Analisi tecnico-economica della elettrificazione del Porto di

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OSSERVATORIO AMBIENTALE DI CIVITAVECCHIA
SEZIONE AMBIENTE
in collaborazione con la
Università di Roma “La Sapienza”
Dipartimento di Meccanica e Aeronautica
RELAZIONE DI RICERCA
Analisi tecnico-economica della elettrificazione del Porto di
Civitavecchia
Ricerca condotta da:
Ing. Luca Cedola, Ing. Mauro Villarini e Ing. Luca Del Zotto
ha collaborato la
Sezione “Macchine e Sistemi Energetici”
del Dipartimento di Meccanica e Aeronautica
Direttore della ricerca: Prof. Ing. Vincenzo Naso
Luglio 2006
OSSERVATORIO AMBIENTALE - CITTÀ DI CIVITAVECCHIA
SEZIONE AMBIENTE
INDICE
PRIMA PARTE - INTRODUZIONE ALLA BANCHINA ELETTRIFICATA.................................4
1
La banchina elettrificata...............................................................................................................5
1.1
Obiettivi e funzionamento....................................................................................................5
1.2
Descrizione tecnica ..............................................................................................................5
1.2.1
1.3
Componenti principali..................................................................................................6
Problemi di connessione ......................................................................................................7
1.3.1
Frequenza .....................................................................................................................7
1.3.2
Tensione .......................................................................................................................7
1.3.3
Sistema di movimentazione dei cavi elettrici ..............................................................7
1.4
Lo sviluppo della banchina elettrificata nel mondo .............................................................9
1.4.1
Il porto di Goteborg......................................................................................................9
1.4.2
Il porto di Los Angeles...............................................................................................10
1.4.3
Il porto di Juneau .......................................................................................................11
1.4.4
Considerazioni sulla scelta della banchina.................................................................12
SECONDA PARTE - IL DIMENSIONAMENTO DELLA BANCHINA ELETTRIFICATA NEL
CONTESTO DEL PORTO DI CIVITAVECCHIA ..........................................................................14
2
Scelta del numero e della tipologia di banchine nel porto di Civitavecchia ..............................15
2.1
Il nuovo porto di Civitavecchia..........................................................................................15
2.2
Individuazione delle banchine e del numero d’imbarcazioni ............................................17
2.3
Calcolo delle emissioni annuali per banchina....................................................................17
2.4
Scelta del numero di banchine ...........................................................................................21
2.5
Abbattimento delle emissioni prodotte ..............................................................................22
2.6
Confronto tra le emissioni specifiche delle 3 navi-tipo e delle Centrali elettriche ............23
2.6.1
3
Confronto tra le emissioni delle 3 banchine-tipo e delle Centrali elettriche..............25
2.7
Abbattimento complessivo delle emissioni nel porto di Civitavecchia .............................27
2.8
Confronto tra sorgenti inquinanti in Civitavecchia............................................................30
Dimensionamento e lay-out della rete di distribuzione .............................................................31
3.1
Introduzione .......................................................................................................................31
3.2
Potenza totale richiesta.......................................................................................................31
2
SEZIONE AMBIENTE
3.3
Connessione alla rete elettrica nazionale ...........................................................................33
3.4
Sottostazione primaria di trasformazione e rete di distribuzione portuale.........................39
3.5
Soluzione tecnica adottata per l’elettrificazione ................................................................45
3.6
Collegamento tra la sottostazione e la cabina secondaria di trasformazione.....................46
3.7
Cabina secondaria di trasformazione e disposizione degli shore-boxes ............................49
3.7.1
Terminal-crociere.......................................................................................................52
3.7.2
Terminal-container.....................................................................................................55
3.7.3
Terminal-traghetti ......................................................................................................57
3.8
Numero e lunghezza dei conduttori utilizzati per collegare i trasformatori secondari e gli
shore-boxes ....................................................................................................................................59
3.9
Descrizione dello shore-box...............................................................................................60
3.10
Sistema di movimentazione e connessione dei cavi con l’imbarcazione...........................66
3.10.1
Terminal-crociere.......................................................................................................66
3.10.2
Terminal-container.....................................................................................................71
3.10.3
Terminal-traghetti ......................................................................................................73
3.11
Modifiche tecniche da apportare alle imbarcazioni ...........................................................74
3.12
Tempi di connessione.........................................................................................................75
TERZA PARTE - ANALISI ECONOMICA RELATIVA AL PROGETTO DI
ELETTRIFICAZIONE DELLE BANCHINE DEL PORTO DI CIVITAVECCHIA ......................76
4
Analisi economica......................................................................................................................77
4.1
Introduzione .......................................................................................................................77
4.2
Impianto di connessione alla rete elettrica.........................................................................78
4.3
Terminal-traghetti ..............................................................................................................79
4.4
Terminal-container.............................................................................................................80
4.5
Terminal-crociere...............................................................................................................81
4.6
Costo complessivo .............................................................................................................82
4.6.1
4.7
Costo dell’infrastruttura navale..................................................................................83
4.7.1
Costo elettricità ..................................................................................................................85
4.8
Costi sostenuti da una nave da crociera in un anno: caso di studio ...........................87
Verifica del risparmio energetico.......................................................................................88
CONCLUSIONI.............................................................................................................................90
Bibliografia ........................................................................................................................................92
3
SEZIONE AMBIENTE
PRIMA PARTE - INTRODUZIONE ALLA BANCHINA
ELETTRIFICATA
4
SEZIONE AMBIENTE
1
La banchina elettrificata
1.1 Obiettivi e funzionamento
La banchina elettrificata è un sistema che ha due scopi principali:
- la soppressione dell’inquinamento diretto nella zona portuale, causato dai motori ausiliari
delle navi tenuti in funzione per la produzione di energia elettrica a bordo (necessaria per
assicurare tutte le funzioni ausiliarie
- la riduzione delle emissioni delle navi ormeggiate nel porto, consiste nell’alimentare le
utenze delle imbarcazioni attraverso una rete elettrica di terra (in particolare, la rete
elettrica nazionale) anziché utilizzare i motori ausiliari. Infatti il fattori di emissione per
MWh di energia elettrica convogliato dalla Rete di Trasmissione Nazionale è inferiore
rispetto ai fattori di emissione degli ausiliari. Questo fatto è giustificato sia dalla molteplicità
delle tecnologie utilizzate per la produzione di energia (eolica, idrica, gas, vapore, nucleare,
etc.) alcune delle quali caratterizzate da emissioni praticamente nulle, sia perché le Centrali
Termoelettriche a combustibili fossili devono rispettare dei limiti di emissione ben più
severi rispetto a quelli prescritti per il settore navale.
Finora analoghi sistemi di elettrificazione sono usati per sopperire a richieste di potenze
particolarmente ingenti da parte di particolari utilities, come ad esempio le attività di carico e
scarico, che non possono essere soddisfatte dal semplice impiego degli ausiliari di bordo.
Oggi, la banchina elettrificata ha come primo obiettivo l’abbattimento delle emissioni inquinanti.
1.2
Descrizione tecnica
In relazione ai progetti attualmente allo studio, non esiste uno standard di banchina elettrificata; si
può comunque schematizzare un progetto di massima che illustri gli elementi principali ed
indispensabili per la realizzazione di essa.
5
SEZIONE AMBIENTE
1.2.1 Componenti principali
Figura 1- Schema costruttivo generale di una banchina elettrificata
Elementi strutturali della banchina:
1) Connessione tra la rete elettrica nazionale ed un trasformatore per convertire la tensione da
20 -100 kV a 6-20 kV a seconda delle necessità;
2) Sistema di cablaggio per il convoglio della corrente dal trasformatore di tensione al terminale
portuale;
3) Eventuale convertitore dell’alimentazione per adattare la frequenza della rete elettrica nazionale
a quella dell’imbarcazione;
4) Sistema di canalizzazione sotterranea per la distribuzione dei cavi fino all’estremità del
terminale;
5) Struttura che consenta la movimentazione dei cavi sulla banchina per evitare il contatto diretto
con essi e per facilitare le operazioni di connessione con la nave.
Elementi strutturali dell’imbarcazione:
1) Presa elettrica per la connessione dei cavi;
2) Trasformatore di tensione (l’utenza elettrica della nave lavora a 400 o 6600 V);
3) Sistema di distribuzione della corrente all’interno della nave.
6
SEZIONE AMBIENTE
1.3
Problemi di connessione
1.3.1 Frequenza
Può accadere che la frequenza della rete elettrica non sia compatibile con quella richiesta dalle
imbarcazioni. In Europa, infatti, la frequenza di rete è di pari a 50 Hz mentre l’utenza delle navi
può variare da 50 a 60 Hz.
Per ovviare a un problema di questo genere è necessaria l’installazione di un convertitore di
frequenza con un sensibile aumento dei costi d’installazione.
1.3.2 Tensione
Per la tensione sarebbe necessaria l’installazione di un trasformatore a bordo della nave.
Il problema è che la tensione varia da porto a porto a seconda della rete di distribuzione, mentre i
trasformatori sono generalmente progettati per lavorare ad un voltaggio prestabilito. Bisogna quindi
ricorrere a particolari accorgimenti tecnici, che permettano l’utilizzo della banchina elettrificata
indipendentemente dal porto di attracco, che comportano un aumento dei costi.
1.3.3 Sistema di movimentazione dei cavi elettrici
Al fine della movimentazione dei cavi elettrici - ingombranti e pesanti – di connessione della nave
con la rete elettrica di alimentazione risulta necessario un opportuno sistema di movimentazione dei
cavi stessi.
La soluzione più comune consiste in una struttura equipaggiata con un argano ed una gru, costruita
sulla banchina, in grado di sollevare ed abbassare i cavi di collegamento.
L’argano e la gru sono azionati da un motore elettrico e sono controllati a distanza attraverso una
cabina di comando.
Il sistema di movimentazione deve essere in grado di asservire il maggior numero e tipo di navi
possibile; a questo proposito si suddividono le imbarcazioni secondo lo schema seguente:
7
SEZIONE AMBIENTE
Tabella 1- Suddivisione del tipo d'imbarcazioni
Categoria
1. Imbarcazioni prive di gru, che
ormeggiano sempre nella stessa posizione
2. Imbarcazioni munite di gru, che non
ormeggiano sempre nella stessa posizione
Tipo d’imbarcazione
Petroliere
Navi RO-RO (Roll-on Roll-off)
Navi da crociera
Traghetti
Navi container
Navi per carichi alla rinfusa
La prima categoria permette di adottare una struttura fissa sulla banchina, senza correre il rischio di
intralciare le operazioni di carico e scarico, mentre per la seconda si rende necessario l’utilizzo di
una struttura mobile che non interferisca con la movimentazione delle gru e consenta la connessione
indipendentemente dalla posizione di ormeggio dell’imbarcazione.
8
SEZIONE AMBIENTE
1.4
Lo sviluppo della banchina elettrificata nel mondo
La banchina elettrificata è un progetto altamente innovativo, in piena fase di sviluppo, che ha già
riscontrato un notevole successo a livello mondiale.
