Του Κωνσταντίνου Φακιολά, CEO της Finocean Ltd.
Όπως γνωρίζουμε, οι στρατηγικοί περιβαλλοντικοί στόχοι του ΙΜΟ ξεκινούν με την απαίτηση μιας πρώτης μείωσης των εκπομπών ρύπων CO2 κατά 15-30% από τις αρχές του 2023 για πλοία άνω των 10.000 DWT σε σχέση με προκαθορισμένες τιμές αναφοράς ανά κατηγορία και τύπο πλοίου, εκ των οποίων πολλά υπάρχοντα τις υπερβαίνουν λόγω παλαιάς, μη ενεργειακά αποδοτικής σχεδίασης.
Την ίδια στιγμή, τόσο σε πλόες ανοικτής θαλάσσης όσο και σε παράκτιους πλόες, υπάρχει συνεχή παρουσία ανέμων μεταβαλλόμενης έντασης και κατεύθυνσης.
Βάσει ετήσιων ιστορικών στατιστικών που ελήφθησαν από 106 μετεωρολογικούς χάρτες εντός των οποίων εκτελούνται οι πιο πυκνοί παγκοσμίως διηπειρωτικοί πλόες εμπορικών πλοίων 10.000 κόρων και άνω, οι επικρατέστεροι άνεμοι εμφανίζουν σταθερή κατά 56% πιθανότητα εντάσεως 3-6 μποφόρ με σχεδόν ισοκατανομή κατευθυντικότητας (1,25% ανά 5 μοίρες) και ελαφρώς μεγαλύτερη κατά 0,5% πιθανότητα για πρυμναίους (tailwinds) και πρωραίους ανέμους (headwinds).
Τούτο αποδεικνύει ότι υπάρχει διαθέσιμη προς εκμετάλλευση, ελεύθερη από ρύπους, αιολική ενέργεια, για χρήση ως βοηθητική πρόωση, και μάλιστα με καλή διαθεσιμότητα εντάσεων, χωρίς την παρουσία μεγάλων κυματισμών, δίνοντας ευχέρεια πλοήγησης από τον καπετάνιο.
Η αιολική ενέργεια βοηθητικής πρόωσης αποδίδεται μέσω καινοτόμων τεχνολογιών μηχανικών ιστίων (mechanical sails) και όχι των κλασικών ιστιοφόρων πανιών, όπως πολλοί ίσως πιστεύουν.
Τα μηχανικά ιστία διαθέτουν μηχανισμούς μεγάλης αεροδυναμικής απόδοσης, ενώ τεχνηέντως πολλαπλασιάζουν την αποδιδόμενη προωστική δύναμη ανά μονάδα τετραγωνικής επιφάνειας, τουλάχιστον κατά 2 έως και 10 φορές σε σχέση με τα ιστιοφόρα πλοία ίδιας συνολικής επιφάνειας.
Τούτο σημαίνει ότι μπορούν να τοποθετηθούν σε καταστρώματα υπαρχόντων πλοίων με πολύ μικρές τροποποιήσεις και χωρίς προβλήματα ορατότητας ή πολυπλοκότητας εγκατάστασης. Ως τέτοια μηχανικά ιστία συγκαταλέγονται συστήματα όπως Περιστρεφόμενοι Ρότορες (Flettner Rotors), Ιστία Πτέρυγες (Wing Sails), Ιστία Πτέρυγες Αναρρόφησης (Suction Wings) και Ιπτάμενοι Αετοί (Airborne Kites).
