Του Ιωάννη Προυσαλίδη, Καθηγητή της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ
Η ναυτιλία, εξυπηρετώντας το μεγαλύτερο μέρος του παγκόσμιου εμπορίου και των μεταφορών, προσαρμόζεται στις αποφάσεις των διεθνών οργανισμών, όπως ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός (IMO), για μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης με χρήση εναλλακτικών καυσίμων. Έτσι, όλα τα μέσα θαλάσσιων μεταφορών, δηλαδή τα πλοία, υφίστανται τροποποιήσεις και μετασκευές, ώστε να ανταποκριθούν στις σύγχρονες απαιτήσεις. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, οι λύσεις για πλοία περισσότερο φιλικά προς το περιβάλλον έχουν κύριο συστατικό τους στοιχείο τον έντονο εξηλεκτρισμό. Έτσι, μια σειρά από μέτρα που τελικά μειώνουν το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των πλοίων μέσω του εξηλεκτρισμού είναι:
Ηλεκτροπρόωση
Το κύριο προωστήριο σύστημα αποτελείται από ηλεκτροκινητήρες, των οποίων η απόδοση είναι εξαιρετικά υψηλή (περί το 98%), ενώ και ο έλεγχος της περιστροφικής τους ταχύτητας γίνεται με τη βοήθεια ηλεκτρονικών διατάξεων ισχύος εξίσου υψηλής απόδοσης. Η πρωτογενής πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, με τη σειρά της, κατά κανόνα βασίζεται σε καύσιμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον από το πετρέλαιο, όπως το φυσικό αέριο ή κάποιο εναλλακτικό καύσιμο. Σε κάθε περίπτωση, δεδομένου ότι το σύνολο του εξοπλισμού λειτουργεί με ηλεκτρική ενέργεια, η συνολική ενεργειακή διαχείριση του πλοίου μπορεί να είναι η βέλτιστη δυνατή (δηλαδή με ελάχιστες απώλειες, με ελάχιστη κατανάλωση καυσίμων και ελάχιστους παραγόμενους αέριους ρύπους).
Αξιοποίηση συστημάτων αξονικών γεννητριών
Στην κύρια (θερμική) μηχανή που κινείται με πετρέλαιο ή φυσικό αέριο μπορεί να συζευχθεί μια εξηρτημένη ηλεκτρική γεννήτρια, η οποία θα παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Εφόσον γίνει προσεκτική μελέτη, έχει αποδειχθεί ότι, με αυτόν τον τρόπο, η κύρια μηχανή του πλοίου μπορεί να εργάζεται πιο κοντά στο βέλτιστο σημείο λειτουργίας της (επιτυγχάνοντας, έτσι, συνδυασμένα χαμηλή κατανάλωση με χαμηλότερη ατμοσφαιρική ρύπανση), ενώ το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μικρότερο (καθώς αφενός στηρίζεται και στο γενικά φθηνότερο καύσιμο της κύριας μηχανής, αφετέρου αυτά τα συστήματα έχουν μικρότερο κόστος συντήρησης από τις συμβατικές ηλεκτρογεννήτριες). Επιπλέον, όμως, έχει αποδειχθεί ότι και ο δείκτης απόδοσης του πλοίου EEDI (ή ο επερχόμενος ΕΕΧΙ) ελαφρώς βελτιώνεται.
Εγκατάσταση ηλεκτρονικών διατάξεων ρύθμισης ταχύτητας
Η αλματώδης εξέλιξη των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος έχει επιτρέψει την οικονομικά δελεαστική λύση της εγκατάστασης τέτοιων διατάξεων σε ηλεκτροκινούμενο εξοπλισμό. Έχει αποδειχθεί ότι η εφαρμογή τέτοιων συστημάτων είναι οικονομικά αποδοτική (με απόσβεση σε σύντομο χρονικό διάστημα) όταν τα μηχανήματα που αναλαμβάνουν να ελέγξουν (π.χ. αντλίες, συμπιεστές, ανεμιστήρες) για μεγάλα χρονικά διαστήματα υπολειτουργούν (σε σημεία λειτουργίας κάτω του 60% της ονομαστικής τους ισχύος). Με τη χρήση των ηλεκτρονικών μετατροπέων μπορεί να επιτευχθεί ο ακριβής έλεγχος της ταχύτητας περιστροφής, η μείωση των απωλειών μηδενικού φορτίου (οι οποίες σε άλλη περίπτωση διατηρούνται σταθερές) και η αύξηση του βαθμού απόδοσης.
Μικρής κλίμακας παραγωγή από ΑΠΕ σε συνδυασμό με αποθήκευση
Όπως και στην ξηρά, υπάρχει η δυνατότητα παραγωγής περιορισμένων ποσών πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας, τα οποία είτε εγχέονται στο ηλεκτρικό δίκτυο του πλοίου είτε αποθηκεύονται σε συσσωρευτές.