Ad oggi, non sono molti i porti che possono già vantare l’utilizzo di questa tecnologia, ma i benefici
in termini d’inquinamento, di costi, di energia e d’immagine stanno spingendo le compagnie
portuali e navali ad attrezzarsi in tale direzione.
Illustreremo ora tre casi fra i più significativi a livello mondiale e rappresentativi delle principali
tipologie di intervento.
1.4.1 Il porto di Goteborg
Il porto di Goteborg [1] è il più grande porto della Svezia ed il più importante della regione
scandinava; è caratterizzato da un cospicuo movimento di petroliere, rinfusiere, navi container e da
un modesto traffico passeggeri.
Da sempre si è distinto per l’attenzione rivolta al settore ambientale, con un occhio di riguardo alle
nuove tecnologie in grado di limitare le emissioni atmosferiche delle imbarcazioni.
A questo proposito, Goteborg è stato il primo porto del mondo ad installare, nel 2000, una
connessione elettrica ad alto voltaggio per le imbarcazioni di tipo RO-RO.
Ad oggi, nel porto di Goteborg ci sono due banchine elettrificate che riforniscono tre navi RO-RO
ed una nave da crociera.
La scelta del tipo d’imbarcazioni da rifornire è stata fatta in base al tempo di ormeggio, al
combustibile utilizzato e alla performance dei motori: ognuna delle navi rifornite nel porto di
Goteborg assorbe circa 5000 kWh e l’elettrificazione permette di abbattere notevolmente le
immissioni. Ogni anno, infatti, per ogni nave servita, in media, sono evitate emissioni in atmosfera
di 80, 60 e 2 tonnellate di ossido di azoto, biossido di zolfo e particolati.
Inoltre l’energia elettrica è generata, in parte, attraverso le Centrali eoliche, riducendo così l’impatto
ambientale per la produzione della stessa.
La tecnologia adottata dal porto di Goteborg fa parte di un progetto a lungo termine,in accordo con
le compagnie navali, che prevede la possibilità di rifornire qualunque tipo d’imbarcazione,
attraverso l’impiego di speciali trasformatori che consentano l’alimentazione indipendentemente
dalla tensione richiesta dalla nave.
9
SEZIONE AMBIENTE
1.4.2 Il porto di Los Angeles
A partire dal 2001, il porto di Los Angeles ha intrapreso lo studio di varie tecnologie per
l’abbattimento delle emissioni in mare e in atmosfera tra cui lo studio di un sistema di
elettrificazione per alimentare le imbarcazioni ormeggiate nel porto[2] .
Frutto di questo lavoro è stata, nel 2004, la realizzazione del progetto “Alternative Maritime Power”
(AMP), ossia la prima banchina elettrificata al mondo per navi container.
Questo tipo d’imbarcazioni lavorano con una tensione di 440V e la potenza richiesta varia da 1 a 10
MW; la banchina è in grado di ospitare ed alimentare contemporaneamente due navi delle stesse
dimensioni e con le stesse specifiche tecniche.
Per provvedere al rifornimento di corrente anche durante la fase di carico e scarico merci senza
intralciare la movimentazione delle gru, i trasformatori e i cavi elettrici sono stati installati sopra
una chiatta accostata alla nave.
Figura 2- Alternative Marittime Power del porto di Los Angeles
10
SEZIONE AMBIENTE
Il trasformatore serve per convertire la tensione dai 6.6 kV della rete elettrica portuale, ai 440 V
richiesti dall’utenza; sulla chiatta, posizionata ortogonalmente rispetto alla poppa della nave trovano
posto tre carrucole su cui sono avvolti i nove cavi necessari all’alimentazione. La movimentazione
di quest’ultimi avviene per mezzo di una gru, situata anch’essa sulla piattaforma, mentre la
connessione con l’imbarcazione è effettuata manualmente attraverso delle prese elettriche.
Il trasformatore è collegato mediante un cavo elettrico ad una presa situata sulla banchina antistante
la chiatta; questa, a sua volta, attraverso un cablaggio sotterraneo, si collega alla rete elettrica
principale del porto.
Dal punto di vista ambientale, a seconda del tipo d’imbarcazione, si stima che l’AMP permetta di
evitare l’immissione in atmosfera di circa 1 tonnellata di NOx e 0,7 tonnellate di SO2 al giorno per
ogni nave alimentata, ossia l’equivalente di 16000 camion.
Visti i risultati ottenuti, il porto di Los Angeles sta cercando di stringere rapporti di collaborazione
con le maggiori compagnie navali, affinché si possa estendere questo sistema anche alle navi da
crociera, come già sta facendo il porto di Jeneau in Alaska.
1.4.3 Il porto di Juneau
Juneau è il principale porto crocieristico dell’Alaska [3]; nel 2001 la sua Amministrazione diede il
via al progetto di elettrificazione delle banchine per navi da crociera denominato “cold ironing”.
La flotta della Princess Cruises è composta da quattro imbarcazioni (Sun Class Ships) che
assorbono una potenza di circa 7 MW con una tensione di 6.6 kV ed una nave più grande (Grand
Class Ship) che richiede 13 MW di potenza ad una tensione di 11 kV.
La rete elettrica del porto di Jeneau ha una tensione di 69 kV e pertanto è stato necessario installare
sulla banchina un trasformatore.
Parallelamente alla banchina è stata costruita una struttura in ferro munita di una passerella per il
transito degli operatori ed un carrello a ponte per la movimentazione dei cavi, il che consente una
connessione più facile e sicura con la nave in ogni condizione climatica ( fig. 3).
Il collegamento trasformatore-nave è stabilito attraverso cinque cavi, quattro dei quali (in alta
tensione) di 10 cm di diametro ed uno di 5 cm per la messa a terra: la connessione con le prese
elettriche è affidata al personale specializzato.
11
SEZIONE AMBIENTE
Il passaggio dai motori ausiliari alla rete esterna e viceversa è completamente automatizzato in
modo da garantire il maggior numero di servizi a bordo della nave durante la conversione.
Figura 3- Struttura per la movimentazione dei cavi
La realizzazione di questo progetto ha consentito di diminuire le immissioni in atmosfera del 20%
circa; per di più l’energia elettrica assorbita dalle navi è generata esclusivamente dalla limitrofa
centrale idroelettrica di Snettisham, che permette di abbattere completamente le emissioni per la
produzione della stessa.
Lo Stato dell’Alaska ha intenzione di estendere il progetto “cold ironing” anche agli altri porti dello
stato adibiti al settore crocieristico, in modo da creare una rete portuale nazionale a basso impatto
ambientale.
1.4.4 Considerazioni sulla scelta della banchina
I tre esempi precedenti sono stati scelti perché rappresentano tre diverse tipologie di banchina che si
differenziano per l’impiego: alimentazione di navi RO-RO, di container e di navi da crociera.
Goteborg, Los Angeles e Juneau essendo stati tra i primi porti al mondo ad adottare e sperimentare
questa tecnologia, hanno indirizzato i loro studi ad un ristretto tipo e numero d’imbarcazioni che
12
SEZIONE AMBIENTE
fosse, in funzione dei dati del traffico, il più vantaggioso possibile sia dal punto di vista ambientale
che economico.
Per determinare la soluzione migliore bisogna innanzi tutto tener conto di alcuni fattori.
La distinzione del porto tra scalo prevalentemente commerciale, crocieristico o crocieristcocommerciale è il primo aspetto da considerare per l’individuazione del tipo di nave a cui potrebbe
essere rivolto lo studio; a questo proposito non bisogna dimenticare di analizzare le prospettive
future di sviluppo dell’area portuale associate al trend della navigazione marittima.
Una volta scelto il settore di applicazione, è necessario selezionare un numero limitato di
imbarcazioni che potrebbero usufruire di questa tecnologia in base al:
− tempo medio di stazionamento per ogni chiamata in porto;
− numero di chiamate in porto annuali;
− tipo di combustibile utilizzato;
− fattore di emissione.
È possibile quindi stilare una classifica delle navi più inquinanti ormeggiate nel porto.
Questa procedura costituisce il punto di partenza per la progettazione della banchina elettrificata sia
dal punto di vista logistico, individuazione del molo di attracco, sia dal punto di vista progettuale,
specifiche tecniche richieste dalle imbarcazioni.
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SEZIONE AMBIENTE
SECONDA PARTE - IL DIMENSIONAMENTO DELLA
BANCHINA ELETTRIFICATA NEL CONTESTO DEL
PORTO DI CIVITAVECCHIA
14
SEZIONE AMBIENTE
2 Scelta del numero e della tipologia di banchine nel porto di
Civitavecchia
2.1 Il nuovo porto di Civitavecchia
Come già accennato, il porto di Civitavecchia sta attraversando una profonda fase di rinnovamento
e ristrutturazione che ha lo scopo di favorire e supportare la continua crescita registrata negli ultimi
anni. In quest’ottica, nel 2004 è stato approvato il nuovo piano regolatore che prevede
l’ampliamento delle banchine e la costruzione di nuovi terminal.
In figura 4, è rappresentato la configurazione del futuro porto di Civitavecchia a lavori ultimati.
La parte settentrionale sarà dedicata esclusivamente al traffico crocieristico e commerciale: la nuova
banchina per le navi da crociera sarà tra le più lunghe d’Europa, mentre la futura darsena per le navi
RO-RO e traghetto prevede la costruzione di tre nuove banchine e potrà ospitare sino ad otto
imbarcazioni contemporaneamente.
Figura 4- Configurazione del futuro porto di Civitavecchia
15
SEZIONE AMBIENTE
Alla sinistra di questa, con una superficie di 300.000 mq, trova spazio il terminal-container, che con
circa 1500m di banchina, potrà essere messo a disposizione anche per il traffico traghetti nel
periodo di maggior richiesta.
Più a nord infine, è in fase di realizzazione la darsena servizi e la darsena energetica grandi masse
non distante dalla Centrale elettrica di Torrevaldaliga.
Con questa prospettiva l’elettrificazione renderebbe il porto di Civitavecchia una realtà ancor più
innovativa, abbinando alla tecnologia la salvaguardia dell’ambiente: inoltre, una rete elettrica
ramificata di questa portata non solo potrebbe essere impiegata per l’utilizzo sulle navi ma potrebbe
costituire il punto di partenza di un progetto ancor più ampio di elettrificazione estesa a tutte le
utenze: i mezzi meccanici, come le gru, i montacarichi, i carrelli motorizzati e la trazione dei mezzi
di trasporto utilizzati all’interno dell’area portuale.
Nel nostro studio ci limiteremo alla elettrificazione delle banchine.
16
SEZIONE AMBIENTE
2.2
Individuazione delle banchine e del numero d’imbarcazioni
Il progetto di elettrificazione del porto di Civitavecchia si basa sulle proiezioni future dell’entità e
del tipo di traffico marittimo dei prossimi anni, cui far corrispondere lo sviluppo della nuova area
portuale. I dati utilizzati in questa trattazione sono ancora limitati ed incompleti e questo la
rende un’ analisi di fattibilità preliminare e orientativa.
