing con cogenerazione per il porto di Venezia. La soluzione prevede l installazione di una centrale di cogenerazione, composta da tre motori a combustione interna, in grado di garantire l energia elettrica necessaria a due grandi navi da crociera (la potenza elettrica massima erogabile è di 24 MW). Il calore che si rende disponibile, sottoforma di acqua calda, viene utilizzato per climatizzare le infrastrutture portuali e le zone urbane adiacenti. Il teleriscaldamento consente di fornire, capillarmente, acqua calda per riscaldamento (inverno) e usi sanitari (estate/inverno) e comporta un ulteriore diminuzione dell inquinamento nel periodo invernale grazie allo spegnimento delle caldaie degli edifici serviti. Inoltre, tramite gruppi frigoriferi ad assorbimento, è possibile generare acqua fredda a 7 C da utilizzare per la climatizzazione estiva. 6

7 Il Cold Ironing in cogenerazione, tecnologia al servizio del porto, apporta più benefici alla città: riduce l inquinamento prodotto dal traffico portuale, fornisce energia pulita (sia elettrica che termica), consente la riduzione dell inquinamento urbano dovuto al funzionamento delle caldaie di riscaldamento nella stagione fredda. Il porto quindi, oltre ad essere considerato come opportunità di crescita economica della città, viene visto anche come risorsa per promuovere lo sviluppo sostenibile nel rispetto dell ambiente. Fabbisogni del Porto e del centro storico di Venezia Per una migliore comprensione dell importanza dei flussi energetici che entrano in gioco e delle relazioni fra loro, mettiamo a confronto dei dati di sintesi riferiti al porto e al centro storico della Città di Venezia con i flussi di energia prodotti dalla centrale di cogenerazione composta da tre motori a combustione interna. Con riferimento alla centrale di cogenerazione, si può notare quanto segue: La potenza elettrica e termica disponibili sono di molto superiori alle necessità delle infrastrutture portuali. Si giustifica quindi una previsione di utilizzo di energia che vada ben oltre le necessità specifiche del porto, interessando le zone urbane circostanti. l energia elettrica disponibile dopo aver soddisfatto le navi con il Cold Ironing e l energia termica recuperabile sono frazioni importanti del fabbisogno annuo della centro storico di Venezia. L utilizzo della energia termica darebbe quindi un apporto significativo alla riduzione dell inquinamento atmosferico. PORTO potenze installate Riscaldamento VTP terminals: 5,4 MW Potenza elettrica: 4,0 MW CENTRO STORICO energia consumata / anno (stima) Riscaldamento domestico: Energia elettrica per le abitazioni: MWh MWh 7

8 Produzione di energia elettrica e termica con 4500 ore/anno di funzionamento della centrale di cogenerazione Prudenzialmente abbiamo stimato in le ore annue di funzionamento della centrale (i motori potrebbero restare in moto più di ore/anno ma deve essere certa la cessione a terzi di energia elettrica e termica). ENERGIA ELETTRICA ALLE NAVI Energia elettrica (erogata in 1500 ore /anno): 38,000 MWh TELERISCALDAMENTO/RAFFRESCAMENTO Energia termica/anno: 103,000 MWh utilizzabile per il porto e il centro storico ENERGIA ELETTRICA IMMESSA IN RETE Energia elettrica/anno: MWh La soluzione Cold Ironing a cogenerazione è tanto più conveniente quanto più il porto è vicino alla città. I costi delle infrastrutture necessarie per il teleriscaldamento sono minimizzati ed il porto diventa fonte primaria di alimentazione e strumento per combattere l inquinamento cittadino. 8

9 Rientro dell investimento Il progetto di fattibilità non può sicuramente prescindere da un analisi economica che tenga conto della reale situazione di installazione e che si concluda con un piano economico-finanziario di rientro dell investimento. Sebbene in Italia manchi un adeguata legislazione che premi in modo opportuno le iniziative virtuose di questo tipo, l impianto ipotizzato ha un tempo di ritorno ragionevole, ulteriormente migliorabile con l aumento delle ore annue di funzionamento e con l utilizzo di bio combustibili (considerando per gli stessi il mantenimento dei prezzi attuali, oltre alla politica statale fortemente incentivante). Altre forme di Cold Ironing devono ammortizzare i costi di investimento esclusivamente tramite i margini provenienti dalla vendita dell energia alle navi o da eventuali incentivi. Nella tabella che segue diamo indicazione orientativa degli importi unitari, dei costi e dei ricavi possibili. INVESTIMENTO INIZIALE: ( /MWe installato) Importi calcolati per ore/anno di funzionamento dei motori a gas COSTI ANNUI Fornitura gas metano Oneri di gestione (5 persone impiegate) Manutenzione /MWe h Olio lubrificante TOTALE COSTI ANNUI RICAVI ANNUI Energia elettrica fornita 2,280,000 alle navi prezzo medio 60 /MWe h Energia elettrica 4,560,000 immessa in rete prezzo medio 60 /MWe h Energia fornita per teleriscaldamento prezzo medio 70 /MWt h Energia fornita 550,000 per teleraffrescamento prezzo medio 20 /MWt h TOTALE RICAVI ANNUI 11,390,000 9

10 Esempi di applicazioni Rolls- Royce 10

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