Η λογική της αποκεντρωμένης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με το σκεπτικό των έξυπνων μικροδικτύων βρίσκει και στα πλοία την εφαρμογή της, αφενός με παραγωγή από φωτοβολταϊκά πλαίσια ναυτικού τύπου, από μικρής κλίμακας ανεμογεννήτριες, από διατάξεις ανάκτησης θερμότητας (με οργανικό κύκλο Rankine-ORC ή από θερμογεννήτριες-TEGs) αλλά και αφετέρου με τη διαχείρισή της από ένα ευέλικτο σύστημα ενεργειακής βελτιστοποίησης. Η συνολική λύση, όντας μια εφαρμογή πράσινης ενέργειας επί του πλοίου, επηρεάζει ευεργετικά τους δείκτες απόδοσης EEDI/ΕΕΧΙ.
Λοιπές λύσεις με εξηλεκτρισμό
Πολλά μέτρα που λαμβάνονται για μείωση της ρύπανσης που προκαλούν τα πλοία στο περιβάλλον (π.χ. πλυντρίδες καυσαερίων ‒scrubbers, συστήματα διαχείρισης νερού έρματος) περιλαμβάνουν εξοπλισμό που λειτουργεί με ηλεκτρική ενέργεια. Ο σωστός σχεδιασμός του συστήματος διαχείρισης της ηλεκτρικής ενέργειας τέτοιου εξοπλισμού παίζει πρωταρχικό ρόλο στο να αποδειχθεί τελικά οικονομικά αποδοτικός.
Προς το παρόν και λόγω της περιορισμένης χωρητικότητας των μπαταριών, στοχεύουμε στην ηλεκτροκίνηση των πλοίων που εξυπηρετούν πορθμειακές γραμμές. Όπως είναι γνωστό, στην Ελλάδα υπάρχει ένα εκτεταμένο δίκτυο πλωτών πορθμείων μικρών αποστάσεων που ενώνουν την ηπειρωτική με τη νησιωτική επικράτεια. Σχετικές μελέτες εφικτότητας έχουν καταδείξει ότι είναι εφικτή η κατάστρωση ενός σχεδίου μετατροπής τέτοιων πορθμείων σε σκάφη με ηλεκτροπρόωση που θα υποστηρίζονται από ηλεκτρικές-υβριδικές συστοιχίες, οι οποίες θα επαναφορτίζονται στα λιμάνια είτε κατά τη φορτοεκφόρτωση αναμονής είτε σε διαλείμματα λειτουργίας κ.ο.κ. Η υπάρχουσα τεχνολογία αιχμής προσφέρει ποικιλία λύσεων εξηλεκτρισμού, με ηλεκτρικούς κινητήρες υψηλής απόδοσης (π.χ. σύγχρονους κινητήρες μονίμων μαγνητών), ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος για μετατροπές από εναλλασσόμενο σε συνεχές ρεύμα και αντίστροφα, καθώς και συσσωρευτές (ιόντων λιθίου) και υπερ-πυκνωτές υψηλής ενεργειακής πυκνότητας με συνεργαζόμενες διατάξεις ταχείας φόρτισης και έξυπνα συστήματα ενεργειακής διαχείρισής τους. Τα λιμάνια και σε αυτή την περίπτωση καλούνται να φιλοξενήσουν τον σχετικό εξοπλισμό εξυπηρέτησης των υπό συζήτηση ηλεκτροκίνητων μπαταριόπλοιων.
Από την άλλη πλευρά, ουσιαστικοί αρωγοί στην προσπάθεια μείωσης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης των πλοίων τυγχάνουν οι χώροι υποδοχής, εξυπηρέτησης και τροφοδοσίας των πλοίων, δηλαδή τα λιμάνια, που ωφελούνται και τα ίδια από το μειωμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα των πλοίων. Έτσι, από τα πλέον αποδοτικά μέτρα μείωσης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης στην ευρύτερη περιοχή των λιμένων είναι η ηλεκτροδότηση των ελλιμενιζόμενων πλοίων μέσω κατάλληλου εξοπλισμού ηλεκτρικής διασύνδεσης, ώστε τα πλοία να παύσουν εντελώς τη λειτουργία των θερμικών μηχανών τους (προωστήριων και βοηθητικών γεννητριών). Η ιδέα αυτή, που στη διεθνή ορολογία συναντάται ως Ship-to-Shore Interconnection, Onshore Power Supply (OPS), Alternative Maritime Power ή κωδικοποιημένα cold ironing (από τη μείωση της εξωτερικής θερμοκρασίας της γάστρας του πλοίου λόγω σβησίματος των θερμικών μηχανών – παλαιότερα ατμοστρόβιλοι ενώ πιο πρόσφατα μηχανές εσωτερικής καύσης – ΜΕΚ), δεν είναι καινούργια αλλά χρονολογείται ήδη από τα τέλη του 19ου αιώνα. Στις μέρες μας, όμως, επανήλθε ως ένα μέτρο δραστικής μείωσης της ρύπανσης στα λιμάνια, δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια στην ξηρά παράγεται πλέον σε πολύ μεγάλο βαθμό με μη ρυπογόνους τρόπους (για παράδειγμα ανανεώσιμες πηγές ενέργειας – ΑΠΕ). Για την υλοποίηση της ηλεκτρικής διασύνδεσης απαιτείται ειδικός ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός, που περιλαμβάνει τα εξής:
- Υποσύστημα διασύνδεσης από την πλευρά του πλοίου με κατάλληλο ηλεκτρικό πίνακα που συνδέεται με τον κύριο ζυγό του πλοίου.