Tenuto conto del numero sempre crescente di crocieristi che fanno scalo a Civitavecchia, la
costruzione della nuova darsena traghetti e l’impiego, a conclusione del nuovo terminal-container,
delle nuove grandi navi “Post Panamax”, l’elettrificazione del porto dovrà coinvolgere tre aree : il
terminal-traghetti, il terminal-crociere e il terminal-container.
Nel complesso, le tre aree impiegano 7 banchine, per un totale di 4260 m di accosto così suddivisi:
Tabella 2- Banchine impiegate e lunghezza totale degli accosti
Numero banchine
Lunghezza totale
di accosto (m)
T. traghetti
T. crociere
T. container
Totale
5
1
1
7
1760
1700
800
4260
Per ottimizzare il numero di banchine da elettrificare bisogna innanzi tutto individuare, per le tre
categorie, il miglior compromesso tra impegno degli accosti ed emissioni prodotte.
2.3
Calcolo delle emissioni annuali per banchina
Per calcolare le emissioni si è fatto riferimento a tre navi-tipo, una per ogni categoria
d’imbarcazione, che abitualmente fanno scalo nel porto di Civitavecchia o che, come nel caso della
nave-container circoleranno a lavori ultimati, nel terminal-multipurpose.
Le navi modello prese in considerazione sono la “Costa Concordia”, della Costa Crociere, il
traghetto veloce di tipo RO-PAX “Bithia” del gruppo Tirrenia e la nave-container “Tasman” del
gruppo P&O Lines.
17
SEZIONE AMBIENTE
La scelta di queste tre imbarcazioni è da ricercarsi nel fatto che, per ogni classe di appartenenza,
presentano coefficienti di emissioni medi e gli assorbimenti degli ausiliari in banchina, per una
successiva stima di potenza, sono i più alti.
Di seguito riportiamo le principali caratteristiche tecniche delle tre imbarcazioni:
Nome
COSTA CONCORDIA
TIRRENIA BITHIA
P&O TASMAN
Anno di costruzione
2006
2001
2000
Stazza (tonnellate)
112.000 t
35.763 t
66.526 t
Lunghezza (metri)
290 m
214 m
278 m
Larghezza (metri)
36 m
26 m
40 m
1x 600 kVA;
1x 2875 kVA;
2x 3915 kVA
1x330 kVA;
4x2200 kVA
Generatori elettrici
1x 1300 kVA;
2x 10500 kVA;
4x 14000 kVA
Tensione supportata (V)
6600 V; 440 V; 220 V
440 V; 220 V
6600 V; 440 V; 220 V
Frequenza di rete
60 Hz-Ac
60 Hz-Ac
60 Hz-Ac
Tabella 3- Caratteristiche tecniche delle 3 navi tipo
I fattori di emissione di ogni singola imbarcazione sono tratti dal documento stilato dalla Comunità
Europea nel 2005 [4]:
Tabella 4- Fattori medi di emissione delle tre navi tipo in banchina
g/kWh
Kg/tonne fuel
NOx
SO2
CO2
PM VOC
sfc
NOx
SO2
CO2
PM VOC
Costa Concordia (MGO)
11,6
1,7
750
1,8
0,5
236
50
8
3.179
7,7
2,3
Tirrenia Bithia (RO)
11,3
11,2
746
1,8
0,5
235
49
48
3.179
7,6
2,3
P&O Tasman (RO)
13,7
12,1
710
1,5
0,2
223
62
54
3.179
6,7
9,1
MGO = Marine Diesel Oil (S=0,4%)
18
SEZIONE AMBIENTE
RO = Residual Oil (S=2,7%)
Sfc= specific fuel consumption
Per concludere la stima sono necessarie due ulteriori informazioni: la potenza assorbita dagli
ausiliari delle navi e l’impiego annuo, espresso in ore, di ogni tipologia di banchina.
19
SEZIONE AMBIENTE
Il primo dato è fornito dalle rispettive compagnie navali, mentre per il secondo ci si avvale del
supporto dell’ente portuale di Civitavecchia.
Tabella 5- Potenza media installata dai motori ausiliari delle navi in banchina
Potenza installata (kW)
Costa Concordia
11000
Tirrenia Bithia
4000
P&O Tasman
2000
Per il calcolo delle ore d’impiego delle banchine, si è fatto ricorso al coefficiente di utilizzo, che
tiene conto del tempo medio di stazionamento in porto di ogni categoria d’imbarcazione, distribuito
lungo un anno.
Tabella 6- Ore effettive d'impiego di ogni singola tipologia di banchina in un anno
Banchina-crociere
Banchina-traghetti
Banchina-container
Mesi d’impiego
10
12
12
Giorni d’impiego
300
360
360
Ore totali
7200
8640
8640
Coeff. di utilizzo
0,5
0,4
0,7
Ore effettive
3600
3456
6048
A questo punto combinando i coefficienti di emissione con la potenza media degli ausiliari e le ore
effettive d’impiego è possibile calcolare le emissioni in atmosfera in un anno per tipo di banchina.
Come ipotesi si è assunto che il numero di approdi sia tale da garantire un coefficiente d’impiego
pari ad 1 per il numero di ore precedentemente stimato.
Tabella 7- Emissioni annue per singola banchina
NOx (t)
SO2 (t)
CO2 (t)
PM (t)
SFC (t)
Banchina-crociere
459
67
29700
71
9345
Banchina-traghetti
156
154
10312
24
3248
20
SEZIONE AMBIENTE
Banchina-container
2.4
165
146
8588
18
2697
Scelta del numero di banchine
Come si evince dalla Tab.7, la banchina–crociere risulta la più inquinante nell’arco di un anno
solare, ma per ripartire correttamente il numero di banchine da elettrificare tra le tre tipologie
d’imbarcazione prese in considerazione non si può trascurare il traffico reale.
Infatti, i valori calcolati nel paragrafo precedente non tengono conto del traffico effettivo che
potrebbe, in alcuni casi, non impiegare al 100% l’accosto o in altri eccedere nell’utilizzo, il che
comporta l’elettrificazione di una banchina aggiuntiva per il terminal considerato.
Per operare questa stima si dividono le ore annue d’impiego di ogni singola tipologia di banchina
per la media delle ore trascorse nel porto, nello stesso arco di tempo, rispettivamente da una navecrociera, nave-container e nave-traghetto, ottenendo il numero d’imbarcazioni necessarie ad avere
un coefficiente d’impiego pari ad 1. Raffrontando questo valore con i dati di traffico dello specifico
settore e, tenendo conto di un fattore di contemporaneità variabile nei tre casi, otteniamo una
valutazione del numero di banchine da elettrificare.
Tabella 8- Calcolo del numero di banchine da elettrificare
Nave-crociera
Nave-traghetto
Chiamate in porto annuali per singola nave
15
100
Tempo di stazionamento medio ad ogni chiamata (h)
12
10
Ore totali di stazionamento in un anno (h)
180
1000
Navi necessarie per avere un coeff. d'impiego unitario
20
3,4
Navi previste per il 2006
140
30
Banchine da elettrificare
7
9
Come si può notare, per elettrificare tutte le imbarcazioni sarebbero necessarie 7 banchine-crociere
e 9 banchine-traghetto.
In realtà, per evitare che alcune banchine rimangano inutilizzate per troppo tempo, nei periodi di
scarso traffico, il numero ottimale di postazioni elettrificate è risultato pari a 3 banchine-crociere e 4
banchine-traghetti.
21
SEZIONE AMBIENTE
Un discorso a parte merita il terminal-container, in quanto il traffico merci attuale non risulta
comparabile agli altri due settori e le previsioni future non sono agevoli: in base a ciò si è stabilito
un numero di 2 banchine-container da elettrificare.
Il numero ottimale di banchine da elettrificare per i tre terminal potrà essere stabilito con maggiore
accuratezza nel momento in cui tutti i dati del traffico sia dello storico che del forecast saranno
disponibili.
2.5 Abbattimento delle emissioni prodotte
Come detto, la finalità dell’elettrificazione è quella di evitare la produzione di energia elettrica a
bordo delle navi attraccate nel porto.
Un confronto di interesse è allora la stima dell’ abbattimento delle emissioni prodotte all’interno del
porto di Civitavecchia conseguibile grazie all’introduzione delle banchine elettrificate, ovviamente
considerando la corrispondente produzione di inquinanti originata dai diversi impianti di terra
destinati alla produzione di energia elettrica. Sono stati considerati:
− centrale termoelettrica ad olio combustibile ( 4 gruppi da 660MWe ciascuno);
− centrale termoelettrica a carbone (4 gruppi da 660 MWe ciascuno, di nuova generazione);
− centrale termoelettrica a ciclo combinato gas-vapore (1 gruppo da 780 MW).
I confronti tra gli impianti di produzione e le tre classi d’imbarcazione riguardano le emissioni
specifiche e le emissioni annuali per ogni tipologia di banchina.
I coefficienti di emissione delle Centrali sono quelli forniti dall’ENEL S.P.A. [11].
22
SEZIONE AMBIENTE
2.6 Confronto tra le emissioni specifiche delle 3 navi-tipo e delle Centrali
elettriche
Confronto tra le emissioni specifiche:
Figura 5- Emissioni di NOx
23
SEZIONE AMBIENTE
Figura 6
Emissioni di SO2
Figura 7
Emissioni di PM
24
SEZIONE AMBIENTE
2.6.1 Confronto tra le emissioni delle 3 banchine-tipo e delle Centrali elettriche
Di seguito sono riportate le quantità d’inquinanti prodotte dall’impiego di una specifica banchina in
un anno, con le modalità ed i tempi descritti in Tab.6.
Tali valori sono stati confrontati con le emissioni che produrrebbero gli impianti termoelettrici per
generare la stessa energia prodotta dagli ausiliari: 39600, 13824 e 12096 MWh ,rispettivamente, per
la banchina crociere, per quelle per traghetti e container.
Figura 8
Emissioni di NOx
Figura 9
Emissioni di SO2
25
SEZIONE AMBIENTE
Figura 10
Emissioni di PM
26
SEZIONE AMBIENTE
2.7 Abbattimento complessivo delle emissioni nel porto di Civitavecchia
In questo paragrafo si vuole illustrare l’abbattimento complessivo delle emissioni conseguibile
grazie all’impiego di:
− 3 banchine-crociere;
− 4 banchine traghetti;
− 2 banchine-container.
Per ogni banchina si deve tener conto dei tempi morti in cui non essa può essere utilizzata a causa
di:
− distribuzione del traffico marittimo (media-bassa-alta stagione);
− tempi di manutenzione;
− eventuali black-out della rete elettrica;
− guasti e tempi di riparazione.
Quindi, rispetto al numero di ore considerato in Tab.6, si considera una percentuale di out of service
pari a:
− terminal-crociere:
-30% ;
− terminal-traghetti:
-15% ;
− terminal-container: -30% .