Εφόσον τα μηχανικά ιστία αποδίδουν έως και δέκα φορές μεγαλύτερη προωστική δύναμη ανά μονάδα τετραγωνικής επιφάνειας, μπορούν να επιφέρουν, για παράδειγμα σε σχετικά καλές συνθήκες πλευρικού ανέμου εντάσεως 5 μποφόρ, έως και 9 τόνους ωστικής δύναμης ανά ιστίο για 12 κόμβους πλεύσης. Σε ένα πετρελαιοφόρο πλοίο 114.000 τόνων DWT τύπου Aframax που φέρει τρία τέτοια ιστία στο κατάστρωμα η συνολική αποδιδόμενη ισχύς στις ίδιες συνθήκες ανέμου ανέρχεται σε 2.400 kW, ήτοι περίπου 24% της εγκατεστημένης ισχύος πρόωσής του. Τούτο σημαίνει την αντίστοιχη μείωση των εκπομπών ρύπων CO2, NOx, SOx, PM, αλλά και μείωση του κόστους κατανάλωσης καυσίμου και αργότερα του κόστους εκπομπής ρύπων (carbon tax).
Από διάφορες μελέτες δε που έχουμε κάνει σε ποντοπόρα φορτηγά και πετρελαιοφόρα πλοία άνω των 50.000 τόνων φορτίου, το όφελος σε μείωση εκπομπών ρύπων grCO2 ανά τονομίλι υπολογίζεται εντός εύρους 3-15% σε σχέση με τις τιμές βάσεις ΙΜΟ EEDI (EEDI reference line) ανάλογα με την εγκατεστημένη ισχύ αιολικής πρόωσης.
Αρκετοί συνάδελφοι ανησυχούν σχετικά με την εφαρμογή των μηχανικών ιστίων όσον αφορά την επίδραση στην ασφαλή ναυσιπλοΐα, στην ευστάθεια και στην ικανότητα για τήρηση της πορείας και τη γενικότερη ευελιξία του.
Πράγματι, η απλή αθροιστική τοποθέτηση μηχανικών ιστίων σε ένα πλοίο συμβατικής σχεδίασης δεν εξασφαλίζει αντίστοιχη αθροιστική αποδοτικότητα, ενώ υπάρχουν περιοχές λειτουργίας όπου ίσως εμφανιστούν περιορισμοί στην ευστάθεια, στην πλευσιμότητα υπό κλίσεις (εγκάρσιες ή οριζόντιες), ενώ το πηδάλιο και άλλα παρελκόμενα της γάστρας ίσως χρειαστούν τροποποιήσεις. Τούτα αποτελούν αντικείμενο ολιστικής μελέτης (Holistic feasibility studies), οι οποίες πραγματοποιούνται σε ειδικούς μαθηματικούς προσομοιωτές (performance simulators), τους οποίους ο γράφων έχει αναπτύξει συμμετέχοντας σε ερευνητικά προγράμματα με ερευνητικά κέντρα της Βόρειας Ευρώπης, και φανερώνουν την πραγματική λειτουργικότητα κάθε επιλεγείσας διάταξης αιολικών συστημάτων στο κατάστρωμα.
Τα τελευταία δύο χρόνια έχει δε ξεκινήσει εμπεριστατωμένη έρευνα παγκοσμίως σε σχέση με τις μεθόδους πρόβλεψης συμπεριφοράς και αποδοτικότητας ενός αιολικά υποβοηθούμενου πλοίου, με σκοπό να αναπτυχθούν και να προταθούν μεθοδολογίες δοκιμών ναυπήγησης πλοίων με αιολική πρόωση (sea trial and manoeuvring methods), ενώ θα υποβληθούν στον Διεθνή Οργανισμό Ναυτιλίας τροποποιημένες προτάσεις καλύτερης και ακριβέστερης πρόβλεψης της ποσοτικής Ενεργειακής Αποδοτικότητας Σχεδίασης πλοίου (Energy efficiency Design Index) όταν φέρουν μηχανικά ιστία. Οι νηογνώμονες επίσης προσφάτως εξέδωσαν τις πρώτες οδηγίες για πλοία που φέρουν συστήματα αιολικής πρόωσης, ενώ συνεργάζονται στενά με όλους τους κατασκευαστές προκειμένου να πιστοποιήσουν βαθμιαία τα συστήματά τους.
