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L'aumento continuo dei costi
del combustibile degli ultimi anni ha reso la
gestione del combustibile non piu' una normale voce di costo del budget
annuale dell'azienda, ma
uno degli argomenti piu' strategici da pianificare con largo
anticipo in modo da poter essere competitivi sul mercato.
Il mondo
dei trasporti navali ne e' un tipico esempio. Le navi mercantili di media
grandezza (ad es. una
petroliera oppure una bulk carrier da 150000 tonn, una portacontenitori da
3500TEU, un ferry Ro-Ro/passeggeri da 2500m di corsie) sono normalmente
equipaggiate con motori di taglia di 10-15MW. Per non parlare delle moderne
navi da crociera che hanno potenze installate ben maggiori (piu' di 50MW).
I consumi
specifici tipici sono mediamente di 180gr/kWh per i diesel lenti a due tempi
e per i diesel medium speed a quattro tempi, e di 220gr/kWh
per le turbine a gas.
Va pero' notato che il consumo specifico di carburante varia in base al regime
di rotazione ed alla coppia del motore ed e' anche influenzato da fattori esterni come
l'effettiva composizione del carburante, la pulizia dell'impianto di
alimentazione e del sistema di trattamento del combustibile,
la temperatura del locale apparato motore, la pressione atmosferica, l'umidita'
e le condizioni del mare.
Il sistema
LTM2214 permette di determinare continuamente il regime al quale il
consumo specifico e' minimo e permette di impostare un allarme se
la soglia desiderata viene superata.
Esempi
di riduzione dei costi del combustibile ottenibili con l’utilizzo del
sistema LTM2214
-
Utilizzando il sistema
LTM2214 interfacciato ad un misuratore di consumo di combustibile (non
fornito da Advanced Measurement Solutions) e’ possibile ottimizzare il
consumo specifico di combustibile e far quindi lavorare il motore in
condizioni ottimali.
-
Inoltre impostando
opportunamente le soglie di allarme e preallarme e’ possibile allertare
l’operatore che il punto di lavoro del motore e’ variato e che quindi i
consumi sono aumentati.
Nota introduttiva:
-
I consumi specifici utilizzati negli esempi seguenti sono
quelli indicati dai principali costruttori per misure effettuate al
banco e sono i valori minimi teoricamente ottenibili. Di norma motori di
taglia piu’ grossa hanno consumi specifici inferiori, quelli piu’
piccoli hanno consumi specifici maggiori.
-
In pratica, nel funzionamento normale, il consumo specifico
puo’ essere notevolmente maggiore poiche’ le condizioni effettive di
lavoro del motore sono differenti da quelle di prova, infatti temperatura,
pressione, umidita’, giri, carico, stato del mare, effetti indotti
dall’elica e dalla linea d’assi influenzano notevolmente il consumo
specifico.
-
Negli esempi che seguono si e’ comunque scelto di utilizzare
un valore di consumo specifico prossimo al valore di prova al banco
poiche’ esso costituisce il caso peggiore (in quanto il relativo
risparmio economico e’ minore).
-
Inoltre il costo del combustibile utilizzato negli esempi
(gennaio-marzo 2009) e’ quello minimo degli ultimi anni (ad es. ad
agosto 2008, e durante gli anni 2011-2012, i costi del combustibile erano piu’ che doppi).
-
Di conseguenza le cifre indicate (in USD) sono stimate per
difetto.
-
Per consultare le
quotazioni aggiornate
del combustile cliccare
qui.
Negli esempi che seguono e’ stato stimato un miglioramento
del consumo specifico dell’1.5%.
In condizioni normali, utilizzando in maniera appropriata il
sistema LTM2214, il risparmio ottenibile puo’ essere ben
maggiore!
A) Motore diesel a
due tempi slow speed / quattro tempi medium speed
Queste due tipologie di motori presentano consumi specifici
compresi nei seguenti range:
-
1)
160-180g/kWh
per i due tempi slow speed
-
2)
175-190g/kWh
per i quattro tempi medium speed
Le applicazioni tipiche di questa categoria spaziano dalle
piccole navi mercantili (due tempi slow speed da 5MW a 15MW), alle grosse
portacontenitori da 10000TEU (due tempi slow speed da 50MW a 80MW), ai
traghetti Ro-Ro per i quali, a causa della limitata altezza disponibile
nel locale macchina, sono utilizzati motori quattro tempi medium speed dai
20MW ai 50MW frazionati su piu’ unita’ (tipicamente due per asse).