−
Di seguito sono riportati i nuovi valori di abbattimento stimati:
27
SEZIONE AMBIENTE
Figura 11- Emissioni di NOx
Figura 12- Emissioni di SO2
28
SEZIONE AMBIENTE
Figura 13- Emissioni di PM
L’abbattimento delle immissioni è notevole: in Tab.9 si riassumono le percentuali di abbattimento
divise per tipologia d’inquinante e per impianto di produzione elettrica:
Tabella 9
Abbattimento delle emissioni annuali ( % )
Ausiliari di
Centrale a olio
Centrale a
Centrale a
bordo
combustibile
carbone
ciclo
bi
NOx (t)
1727,78
t
69,14
67,66
64,72
-96 %
-96 %
-96,2 %
139,74
44,13
0,74
-84 %
-94,9 %
-99,9 %
8,83
8,83
1,47
-96,5 %
-96,5 %
-99,4 %
% di
abbattimento
SO2 (t)
872,70
% di
abbattimento
PM (t)
259,69
% di
abbattimento
29
SEZIONE AMBIENTE
2.8 Confronto tra sorgenti inquinanti in Civitavecchia.
Può essere interessante un confronto macroscopico tra i valori stimati dell’inquinamento
atmosferico prodotto in un anno dalle navi nel Porto di Civitavecchia con i propri motori ausiliari e
le emissioni annue della Centrale termoelettrica di Torrevaldaliga Nord registrate nel 2003.
Prima dell’avvio delle operazioni preliminari destinate alla riconversione a carbone, l’impianto
TVN, era costituito da 4 Gruppi da 660 MWe , ciascuno funzionante ad olio combustibile: nel 2003
l’energia prodotta è stata di 11.114.345 MWh, equivalenti a 4.210 ore di funzionamento a piena
potenza.
Le emissioni registrate sono state:
− NOx = 5.266 t;
− SO2 = 10.595 t;
− PM =
731 t.
Se si confrontano questi valori con quelli stimati per l’inquinamento prodotto in un anno dai motori
delle navi, si può notare che:
− le emissioni di NOx prodotti dalle navi sono pari al 32,8 % di quelle prodotte da TVN;
− le emissioni di SO2 sono pari all’8,2 % di quelle prodotte da TVN;
− le emissioni di PM sono pari al 35,5 % di quelle prodotte da TVN.
30
SEZIONE AMBIENTE
3 Dimensionamento e lay-out della rete di distribuzione
3.1 Introduzione
In questa sezione ci si occuperà di tutte le infrastrutture necessarie alla distribuzione in media
tensione della corrente elettrica all’interno del porto.
Il punto di partenza è la rete elettrica nazionale, gestita dalla “TERNA S.P.A.”[7], mentre il punto
di arrivo è la sottostazione, interna al porto, di trasformazione dall’alta alla media tensione che
funge da cabina primaria di distribuzione.
Nella progettazione si è cercata la disposizione ottimale delle infrastrutture sia all’interno, sia al di
fuori dell’area portuale.
3.2 Potenza totale richiesta
La prima operazione da compiere per dimensionare l’impianto di distribuzione è il calcolo della
potenza massima richiesta per alimentare contemporaneamente le 9 banchine, e precisamente:
− 3 banchine-crociere;
− 4 banchine-traghetti;
− 2 banchine-container.
Per le potenze impiegate da ciascuna banchina si è fatto riferimento agli standard utilizzati dalla
“CAVOTEC GROUP”[6], la ditta costruttrice delle shore-side connections nei porti di Los Angeles
e Long Beach.
Tabella 10- Potenza totale da installare
Potenza installata ( MVA )
Banchina-crociere
16 x 3 = 48
Banchina-traghetti
4 x 4 = 16
Banchina-container
7,5 x 2 = 15
Totale
79
31
SEZIONE AMBIENTE
Si noti che la potenza scelta per ciascuna banchina del terminal-crociere e di quello per container è
stata sovradimensionata rispetto alla potenza media installata degli ausiliari di bordo delle rispettive
imbarcazioni: ciò allo scopo di coprire gli eventuali picchi di carico delle navi con potenza
superiore a quella media.
Per una potenza totale installata di 79 MVA è necessaria una connessione ad hoc con la rete
elettrica nazionale, con l’installazione di una sottostazione nell’area portuale, per convertire l’alta
tensione della rete nazionale ( 120 ÷ 150 kV ) in media tensione di distribuzione ( 20 kV ).
Nel successivo paragrafo si illustrerà la soluzione adottata per il collegamento con la rete di
TERNA.
32
SEZIONE AMBIENTE
3.3 Connessione alla rete elettrica nazionale
Dal momento che la potenza totale impegnata supera i 10 MVA, per la realizzazione di un impianto
di distribuzione è necessario l’allacciamento alla rete elettrica ad alta tensione.
La soluzione tecnica individuata, per continuità, affidabilità del servizio ed economicità, prevede un
inserimento a stazione in antenna (con linea ad utente).
Per antenna s’intende un inserimento nel quale una o più linee sono dedicate ad un solo utente, in
questo caso l’Ente Porto di Civitavecchia, unico fruitore del servizio.
Tale scelta risulta tecnicamente preferibile per i seguenti motivi:
− realizza una naturale separazione tra le funzioni di trasmissione e le altre funzioni
(produzione, distribuzione, utilizzazione, etc.);
− favorisce lo smistamento delle potenze in stazione;
− non altera significativamente la funzionalità della rete preesistente;
− il collegamento, se non incluso nella RTN (Rete Di Trasmissione Nazionale), può essere
realizzato dall’utente sino allo stallo linea della stazione di connessione escluso;
− collegamento generalmente adottato se le distanze dalla stazione di connessione sono
inferiori a 20 km circa.
Il nodo individuato per il collegamento con la rete di distribuzione nazionale è quello di Santa Lucia
(Fig. 14).
Ovviamente, il percorso che collega lo snodo con la sottostazione principale all’interno del porto
dovrà obbligatoriamente seguire le arterie stradali, compatibilmente con eventuali vincoli
architettonici o urbanistici.
La Società proprietaria della rete di distribuzione (TERNA Spa) si potrebbe occupare dello studio
dettagliato di tale percorso, ma è già possibile prevedere, ai fini di una preliminare stima
economica, che la lunghezza totale della linea di collegamento sarà di circa 6 km.
Dato che la richiesta di potenza è inferiore a 100 MVA, la connessione in antenna è realizzata con
un’unica linea, il che comporta un abbattimento notevole dei costi.
Il cavo utilizzato è di tipo unipolare, realizzato in alluminio e rivestito da XLPE (polietilene
reticolato) ricavato per estrusione.
Questa tipologia di cavi è impiegata per applicazioni in cui il livello della tensione nominale è pari a
120÷150 kV e la portata nominale è pari a 200 MVA.
33
SEZIONE AMBIENTE
Figura 14- Nodo di connessione alla rete elettrica nazionale
34
SEZIONE AMBIENTE
Figura 15
Schema di inserimento in antenna
Dato che la tensione del polo di Santa Lucia è pari a 150 kV la soluzione costruttiva prevede
l’utilizzo di uno stallo di linea in semplice sbarra, con isolamento in aria di tipo normale (ossia con
un interruttore AAT).
Di seguito è riportato lo schema di connessione in semplice sbarra:
Figura 16- Schema di connessione in semplice sbarra
Il collegamento della linea elettrica con l’utente termina nella stazione di consegna: la Figura 17
riassume nei termini generali la configurazione del collegamento d’utente.
35
SEZIONE AMBIENTE
Figura 17
Configurazione generale della connessione
La stazione di consegna è realizzata per connettere l’utente ed appartiene al titolare della rete di
trasmissione.
All’interno dell’impianto di consegna sono collocati uno o più confini di proprietà, che separano le
proprietà dei Titolari di rete da quelle dell’utente ed interessano ai fini della committenza della
realizzazione delle opere e delle responsabilità in materia di manutenzione e garanzia reciproca
delle prestazioni.
I confini di proprietà possono non coincidere con i confini di competenza funzionale che, ai fini
delle regole tecniche di connessione, interessano la separazione tra attività del gestore e attività
dell’utente.
Sono funzionalità in carico al gestore almeno il controllo della connessione circuitale, la misura
commerciale, il telecontrollo e la protezione.
Nella stazione di consegna, è individuato l'impianto di consegna, costituito dall'insieme delle
apparecchiature e degli organi necessari al collegamento dell’impianto d’utente alla stazione di
consegna.
L’impianto d’utente è costituito da sistemi di sbarra, linee, impianti utilizzatori e generatori, di
proprietà dell’utente, strumentali alla propria attività.
Nel caso specifico l’impianto d’utente è costituito dalla sottostazione primaria di trasformazione e
distribuzione situata all’interno del porto: quest’ultima è di proprietà dell’Ente portuale.
36
SEZIONE AMBIENTE
Dato che la consegna avviene con un collegamento terminale della rete di distribuzione nazionale in
linea di trasmissione, lo schema dell’impianto di consegna sarà il seguente:
Figura 18- Schema dell’impianto di consegna
Questo schema è applicabile ad arrivi di linee di trasmissione, ad utenti passivi o a cabine primarie
di distribuzione come nel suddetto caso.
La sottostazione primaria di trasformazione e la rete di distribuzione all’interno del porto saranno
analizzate nel successivo paragrafo: per concludere lo schema di connessione tra la rete elettrica
nazionale e la struttura “nave” risulta quello riportato in Fig. 19.
37
SEZIONE AMBIENTE
Figura 19
Schema a blocchi della connessione tra la RTN e la nave.
38
SEZIONE AMBIENTE
3.4 Sottostazione primaria di trasformazione e rete di distribuzione portuale
Come già accennato nel paragrafo precedente, la sottostazione primaria di trasformazione fa parte di
un’unica installazione, che comprende anche l’impianto di consegna dalla rete elettrica nazionale.
Lo scopo della cabina primaria di trasformazione è proprio quello di passare dall’alta tensione della
rete di TERNA, 150 kV, alla media tensione, 20 kV, per la distribuzione all’interno del porto.
Si rende, infatti, necessaria una trasformazione intermedia tra la tensione richiesta dall’utenza
navale, 6.6 kV, e la tensione della rete nazionale: questo passaggio è obbligatorio per contenere i
costi di installazione con l’impiego di cabine di trasformazione secondarie che non corrispondono
agli standard attuali.
Inoltre, dato che la frequenza della quasi totalità delle imbarcazioni appartenenti alle tre classi sin
ora esaminate è pari a 60 Hz e quella della rete elettrica italiana è pari a 50 Hz , è necessaria
l’installazione di un convertitore di frequenza a valle della stazione di trasformazione.
Una soluzione alternativa potrebbe essere l’installazione di un convertitore di frequenza a valle di
ogni cabina di trasformazione secondaria, ma questo comporterebbe una spesa aggiuntiva troppo
onerosa in confronto al numero d’imbarcazioni che utilizzano una frequenza di rete pari a 50 Hz.
Infatti, nonostante quest’ultima sia caratteristica delle reti elettriche d’Europa, Africa e Australia,
mentre la seconda, è tipica degli impianti terrestri e navali dell’America e del Giappone, esiste una
tendenza ad utilizzare impianti con una frequenza di 60 Hz.