- Υποδομή τροφοδοσίας από το ηλεκτρικό δίκτυο του λιμένα το οποίο, με τη σειρά του, περιλαμβάνει μετασχηματιστή τάσης, μετατροπέα συχνότητας και υποσύστημα καλωδιακής σύνδεσης
Μέσα σε όλο αυτό πλαίσιο, αφενός οι αρμόδιες υπηρεσίες της Ευρωπαϊκής Επιτροπής συγχρηματοδοτούν δράσεις εκσυγχρονισμού των λιμένων με εγκατάσταση υποδομών για ηλεκτροδότηση πλοίων, αφετέρου δε αρκετοί λιμενικοί οργανισμοί στην ελληνική επικράτεια σπεύδουν να αξιοποιήσουν αυτές τις ευκαιρίες. Έτσι, στην Ελλάδα η πρώτη εφαρμογή ηλεκτρικής διασύνδεσης έγινε στο λιμάνι της Κυλλήνης στο πλαίσιο του έργου ELEMED, που συγχρηματοδοτήθηκε από τον μηχανισμό «Συνδέοντας την Ευρώπη – Τομέας Μεταφορών» (Connecting Europe Facility – Transport από τον φάκελο των Ταμείων Συνοχής). Το έργο έγινε με τη συνεργασία του Εργαστηρίου Θαλασσίων Μεταφορών του ΕΜΠ και των εταιρειών Protasis Engineering and Consulting, Hydrus Engineering και συντονιστή το Hellenic Lloyd SA (ελληνικό τμήμα του αγγλικού νηογνώμονα Lloyd’s Register). Στο ίδιο έργο μελετήθηκαν παράλληλα και οι αντίστοιχες εγκαταστάσεις στα λιμάνια του Πειραιά, Λεμεσού και Κόπερ (Σλοβενία). Την περίοδο αυτή το έργο EALING μελετά τον εξηλεκτρισμό 16 ευρωπαϊκών λιμανιών (συμπεριλαμβάνοντας και το λιμάνι της Ραφήνας και επιπλέον θέσεις στο λιμάνι του Πειραιά).
Όμως, η ηλεκτροδότηση των πλοίων, όπως συζητήθηκε παραπάνω, είναι το πρώτο στάδιο του εκσυγχρονισμού των λιμένων μέσα από τον έντονο εξηλεκτρισμό τους. Η ευέλικτη διαχειρισιμότητα της ηλεκτρικής ενέργειας, που είναι πλέον άμεσα διαθέσιμη για τα ηλεκτρικά δίκτυα μέσα από το πρίσμα της αλματώδους ανάπτυξης που έχει επέλθει με την αξιοποίηση των έξυπνων μικροδικτύων, επιτρέπει τον μετασχηματισμό των λιμένων σε ενεργειακούς κόμβους. Ήδη η ίδια ομάδα μελετά, στο πλαίσιο της δράσης ALFION, την προώθηση ενός φιλόδοξου σχεδίου ολιστικής ενεργειακής αναβάθμισης του λιμανιού της Ηγουμενίτσας και των υπόλοιπων λιμανιών της χώρας.
Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ότι ο ηλεκτρισμός, εδώ και αρκετά χρόνια, αναγνωρίζεται επίσημα ως εναλλακτικό καύσιμο για τα μέσα μεταφοράς τόσο από την Ευρωπαϊκή Ένωση (σύσταση 2006/339/EC, οδηγίες 2008/50/EC, 2014/94/EC) όσο και από την Ελληνική Πολιτεία (N. 4439- ΦΕΚ Νο 222/30-11-2016, Εθνικό Πλαίσιο Στρατηγικής Εναλλακτικών Καυσίμων στις Μεταφορές, ΦΕΚ Νο 3824/31-10-2017). Μάλιστα, στο τελικό στάδιο έκδοσης βρίσκεται και η Οδηγία για Ηλεκτροδότηση Πλοίων από το Υπουργείο Ναυτιλίας και Νησιωτικής Πολιτικής.
To παρόν άρθρο δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Ναυτικά Χρονικά, τεύχος Απριλίου 2021, σελ. 80