Per semplificare i calcoli e’ stato assunto un consumo
specifico intermedio sostanzialmente valido sia per i due tempi slow speed
che per i quattro tempi medium speed.
-
Consumo specifico tipico: 0.180kg/kWh
-
Costo combustibile intermediate fuel oil (IFO 380 gen-mar
2009): 0.250 USD/kg (min anno) (max anno: 0.76USD/kg)
-
Costo combustibile marine diesel oil (MDO gen-mar 2009):
0.400 USD/kg (min anno) (max anno: 1.32USD/kg)
-
Miglioramento del consumo specifico ipotizzato utilizzando il
sistema LTM2214: 0.0027kg/kWh (miglioramento 1.5%)
-
Consumo specifico ottenuto: 0.1773kg/kWh
-
-
Potenza motore primo: 10MW
|
|
Consumo combustibile a
0,180kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,1773kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
IFO380 |
Riduzione costi con
MDO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
1296,0 |
1276,6 |
19,4 |
4860 |
7776 |
|
6
mesi |
7884,0 |
7765,7 |
118,3 |
29565 |
47304 |
|
1
anno |
15768,0 |
15531,5 |
236,5 |
59130 |
94608 |
Potenza motore primo: 25MW
|
|
Consumo combustibile a
0,180kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,1773kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
IFO380 |
Riduzione costi con
MDO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
3240,0 |
3191,4 |
48,6 |
12150 |
19440 |
|
6
mesi |
19710,0 |
19414,4 |
295,7 |
73913 |
118260 |
|
1
anno |
39420,0 |
38828,7 |
591,3 |
147825 |
236520 |
Potenza motore primo: 50MW
|
|
Consumo combustibile a
0,180kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,1773kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
IFO380 |
Riduzione costi con
MDO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
6480,0 |
6382,8 |
97,2 |
24300 |
38880 |
|
6
mesi |
39420,0 |
38828,7 |
591,3 |
147825 |
236520 |
|
1
anno |
78840,0 |
77657,4 |
1182,6 |
295650 |
473040 |
Potenza motore primo: 75MW
|
|
Consumo combustibile a
0,180kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,1773kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
IFO380 |
Riduzione costi con
MDO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
9720,0 |
9574,2 |
145,8 |
36450 |
58320 |
|
6
mesi |
59130,0 |
58243,1 |
887,0 |
221738 |
354780 |
|
1
anno |
118260,0 |
116486,1 |
1773,9 |
443475 |
709560 |
B) Turbina a gas aeroderivata (TAG)
Questa tipologia di motore presenta consumi specifici
compresi nel range 210-230g/kWh.
Le applicazioni tipiche di questa categoria spaziano dalle
unita’ militari (dai 20MW ai 100MW), alle navi da crociera (dai 15MW ai
50MW), alle unita’ speciali (record breaker o megayacht) nelle quali la
TAG viene utilizzata essenzialmente per il basso valore peso/potenza
ottenibile (dai 5MW ai 100MW). Per semplificare i calcoli e’ stato assunto
un consumo specifico intermedio. Il risparmio relativo al MDO e’ stato
computato solo per confronto con l’MGO.