Ad esempio, rispetto a quello a 380 V - 50 Hz, il sistema a 440 V - 60 Hz è tecnicamente ed
economicamente superiore perché richiede macchinari, reti di distribuzione, quadri ed
apparecchiature meno pesanti, meno costosi ed infine consente agli ausiliari delle velocità
caratteristiche più in linea con le esigenze degli impianti.
In Fig.20 è illustrato lo schema a blocchi di connessione tra la sottostazione primaria e le cabine
secondarie di trasformazione; è altresì indicata la potenza nominale da ripartire per ogni singola
stazione secondaria.
Il valore della potenza impiegata per la cabina-traghetti è giustificato dal fatto che in essa sono
raggruppati quattro trasformatori, ognuno dei quali alimenta un’imbarcazione.
39
SEZIONE AMBIENTE
Figura 20
Schema a blocchi della rete elettrica di distribuzione
40
SEZIONE AMBIENTE
Dalla sottostazione primaria di trasformazione si dirama la rete di distribuzione che collega tutte
le cabine secondarie di trasformazione poste in prossimità delle banchine da elettrificare.
In figura 21 è rappresentata una possibile disposizione delle cabine di trasformazione, primaria e
secondarie, all’interno del porto.
Dal momento che la sottostazione principale, comprensiva dell’impianto di consegna della rete
elettrica nazionale, occupa all’incirca una superficie di 1000 mq, si è ipotizzato di posizionare tale
struttura all’interno dell’area adibita allo stoccaggio delle merci, in posizione contigua alla zona di
attesa e servizi traghetti: in questo modo il punto di consegna viene a coincidere proprio con il
confine di proprietà dell’ente porto.
41
SEZIONE AMBIENTE
Figura 21- Rete elettrica di distribuzione (20 kV)
42
SEZIONE AMBIENTE
Si noti, inoltre, come in Fig.21 siano state rappresentate le cabine secondarie di trasformazione e
non i singoli trasformatori, che in tal caso avrebbero dovuto essere in numero di 9 come le banchine
da elettrificare. Infatti, all’interno della stazione secondaria del terminal-traghetti sono presenti tutti
e quattro i trasformatori, così come all’interno dell’ultima stazione del terminal-crociere sono
presenti due trasformatori. Tale scelta è dovuta principalmente a motivi tecnico-economici che
saranno illustrati nella sezione successiva. La disposizione è stata evidenziata nello schema a
blocchi di Fig.21: le linee rosse che compaiono sulla cartina rappresentano le canaline per il
posizionamento sotto terra dei conduttori che collegano la sottostazione principale con le cabine
secondarie.
Il tipo e le specifiche del conduttore utilizzato saranno descritte nel paragrafo successivo, per ora si
riassumono il numero e la lunghezza totale dei cavi utilizzati.
TERMINAL-TRAGHETTI
La cabina secondaria è provvista di 4 trasformatori, uno per banchina, e dista dalla sottostazione
principale, secondo il percorso tracciato, 600 metri: dato che è necessario installare un conduttore
per ogni singolo trasformatore, si dovranno impiegare 4 cavi per una lunghezza totale di 2400 metri.
TERMINAL-CONTAINER
Sono previste 2 cabine di trasformazione, ognuna provvista di un trasformatore; anche in questo
caso per connettere la sottostazione principale è necessario un solo conduttore per trasformatore. La
distanza dall’impianto di consegna alle cabine secondarie è, rispettivamente, di 1150 e 1550 metri,
per una lunghezza totale di 2700 metri.
TERMINAL-CROCIERE
Anche in questo caso, come per il terminal-container abbiamo 2 cabine di trasformazione: una,
posta in prossimità dell’“Authority Trade Center” munita di 1 trasformatore; l’altra, provvista di 2
trasformatori, posta a lato della futura stazione crocieristi.
43
SEZIONE AMBIENTE
Una particolarità del terminal-crociere è che, a causa della potenza impiegata da ogni singola
banchina, e quindi dell’intensità della corrente necessaria, si devono utilizzare 2 conduttori per
collegare ciascun trasformatore con la sottostazione principale.
Le cabine distano, rispettivamente, 2.500 e 3.000 metri; pertanto, per i 3 trasformatori impiegati
occorrono 6 cavi, per una lunghezza complessiva di 17.000 metri ( 4 x 3.000 e 2 x 2.500 ).
3.4.1 Conclusioni
Complessivamente, la rete elettrica di distribuzione è costituita da 12 conduttori, per una lunghezza
totale di 22.100 metri circa.
La scelta di riservare una linea di collegamento tra sottostazione principale e singolo trasformatore è
dovuta al fatto che si vuole evitare il fenomeno della ridondanza in caso di guasto su una singola
linea.
Una possibile variante riguarda il terminal-crociere: nel tratto che unisce le 2 cabine di
trasformazione potrebbe essere costruito un ponte mobile per consentire un accesso sia da nord, sia
da sud alle navi da crociera: In questo caso, per connettersi con la terraferma sarebbe necessario
utilizzare un cavo sottomarino, opzione non considerata in questo studio.
Un’ultima considerazione riguarda la linea tratteggiata in Fig. 21: in previsione di un sistema di
elettrificazione esteso ad ulteriori postazioni, si è considerata l’ipotesi di predisporre una canalina
per la posa dei cavi che raggiunga il limite superiore della banchina-crociere, per abbattere i costi di
eventuali ampliamenti futuri.
Nel paragrafo successivo saranno illustrati i tipi di conduttori impiegati.
44
SEZIONE AMBIENTE
3.5 Soluzione tecnica adottata per l’elettrificazione
L’elettrificazione delle tre tipologie di banchine si differenzia essenzialmente per il sistema di
connessione utilizzato tra la banchina e la nave, mentre per quel che riguarda l’installazione dei
componenti di terra lo schema di progetto è il medesimo.
Ovviamente, i requisiti tecnici a cui dovranno soddisfare questi ultimi saranno differenti a seconda
della potenza totale installata per ogni terminal.
In Fig. 22 è riportato lo schema costruttivo comune ad ogni singola banchina. La soluzione prevede
una linea dedicata costituita da:
− collegamento tra la sottostazione e la cabina secondaria di trasformazione;
− cabina secondaria di trasformazione;
− collegamento tra la cabina secondaria e “shore-box”;
− collegamento tra “shore-box” e nave.
Figura 22- Schema costruttivo banchina-container
Lo “shore-box” è l’ultimo componente della linea, installato sul bordo della banchina, utilizzato per
la connessione dei cavi con l’imbarcazione.
45
SEZIONE AMBIENTE
3.6 Collegamento tra la sottostazione e la cabina secondaria di trasformazione
La connessione tra la sottostazione di distribuzione e la cabina secondaria di trasformazione avviene
tramite un conduttore interrato per applicazioni di terra di media tensione ( 12/20 kV).
Per la scelta del conduttore si è fatto riferimento al catalogo della società “PRYSMIAN” [7] in base
alle specifiche tecniche richieste da ogni singola banchina.
BANCHINA-CONTAINER
Tabella 11- Specifiche della linea tra la sottostazione e la cabina secondaria di trasformazione della
banchina-container
LOAD
QTY
BANCHINA
CONTAINER
1
DEMAND
MVA DEMAND
FACTOR
LOAD
100 %
7,5
AMPS AT 20 kV
216
In base a questi valori si è deciso di utilizzare un cavo di media tensione tripolare ad elica visibile,
ricoperto da una guaina in PVC e caratterizzato dalle seguenti specifiche:
Tabella 12- Caratteristiche del conduttore banchina-container
ARG7H1RXARG7H1RX
ARG7H1RX
Sezione
nominale
(mm2)
diametro
indicativo
conduttore
(mm)
spessore
medio
isolante
(mm)
diametro
esterno
massimo
(mm)
peso
indicativo
del cavo
(kg/km)
resistenza
massima a 20 °C
in c. c.
(Ohm/km)
portata di corrente
con temperatura
ambiente di 20 °C
interrato “ρ”=1
(A)
raggio
minimo di
curvatura
(mm)
3 x 120
13,1
5,5
74
4000
0,253/1,045
280
790
Dato che la portata massima del conduttore è pari a 280 A, per connettere la sottostazione con ogni
cabina secondaria di trasformazione della banchina-container è sufficiente utilizzare 1 conduttore
ciascuna.
46
SEZIONE AMBIENTE
BANCHINA-CROCIERE
Tabella 13 Specifiche della linea tra la sottostazione e la cabina secondaria di trasformazione della
banchina-crociere
LOAD
QTY
BANCHINA
1
CROCIERE
DEMAND
MVA DEMAND
FACTOR
LOAD
100 %
16
AMPS AT 20 kV
461
In base a questi valori si è deciso di utilizzare un cavo di media tensione tribolare ad elica visibile
ricoperto da una guaina in PVC caratterizzato dalle seguenti specifiche ( allegato A):
Tabella 14
Caratteristiche conduttore banchina-crociere
ARG7H1RXARG7H1RX
ARG7H1RX
Sezione
nominale
(mm2)
diametro
indicativo
conduttore
(mm)
spessore
medio
isolante
(mm)
diametro
esterno
massimo
(mm)
peso
indicativo
del cavo
(kg/km)
resistenza
massima a 20 °C
in c. c.
(Ohm/km)
portata di corrente
con temperatura
ambiente di 20 °C
(A)
raggio
minimo di
curvatura
(mm)
3 x 185
16,1
5,5
81
4800
0,164/1,045
360
860
Dal momento che la portata massima del conduttore è pari a 360 Ampere, per connettere la
sottostazione con ogni trasformatore secondario della banchina-crociere è necessario utilizzare 2
conduttori ciascuno.
47
SEZIONE AMBIENTE
BANCHINA-TRAGHETTI
Tabella 15 Specifiche della linea tra la sottostazione e la cabina secondaria di trasformazione della
banchina-traghetti
LOAD
QTY
BANCHINA
1
TRAGHETTI
DEMAND
MVA DEMAND
FACTOR
LOAD
100 %
4
AMPS AT 20 kV
115
In base a questi valori si è deciso di utilizzare un cavo di media tensione tribolare ad elica visibile
ricoperto da una guaina in PVC caratterizzato dalle seguenti specifiche (vedere allegato A):
Tabella 16
Caratteristiche conduttore banchina-traghetti
ARG7H1RXARG7H1RX
ARG7H1RX
Sezione
nominale
(mm2)
diametro
indicativo
conduttore
(mm)
spessore
medio
isolante
(mm)
diametro
esterno
massimo
(mm)
peso
indicativo
del cavo
(kg/km)
resistenza
massima a 20 °C
in c. c.
(Ohm/km)
portata di corrente
con temperatura
ambiente di 20 °C
(A)
raggio
minimo di
curvatura
(mm)
3 x 70
9,8
5,5
67
3000
0,433/1,438
200
720
Dato che la portata massima del conduttore è pari a 200 Ampere, per connettere la sottostazione con
ogni trasformatore secondario della banchina-traghetti è necessario utilizzare 1 conduttore ciascuno.
48
SEZIONE AMBIENTE
3.7 Cabina secondaria di trasformazione e disposizione degli shore-boxes
La cabina secondaria di trasformazione è necessaria in quanto la tensione dell’utenza elettrica delle
imbarcazioni è differente dalla tensione della corrente in uscita dalla sottostazione principale.