Υπάρχουν αυτή τη στιγμή στη θάλασσα εν λειτουργία περί τα δώδεκα πλοία άνω των 500 κόρων που φέρουν μηχανικά ιστία. Τα περισσότερα χρησιμοποιούν περιστρεφόμενους ρότορες, ενώ εντός του 2021 και του 2022 αναμένεται να δούμε δοκιμές θαλάσσης σε πλοία που θα φέρουν Ιπτάμενους Αετούς 1.000 τ.μ., Ιστία Αεροτομές μεγάλης κλίμακας (έως και 2.000 τ.μ.), συνεπώς ο στόλος που χρησιμοποιεί αιολική πρόωση αναμένεται να διπλασιαστεί μέχρι το 2022 και, εφόσον οι δοκιμές είναι επιτυχημένες, προβλέπεται κλιμάκωση μέχρι τα 200 πλοία έως το 2025.
Σήμερα το κόστος επένδυσης σε μηχανικά ιστία κυμαίνεται από 900.000 δολάρια έως και 5,5 εκατ. δολάρια ανά σύνθεση αριθμού και τύπο ιστίων, ενώ η απόσβεση επένδυσης ‒εάν ληφθεί υπόψη το κόστος χρήσης, συντήρησης αλλά και τα οφέλη σε μείωση ετήσιου κόστους καυσίμων, κόστους χρήσης μερικής εγκατεστημένης ισχύος πρόωσης από μηχανή εσωτερικής καύσεως, μείωση περιβαλλοντικού κόστος (π.χ. carbon tax) και επέκτασης του εμπορικού χρόνου ζωής σχετικά με τους επερχόμενους περιβαλλοντικούς κανονισμούς του ΙΜΟ‒ ανέρχεται περίπου σε 5-7 χρόνια, ανάλογα με τον τύπο του πλοίου.
Προφανώς, το μεγαλύτερο όφελος καρπώνονται πλοία μεγάλου εκτοπίσματος, χαμηλής ταχύτητας πλεύσης, υψηλής εκμεταλλευσιμότητας και χρόνου θαλάσσιου ταξιδιού και υψηλής κατανάλωσης/εκπομπών ρύπων.
Εν κατακλείδι, η αιολική ενέργεια βοηθητικής πρόωσης είναι άμεσα εφαρμόσιμη και αποδεδειγμένη, μπορεί δε να συνεισφέρει στη μετάβαση της ναυτιλίας στην απανθρακοποίηση και σε πλοία μηδενικών εκπομπών ρύπων (zero emission ships), παρέχοντας μικρότερη και φθηνότερη διαστασιολόγηση διαθέσιμης ισχύος από τα εναλλακτικά καύσιμα, ενώ οι σύγχρονες τεχνολογίες αυτοματισμού, τεχνητής νοημοσύνης και ψηφιοποίησης μπορούν να μεγιστοποιήσουν την άντληση ενέργειας από τους θαλάσσιους ανέμους, προς απρόσκοπτη χρήση στα πλοία.
Ο Κωνσταντίνος Φακιολάς είναι ναυπηγός μηχανολόγος μηχανικός ΕΜΠ με πάνω από δέκα χρόνια ειδίκευσης σε εφαρμογές ενεργειακής αποδοτικότητας και περιβαλλοντικές τεχνολογίες πλοίων, ενώ τα τελευταία επτά χρόνια έχει συμμετάσχει σε ερευνητικά προγράμματα για την αιολική πρόωση και στις πρώτες εγκαταστάσεις πλοίων. Έχει συγγράψει τον πρώτο πλήρη τεχνικό οδηγό για την αιολική πρόωση, με τίτλο Wind Propulsion Principles.
To παρόν άρθρο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Ναυτικά Χρονικά, τεύχος Απριλίου 2021, σελ. 102