-
Consumo specifico tipico: 0.220kg/kWh
-
Costo combustibile intermediate fuel oil (MDO gen-mar 2009):
0.400 USD/kg (min anno) (max anno: 1.32USD/kg)
-
Costo combustibile marine diesel oil (MGO al gen-mar 2009):
0.460 USD/kg (min anno)
-
Miglioramento del consumo specifico ipotizzato utilizzando il
sistema LTM2214: 0.0033kg/kWh (miglioramento 1.5%)
-
Consumo specifico ottenuto: 0.2167kg/kWh
-
-
Potenza motore primo: 10MW
|
|
Consumo combustibile a
0,220kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,2167kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
MDO |
Riduzione costi con
MGO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
1584,0 |
1560,2 |
23,8 |
9504 |
10930 |
|
6
mesi |
9636,0 |
9491,5 |
144,5 |
57816 |
66488 |
|
1
anno |
19272,0 |
18982,9 |
289,1 |
115632 |
132977 |
Potenza motore primo: 25MW
|
|
Consumo combustibile a
0,220kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,2167kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
MDO |
Riduzione costi con
MGO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
3960,0 |
3900,6 |
59,4 |
23760 |
27324 |
|
6
mesi |
24090,0 |
23728,7 |
361,3 |
144540 |
166221 |
|
1
anno |
48180,0 |
47457,3 |
722,7 |
289080 |
332442 |
Potenza motore primo: 50MW
|
|
Consumo combustibile a
0,220kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,2167kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
MDO |
Riduzione costi con
MGO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
7920,0 |
7801,2 |
118,8 |
47520 |
54648 |
|
6
mesi |
48180,0 |
47457,3 |
722,7 |
289080 |
332442 |
|
1
anno |
96360,0 |
94914,6 |
1445,4 |
578160 |
664884 |
Potenza motore primo: 75MW
|
|
Consumo combustibile a
0,220kg/kWh |
Consumo combustibile a
0,2167kg/kWh |
Riduzione consumo
combustibile |
Riduzione costi con
MDO |
Riduzione costi con
MGO |
|
|
(tonn) |
(tonn) |
(tonn) |
(USD) |
(USD) |
|
1
mese |
11880,0 |
11701,8 |
178,2 |
71280 |
81972 |
|
6
mesi |
72270,0 |
71186,0 |
1084,0 |
433620 |
498663 |
|
1
anno |
144540,0 |
142371,9 |
2168,1 |
867240 |
997326 |
C) Propulsione diesel elettrica
-
La propulsione diesel elettrica prevede la presenza di una
centrale di generazione elettrica frazionata su piu’ diesel generatori
medium speed (normalmente da quattro a sei unita’) in modo da poter
ripartire il carico tra i generatori e far lavorare ogni generatore col
consumo specifico minore possibile. La tensione cosi’ generata viene
inviata ai convertitori statici di propulsione che generano una tensione
variabile in frequenza ed ampiezza che viene applicata ai motori
elettrici di propulsione. I convertitori di propulsione permettono di
controllare i giri e la coppia applicata all’elica.
-
Questa configurazione presenta consumi specifici simili a
quelli della propulsione diretta diesel medium speed compresi quindi nel
range 175-190g/kWh. La conversione dell’energia
meccanica-elettrica-meccanica peggiora di circa il 6% il rendimento
globale teorico del sistema di propulsione (i trasformatori di propulsione, i convertitori ciclo/sincro/PWM,
gli avvolgimenti dei motori elettrici di propulsione (PEM) e la loro
eccitazione contribuiscono alle perdite). In realta’ il frazionamento
dei diesel generatori permette di ottenere un consumo specifico
favorevole per ogni configurazione di navigazione (ad es. in manovra
vengono utilizzati 2 diesel alternatori all’85% dell’MCR, mentre in
navigazione alla massima velocita’ si utilizzano 4 o 5 diesel generatori
sempre caricati all’85%. In questo modo si ottiene un sistema piu’
flessibile dell’accoppiamento diretto motore asse elica e si recupera
abbondantemente la perdita del 6% sopra citata.
-
Il rendimento complessivo del sistema puo’ essere pero’
ulteriorimente migliorato installando su ogni linea d’assi un sistema
LTM2214 in modo da avere un’indicazione piu’ accurata della potenza
assorbita da ogni asse. Infatti il valore di potenza indicato dai
convertitori statici di propulsione non e’ normalmente molto preciso.
-
Inoltre se all'ingresso del misuratore di consumo
combustibile dell'LTM2214 e' inviato il segnale corrispondente alla
potenza elettrica assorbita dal sistema di propulsione di ciascun PEM,
e' possibile visualizzare l'efficienza dell'impianto di propulsione
elettrica (che tipicamente si aggira tra lo 0.92 e 0.95).
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