La tensione massima supportata è differente a seconda della tipologia d’imbarcazione:
Tabella 17
Tensione delle utenze navali
TENSIONE ( V )
NAVE-CROCIERA
6600
NAVE-CONTAINER
6600 o 440
NAVE TRAGHETTO
440
Si è scelto di utilizzare trasformatori di media tensione da 20/6.6 kV indipendentemente dal tipo
d’imbarcazione che deve essere rifornita.
Tale scelta è stata imposta per limitare il numero di conduttori e facilitarne la movimentazione nella
fase di connessione con la nave.
Ad esempio, se si utilizzasse un trasformatore da 20kV/440V, per rifornire un traghetto che assorbe
4 MVA, sarebbero necessari 18 cavi, il che implicherebbe delle complicazioni tecniche non
indifferenti. Per ovviare a questo problema, si preferisce ricorrere ad un trasformatore aggiuntivo da
6.6kV/440V installato direttamente sulle navi che non supportano una tensione pari a 6.6kV. La
cabina di trasformazione cui si fa riferimento è della “ABB GROUP”[14]: si tratta di una struttura
in prefabbricato ( allegato B ) pre-assemblata e testata in fabbrica dalla ditta stessa.
49
SEZIONE AMBIENTE
Figura 23
Cabina secondaria di trasformazione: PDC
50
SEZIONE AMBIENTE
51
SEZIONE AMBIENTE
Il“PDC” (Power Distribution Center) è un modulo compatto che integra tutti i sub-sistemi elettrici
che solitamente sono installati separatamente: sono compresi i quadri di distribuzione, i
trasformatori e il pannello di controllo.
I costi sono contenuti sia per via delle dimensioni ridotte sia per il fatto che si tratta di una struttura
trasportabile che non ha bisogno di fondamenta.
La possibilità di installare più convertitori di tensione ci permette di utilizzare, ove possibile,
un’unica cabina per alimentare più banchine e trattandosi di un modulo coperto lo si può
posizionare anche in prossimità della banchina senza il minimo rischio che gli agenti atmosferici, in
particolare l’acqua salata di mare, danneggino i componenti interni.
Questo fatto assume ancor più rilevanza, se si pensa che al fine di evitare eccessive perdite di carico
tra il trasformatore e lo shore-box, con una tensione di 6.6kV, la distanza tra i due deve essere
inferiore ai 180m circa; in caso contrario è necessario aumentare il numero di conduttori.
Questo limite tecnico impone delle soluzioni diversificate per i tre terminal considerati.
3.7.1 Terminal-crociere
Essendo le banchine del terminal-crociere disposte lungo due accosti, è impossibile installare
un’unica cabina di trasformazione equipaggiata con 3 trasformatori (uno per nave), senza incorrere
nel problema delle dissipazioni sopra descritto: basti pensare, infatti, che la lunghezza di una
qualunque nave da crociera supera ampiamente i 250 metri.
Per questo motivo si rende necessaria l’installazione di due moduli separati, rispettivamente
equipaggiati con 1 e 2 trasformatori.
In Fig.24 è riportata la disposizione delle 2 cabine di trasformazione e dei relativi shore-boxes. La
disposizione di questi ultimi è dovuta ad un compromesso tecnico-economico che dipende dal tipo
di in esame: dovendo elettrificare tre imbarcazioni contemporaneamente, si è optato per tre
postazioni fisse.
Per quel che riguarda l’installazione del primo shore-box (N.1), non ci sono particolari problemi di
disposizione. Infatti, la banchina prefissata all’accosto può ospitare al massimo un’imbarcazione
alla volta: pertanto, dato che il punto di connessione con l’utenza navale si trova a poppa, basterà
installare la “cassetta di connessione”ad una distanza di circa 50 metri dall’ inizio della banchina
senza incorrere nel problema di spazi di accosto inutilizzati.
52
SEZIONE AMBIENTE
Al contrario, tale problema lo s’incontra nel posizionare le altre due postazioni fisse; esso consiste
nellla necesità di eviatare la perdita di metri di accosto lungo la banchina, dovuta alla lunghezza
variabile delle navi e al punto di attracco prefissato per connettere l’utenza delle imbarcazioni.
Poichè la lunghezza di una nave da crociera varia dai 250 metri ad oltre 300, predisponendo gli
shore-boxes in modo da accogliere due imbarcazioni da 300 metri l’una, nel qual caso si debbano
ormeggiare due navi da 250 metri ciascuna potrebbero rimanere inutilizzati circa 60÷70 metri di
accosto.
Al contrario, se si disponessero le “cassette”in modo da consentire l’ormeggio di due navi da 250
metri di lunghezza ciascuna, nel caso di richiesta di attracco contemporaneo da parte di due
imbarcazioni di 300 metri ciascuna, una postazione non potrebbe essere sfruttata.
Una soluzione alternativa, che sarà illustrata in seguito, potrebbe essere l’impiego di due stazioni
mobili, ma il costo di ciascuna struttura risulterebbe decuplicato rispetto alla soluzione statica.
La scelta è quindi ricaduta sull’installazione di due postazioni fisse, disposte in modo da poter
ospitare due imbarcazioni da 300 metri l’una: per ottimizzare gli spazi di accosto, l’ente portuale
che gestisce il traffico marittimo dovrebbe provvedere a disporre, nel caso le due imbarcazioni
fossero di lunghezza diversa, la nave più grande nella prima postazione e la più piccola in quella
seguente.
Si perviene alla seguente disposizione: lo shore-box N.2 sarà collocato, come già fatto per il N.1, a
50 metri dall’inizio della banchina, mentre lo shore-box N.3 sarà installato a 310÷320 metri dalla
prima postazione. In questo modo si è anche tenuto conto dello spazio ( 10÷20 metri ) adibito alla
manovra di accosto delle imbarcazioni.
53
SEZIONE AMBIENTE
Figura 24
Disposizione shore-boxes nel terminal-crociere
54
SEZIONE AMBIENTE
3.7.2 Terminal-container
Per quel che riguarda l’installazione delle cabine di trasformazione, si riscontra per il terminalcontainer lo stesso problema del terminal-crociere: anche in questo caso sarà necessario impiegare 2
cabine di trasformazione separate, una per ogni banchina.
Una soluzione diversificata è invece richiesta per l’installazione degli shore-boxes, dal momento
che per le navi container, anch’esse di lunghezza variabile, risulta più complicato – per evidenti
motivi di ordine logistico – stabilire un punto fisso d’attracco, in quanto soggette ad operazioni di
carico e scarico attraverso le gru poste sul bordo della banchina. Per questo motivo si è ipotizzata
una soluzione simile a quella introdotta nel progetto relativo al porto di Los Angeles (Fig. 25).
Figura 25- Disposizione degli shore-boxes nel terminal-container
55
SEZIONE AMBIENTE
Per risolvere il problema di rifornire l’utenza navale indipendentemente dal punto di attracco,
anziché installare 2 soli shore-boxes, uno per banchina, si è pensato d’impiegare 12 cassette di
connessione, 6 per banchina, distanziate di 60 metri l’una dall’altra.
In questo modo, si riesce a coprire una distanza di circa 300 metri per banchina e si hanno 6 punti di
accosto a disposizione per soddisfare tutte le condizioni di attracco. Inoltre il sistema di connessione
impiegato, come sarà illustrato più avanti, consente un ulteriore escursione dei cavi parallelamente
alla banchina.
Ovviamente, può essere collegata solamente un’imbarcazione alla volta per banchina, nonostante le
cassette di connessione siano più di una. A titolo esemplificativo, qui appresso si riporta lo schema
dell’impianto di connessione elettrica delle due banchine-container elettrificate nel porto di Los
Angeles con i rispettivi shore-boxes.
Figura 26
Schema elettrico della banchina per navi container del porto di Los Angeles
56
SEZIONE AMBIENTE
3.7.3 Terminal-traghetti
Una soluzione diversificata è invece possibile per il terminal-traghetti. In questo caso, infatti, è
possibile installare un’unica cabina di distribuzione, dotata di 4 trasformatori, per elettrificare le
quattro banchine previste (figura 28) .
Come si può notare, la stazione di trasformazione secondaria è situata in posizione equidistante
dalle due banchine più lontane: la distanza massima dei conduttori dalla cabina non supera i 180 m.
Figura 27
Disposizione degli shore-boxes nel terminal-traghetti
57
SEZIONE AMBIENTE
Tale soluzione permette di abbattere i costi d’installazione e di limitare gli ingombri sul piazzale
antistante le banchine, in quanto non è necessario disporre di quattro stazioni di trasformazione
bensì di una sola.
Per quel che riguarda l’installazione degli shore–boxes, il terminal-traghetti non presenta particolari
problemi di disposizione: infatti, come si è già detto per la postazione N.1 del terminal-crociere,
anche in questo caso le banchine possono ospitare una nave per volta, con la poppa rivolta verso
l’entroterra.
Quindi, come si può vedere in Fig.28, si pensa di utilizzare 4 postazioni fisse, una per ogni nave, a
distanza di 30 metri dall’inizio della banchina: la distanza di 30 e non 50 metri come nel caso del
terminal-crociere è giustificata dal fatto che i traghetti hanno una lunghezza inferiore rispetto alle
navi da crociera.
Inoltre, questa soluzione non è d’intralcio all’apertura del ponte di carico per le auto e, allo stesso
tempo, dato che le dimensioni dei traghetti non si discostano molto l’uno dall’altro, ne permette
l’abbassamento in qualunque condizione.
58
SEZIONE AMBIENTE
3.8 Numero e lunghezza dei conduttori utilizzati per collegare i trasformatori
secondari e gli shore-boxes
Come cavi di connessione delle varie banchine con i relativi trasformatori di tensione sono stati
presi a riferimento quelli della CAVOTEC, già predisposti per essere collegati con gli shore-boxes.
Ovviamente, la lunghezza e il numero dei conduttori impiegati è differente a seconda dell’utenza
elettrica che si sta considerando. In questo paragrafo si riporta la stima del numero e della
lunghezza totale dei conduttori da utilizzare suddivisi per tipologia di terminal.
I cavi impiegati presentano le stesse caratteristiche tecniche di quelli illustrati a proposito della
connessione tra sottostazione principale e cabine secondarie per il terminal-crociere (vedi Tabella
14): questa scelta comune a tutti i 3 tre terminal-è dovuta alla tensione di distribuzione, pari a 6.6
kV.
TERMINAL-TRAGHETTI
Sono necessari 4 cavi per realizzare la connessione tra ogni shore-box e il relativo trasformatore di
tensione: la lunghezza complessiva dei conduttori è pari a 600 metri.
TERMINAL-CONTAINER
A differenza della precedente situazione, siamo in presenza di 6 shore-boxes per ogni singola
utenza elettrica. Dato che la potenza nominale impiegata è quasi il doppio rispetto al caso
precedente, è necessario utilizzare 2 conduttori per connettere ogni singolo shore-box con il relativo
trasformatore di tensione.
Complessivamente si dovranno impiegare 24 cavi, 12 per banchina, per una lunghezza totale pari a
1.300 metri (650 metri di linee per ogni banchina).
TERMINAL-CROCIERE
In questo caso è necessario impiegare 4 conduttori per connettere ogni utenza elettrica. Infatti la
potenza nominale impiegata è pari a 16 MVA, ossia il doppio di quella richiesta da ogni singola
nave-container.
In totale è richiesta l’installazione di 12 conduttori, 4 per banchina, per una lunghezza complessiva
pari a 1900 metri.
TOTALE
Complessivamente si dovranno impiegare 40 conduttori per una lunghezza totale pari a 3800 metri.
59
SEZIONE AMBIENTE
3.9 Descrizione dello shore-box
Lo shore-box è una cassetta di connessione elettrica, installata sul bordo della banchina ed è munita
di una o due prese elettriche a seconda della potenza impiegata.
La sua funzione è quella di provvedere al collegamento elettrico con il sistema di movimentazione
dei cavi per la connessione con l’imbarcazione.
La struttura presa in considerazione in questo studio è prodotta dalla “CAVOTEC GROUP” [6]: il
suo impiego e la sua disposizione sono strettamente connessi con il tipo di sistema utilizzato per la
connessione navale.
Figura 28- Schema di funzionamento dello shore-box
In Fig. 28, è riportato lo schema generale di funzionamento di tale struttura:
− connessione elettrica con il trasformatore secondario di tensione;
− prese elettriche per la connessione con il sistema di movimentazione dei cavi;
− fibre ottiche per il traffico dati.
60
SEZIONE AMBIENTE
Gli shore-boxes prodotti dalla CAVOTEC sono di due tipi: da 4 MVA e da 8 MVA, in grado di
funzionare con una tensione pari a 6.6 kV.
Quindi, a seconda del tipo di potenza impiegata, sarà adottata una soluzione diversificata.
Il terminal-traghetti è caratterizzato da 4 postazioni fisse, ognuna adibita ad alimentare un’utenza da
4 MVA a 6.6 kV: viste le specifiche tecniche richieste, sono necessari 4 shore-boxes muniti di
un’unica uscita di connessione.
Al contrario, vista la potenza di 8 MVA richiesta da ogni imbarcazione, per il terminal-container
sarà necessario installare 12 shore-boxes, 6 per banchina, ognuno provvisto di doppia uscita di
connessione. A tal proposito, si riporta a titolo esemplificativo lo schema dello shore-box installato
dalla ditta CAVOTEC nella banchina container del porto di Los Angeles (fig. 29).
61
SEZIONE AMBIENTE
Figura 29
Shore-box installato nella banchina-container del porto di Los Angeles
Una situazione differente si presenta per il terminal-crociere: in questo caso, infatti, le utenze navali
assorbono una potenza di 16 MVA con una tensione di 6.6 kV.
Per ogni postazione sarà dunque necessario installare due shore-boxes muniti di doppia uscita di
connessione.
62
SEZIONE AMBIENTE
Comune a tutti e tre i terminal è la scelta di installare queste strutture sul bordo della banchina: in
particolare questo tipo di soluzione è richiesta per il terminal-container, in quanto vi è la necessità
di evitare interferenze con la movimentazione delle gru (Fig. 30)
Figura 30- Installazione dello shore-box nel porto di Los Angeles
Da notare che nel porto di Civitavecchia il sistema di cablaggio tra trasformatore e shore-box è
interrato e non passa sotto la banchina.
63
SEZIONE AMBIENTE
Insieme ad ogni shore-box è installato un interruttore che serve ad interrompere l’alimentazione e,
nel caso particolare del terminal-container, ad escludere le postazioni non connesse
all’imbarcazione.
Un discorso a parte meritano i connettori utilizzati per collegare gli shore-boxes [10]: infatti essi
non solo devono consentire le operazioni di connessione e sconnessione per più volte al giorno e nel
minor tempo possibile, ma devono soprattutto garantire che tali operazioni siano svolte in totale
sicurezza da parte degli addetti.
Figura 31- Connettori elettrici impiegati nella connessione degli shore-boxes
64
SEZIONE AMBIENTE
Per soddisfare questa esigenza, come si può vedere nello schema elettrico di Fig. 31, i connettori
sono dotati di due contatti-pilota: questi, essendo più corti dei contatti normali, sono gli ultimi a
connettersi ed i primi a sconnettersi. Questo sistema permette di evitare delle connessioni sotto
carico.
Inoltre, i collettori utilizzati sono munti di connessioni in fibra ottica per garantire il monitoraggio
della potenza e delle altre grandezze in gioco.
65
SEZIONE AMBIENTE
3.10 Sistema di movimentazione e connessione dei cavi con l’imbarcazione
La struttura per la movimentazione e connessione dei cavi con l’imbarcazione richiede soluzioni
tecniche differenti: infatti, ogni tipologia d’imbarcazione e di terminal presa in considerazione
presenta problematiche differenti, per lo più connesse a problemi di spazio e d’interferenza logistica
con le strutture presenti sulle banchine portuali.
In questo paragrafo tratteremo le soluzioni ritenute più consone al porto di Civitavecchia ed
illustreremo possibili alternative.
3.10.1 Terminal-crociere
I problemi connessi al terminal-crociere sono principalmente due: la possibilità di connettere
un’imbarcazione a prescindere dal punto di attracco e l’insufficienza di spazio al bordo della nave
per l’installazione di un’eventuale struttura di movimentazione dei cavi.
Il primo problema è già stato affrontato quando ci si è occupati della disposizione degli shoreboxes, convenendo nel fissare delle postazioni fisse e rimandando eventualmente ad una gestione
degli attracchi compatibile con essa.
Per risolvere il secondo problema, si è pensato di ricorrere ad una struttura del tipo di quella
mostrata nella Figg. 32 e 33).
Figura 32-Sistema di movimentazione dei cavi ipotizzato per le banchine da crociera
66
SEZIONE AMBIENTE
Figura 33- Sistema di movimentazione dei cavi ipotizzato per le banchine da crociera
Si tratta di una infrastruttura fissa, installata sul bordo banchina, in corrispondenza di ogni singolo
shore-box, e dotata di:
− ruota avvolgi/svolgi cavi;
− cavi flessibili;
− pannello di controllo elettrico;
− connettori;
− motorino elettrico.
Data la sua compattezza, essa può essere posizionata anche in spazi ristretti; l’unico inconveniente è
che tale struttura, una volta installata, diventa parte integrante della banchina e non può più essere
spostata.
Per lo svolgimento e la connessione dei cavi con la nave sono possibili due soluzioni. La prima
prevede un braccio telescopico integrato con la struttura; questo consente la movimentazione dei
cavi in altezza, ma non consente escursioni trasversali significative. La seconda consiste
67
SEZIONE AMBIENTE
nell’utilizzare un comune mezzo di sollevamento mobile, su gomma, che possa essere impiegato
per connettere tutte le imbarcazioni.
Questa seconda soluzione permette inoltre maggiori escursioni trasversali dei cavi: 5 metri per lato
circa.
Qualunque sia la soluzione adottata (nel nostro caso si è optato per la seconda), l’inserimento dei
cavi con il quadro elettrico della nave sarà effettuato manualmente dagli operatori addetti alla
connessione.
SOLUZIONI ALTERNATIVE
In questa sezione vogliamo illustrare altre due possibili soluzioni per la movimentazione dei cavi
La prima soluzione prevede l’utilizzo di una struttura mobile del tutto simile a quelle già impiegate
in ambito aeronautico per gli aeroplani in sosta.
68
SEZIONE AMBIENTE
Figura 34- Sistema mobile per la movimentazione dei cavi
Si tratta di un carrello mobile, su gomma o su rotaia, azionato da un motore elettrico, munito di un
particolare avvolgitore di cavi, che permette di muoversi parallelamente alla banchina per una
lunghezza di circa 150 metri partendo dal punto di connessione con lo shore-box ( lunghezze
superiori non sono possibili perché si avrebbero delle dissipazioni troppo elevate) (Fig. 34).
Questo sistema presenta il vantaggio di poter raggiungere l’imbarcazione da elettrificare senza
interferire con la gestione degli attracchi ed è indicato soprattutto per i porti che non hanno a
disposizione degli spazi di accosto notevoli.
69
SEZIONE AMBIENTE
Nonostante presenti una maggior flessibilità rispetto al sistema fisso, il costo di tale struttura, che si
aggira intorno ai 700.000 euro, contro i 70.000 della struttura fissa esaminata precedentemente, ne
condiziona l’impiego.
La seconda soluzione è analoga a quella già vista nel caso del porto di Jeneau in Alaska.
Si tratta di una struttura fissa in metallo, installata sulla banchina e munita di un carrello elettrico
porta-cavi azionato a distanza, che trasla in senso orizzontale e verticale per facilitare la
connessione con la nave (Fig. 35).
Figura 35- Festone per la movimentazione dei cavi
Dal punto di vista dei costi, questo tipo di infrastruttura si posiziona tra le due esaminate
precedentemente, ma ha lo svantaggio di essere ingombrante, di impatto visivo sgradevole e di
interferire, ove presenti, con le altre strutture presenti sulle banchine ( come ad esempio il terminalpasseggeri).
70
SEZIONE AMBIENTE
3.10.2 Terminal-container
Per la scelta del sistema di movimentazione dei cavi ci si trova ad affrontare il problema già visto
per la disposizione degli shore-boxes: il pericolo d’interferenza con le gru porta-container.
Dato che non è possibile optare per una delle soluzioni viste sinora si dovrà operare una scelta
diversificata.
Rispetto alle navi da crociera, le navi container presentano il vantaggio di avere dello spazio a
bordo su cui installare eventuali sistemi di movimentazione: questo spinge a trovare una soluzione
“on-board” anziché “on-shore”.
I sistemi di movimentazione “on-board” presi in considerazione sono due.
Il primo è analogo a quello già visto e utilizzato per le banchine da crociera: si tratta di una struttura
compatta, dotata di ruota avvolgi-cavi installata direttamente sulla nave (Fig. 36).
Figura 36- Sistema di connessione "on-board" per nav container
71
SEZIONE AMBIENTE
In sostanza anziché portare i cavi dalla banchina alla nave, questi vengono calati dal bordo
dell’imbarcazione e connessi ad uno qualunque dei 6 shore-boxes posizionati in banchina (Fig. 37),
evitando problemi di accosto e d’interferenza.
Figura 37- Connessione con lo shore-box
Questo tipo di soluzione, per le banchine-container, è la più pratica, anche se costringe ogni
imbarcazione a dotarsi di tale struttura.
Il secondo sistema di movimentazione preso in considerazione mira a svincolare le compagnie
navali dall’obbligo di installare la struttura vista al punto precedente.
Si tratta di un container, dentro il quale sono inserite tutte le apparecchiature elettriche per la
connessione con la nave: sistema avvolgi-cavi, quadro elettrico ed eventuale trasformatore (Fig.
38).
72
SEZIONE AMBIENTE
Figura 38- Sistema di connessione tramite container mobile
Il vantaggio di tale soluzione sta nel fatto che il container può essere trasferito da un’imbarcazione
all’altro.
Delle due tipologie di connessione considerate si fa preferire la prima, oltre che per motivi
economici, anche a causa dei tempi di collegamento decisamente più elevati che la seconda
comporta, a causa della movimentazione del container.
3.10.3 Terminal-traghetti
Per quel che riguarda la banchina-traghetti la soluzione più adatta è sicuramente quella di utilizzare
la struttura fissa già vista per il terminal-crociere.
In questo caso infatti, non abbiamo alcun problema di spazio e tanto meno di flessibilità, in quanto i
traghetti ormeggiano sempre nella medesima posizione.
Non è peraltro esclusa la possibilità di utilizzare una struttura “on-board” di tipo fisso, come per le
navi-container.
73
SEZIONE AMBIENTE
3.11 Modifiche tecniche da apportare alle imbarcazioni
Affinché possano usufruire del sistema di elettrificazione sin qui descritto, è necessario apportare
alle navi alcune modifiche tecniche e strutturali, che verranno trattate in questo paragrafo.
Ingresso sullo scafo: si tratta di un’apertura da ricavare su uno o entrambi i lati della nave, a
seconda del fianco di accosto, per consentire il passaggio dei cavi provenienti dalla banchina. La
sua dislocazione è strettamente collegata all’ingresso sullo scafo.
Comparto ricezione cavi: è il locale in cui si trova il pannello per la connessione dei cavi. Per
evitare costi di cablaggio troppo elevati, è consigliabile che esso sia allocato il più vicino possibile
al quadro di distribuzione; allo stesso tempo deve essere lontano dal punto di rifornimento del
carburante.
Sistema di cablaggio: è costituito dalla rete di conduttori che collegano il pannello di connessione
cavi con il quadro di distribuzione.
Trasformatore: è necessario solo sulle imbarcazioni in cui la tensione primaria è differente da 6.6
kV.
Quadro di distribuzione : è già presente sulla nave, ma deve essere modificato in modo che
l’alimentazione esterna “risulti” come un generatore interno.
Interruttore di sicurezza: è necessario per disconnettere l’alimentazione esterna dal quadro di
distribuzione.
Pannello di controllo: visualizza la potenza istantanea impegnata, lo stato degli interruttori dello
shore-box e del quadro di distribuzione (ON/OFF) ed è provvisto di un pulsante d’emergenza per
interrompere il rifornimento in caso di evenienza.
Power Management System: sincronizza lo spegnimento dei generatori interni e l’accensione
dell’alimentazione esterna e viceversa.
74
SEZIONE AMBIENTE
3.12 Tempi di connessione
Nonostante i sistemi di connessione manuale e la movimentazione dei cavi, i tempi per il passaggio
dall’alimentazione degli ausiliari a quella dalla rete elettrica nazionale sono assai ridotti.
Infatti, escluso il sistema del container mobile, per tutte le altre soluzioni viste sinora i tempi sono
così ripartiti:
− dai 5 ai 15 minuti (a seconda del tipo di nave) per la movimentazione dei cavi e la
connessione con le prese di corrente a bordo nave;
− circa 10 secondi per by-passare i generatori interni sulla rete esterna
Durante questa ultima operazione si garantisce il normale funzionamento di tutte le utenze elettriche
dell’imbarcazione.
75
SEZIONE AMBIENTE
TERZA PARTE - ANALISI ECONOMICA RELATIVA AL
PROGETTO DI ELETTRIFICAZIONE DELLE BANCHINE
DEL PORTO DI CIVITAVECCHIA
76
SEZIONE AMBIENTE
4 Analisi economica
4.1 Introduzione
In questo capitolo si cercherà di stimare il costo complessivo per la realizzazione della rete di
elettrificazione all’interno del porto di Civitavecchia. Si tratta cioè di una prima valutazione di
massima,condotta sulla base delle ridotte informazioni disponubili, tesa ad individuare la fattibilità
economico-finanziaria e gli ordini di grandezza delle principali voci di costo.
Saranno prese in considerazione tutte le strutture necessarie alla distribuzione dell’energia elettrica
(eventualmente, quella nazionale, come qui si è ipotizzato, per abbattere totalmente l’inquinamento
locale a partire dalla connessione con la rete di alimentazione di terra per arrivare sino ai sistemi di
movimentazione in banchina. I costi qui riportati sono il risultato di una prima indagine di mercato
o di stime; essi possono dover essere soggetti a revisioni, ma è ragionevole pensare che si pur
manterranno ragionevolmente vicini ai valori qui indicati.
77
SEZIONE AMBIENTE
4.2 Impianto di connessione alla rete elettrica
A quelli dell’impianto di collegamento con lo snodo di Santa Lucia, si devono aggiungere i costi
della sottostazione principale (trasformatore AT/MT incluso) e del convertitore di frequenza.
Tabella 18- Costo di connessione alla rete elettrica nazionale
Unità
Costo
STALLO DI ANTENNA
€
390.000
Cavo 120÷150 kV
€/km
430.000
Lunghezza cavo
km
5
€
2.150.000
SOTTOSTAZIONE PRINCIPALE
€
700.000
CONVERTITORE 50/60 Hz
€
600.000
TOTALE
€
3.840.000
LINEA IN ANTENNA
(canalizzazioni comprese)
78
SEZIONE AMBIENTE
4.3 Terminal-traghetti
Tabella 19- Costi per il terminal-traghetti
Unità
Valore
Cavo 20 kV
€/m
50
Lunghezza cavo
m
2400
COSTO LINEA 20 kV
€
120.000
Trasformatore
€
70.000
Numero trasformatori
N.
4
COSTO TRASFORMATORI
€
280.000
Cavo 6.6 kV
€/m
40
Lunghezza cavo
m
600
COSTO LINEA 6.6 kV
€
2.400
Box
€
40.000
Numero box
N.
4
Interruttore box
€
20.000
Numero interruttori box
N.
4
COSTO SHORE-BOXES
€
240.000
Sistema movimentazione cavi
€
70.000
Numero unità di movimentazione
N.
4
COSTO STRUTTURE DI
MOVIMENTAZIONE
€
280.000
TOTALE
€
922.400
79
SEZIONE AMBIENTE
4.4 Terminal-container
Tabella 20- Costi per il terminal-container
Unità
Valore
Cavo 20 kV
€/m
50
Lunghezza cavo
m
2700
COSTO LINEA 20 kV
€
135.000
Trasformatore
€
100.000
N.
2
COSTO TRASFORMATORI
€
200.000
Cavo 6.6 kV
€/m
40
Lunghezza cavo
m
1300
COSTO LINEA 6.6 kV
€
52.000
Box
€
40.000
Numero box
N.
12
Interruttore box
€
20.000
N.
12
COSTO SHORE-BOXES
€
720.000
Sistema movimentazione cavi*
€
-
Numero unità di movimentazione*
N.
-
COSTO STRUTTURE DI
MOVIMENTAZIONE*
€
-
TOTALE
€
1.107.000
* Escluso dal costo dell’impianto perché a carico delle compagnie armatrici.
80
SEZIONE AMBIENTE
4.5 Terminal-crociere
Tabella 21- Costi per il terminal-crociere
Unità
Valore
Cavo 20 kV
€/m
50
Lunghezza cavo
m
17000
COSTO LINEA 20 kV
€
850.000
Trasformatore
€
150.000
N.
3
COSTO TRASFORMATORI
€
450.000
Cavo 6.6 kV
€/m
40
Lunghezza cavo
m
1900
COSTO LINEA 6.6 kV
€
76.000
Box
€
40.000
Numero box
N.
6
Interruttore box
€
20.000
N.
6
COSTO SHORE-BOXES
€
360.000
Sistema movimentazione cavi
€
70.000
Numero unità di movimentazione
N.
3
COSTO STRUTTURE DI
MOVIMENTAZIONE
€
210.000
TOTALE
€
1.946.000
81
SEZIONE AMBIENTE
4.6 Costo complessivo
Tabella 22- Costo complessivo per la realizzazione dell’impianto di elettrificazione
Unità
Valore
€
3.840.000
TERMINAL-TRAGHETTI
€
922.400
TERMINAL-CONTAINER
€
1.107.000
TERMINAL-CROCIERE
€
1.946.000
TOTALE IMPIANTO
€
7.815.400
CONNESSIONE RETE ELETTRICA
NAZIONALE
Per avere un’idea della dimensione dell’investimento si può confrontare il costo medio totale
ricavato, per il porto di Civitavecchia, con la stima dei costi redatta dalla Comunità Europea [11]
per la realizzazione di un analogo sistema di elettrificazione.
Lo studio della Comunità Europea riguarda l’elettrificazione di due sole banchine; pertanto, per
avere un corretto termine di paragone, si confronteranno i costi d’installazione medi per singola
banchina.
Il documento in questione ha preso in considerazione due casi diversi: elettrificazione di un porto a
basso costo e di uno ad alto costo.
Per il primo, il costo di una singola banchina è risultato pari a € 656.657 , mentre per il secondo €
1.200.000: la differenza è dovuta principalmente alla maggior distanza tra sottostazione principale e
banchina.
82
SEZIONE AMBIENTE
Dato che questa analisi prevede l’elettrificazione di 9 banchine, il costo d’installazione per ognuna
di esse risulta pari a € 868.377, un valore che si attesta a metà tra le due stime sopra riportate.
Questa verifica, pur se di prima approssimazione, conferma la stima complessiva effettuata.
Si confronterà ora il valore stimato per il porto di Civitavecchia con i costi di altre realtà esistenti
nel mondo.
Tabella 23- Confronto tra i costi sostenuti per la realizzazione delle banchine elettrificate
Numero banchine
Costo totale (€)
Costo per banchina
Porto di Juneau
5
3.760.000
752.000
Porto di Los Angeles
2
2.500.000
1.250.000
2
2.800.000
1.400.000
9
7.800.000
866.666
Porto di San
Francisco
Porto di
Civitavecchia
Come prevedibile, al crescere del numero delle banchine diminuisce il costo unitario per
l’installazione di ognuna di esse: infatti l’impianto di connessione con la rete elettrica nazionale,
che costituisce la spesa maggiore tra tutti i componenti, è comunque necessario e pertanto la sua
spesa va suddivisa tra le unità previste.
Un maggior numero di banchine permette di spalmare i costi di tale infrastruttura.
4.6.1 Costo dell’infrastruttura navale
E’ poi da considerare la spesa che deve essere sostenuta dalle compagnie armatrici per apportare le
modifiche tecniche sulle imbarcazioni che le rendano idonee ad usufruire dell’alimentazione
elettrica “on-shore”.
Dato che ogni nave presenta caratteristiche strutturali e tecniche differenti, non è possibile stabilire
univocamente il costo dell’impianto e si rende necessario progettare soluzioni “personalizzate”.
Il costo di riferimento è comprensivo dell’installazione di un trasformatore di tensione a bordo
nave, che costituisce la parte più cospicua della spesa.
83
SEZIONE AMBIENTE
Il suo costo a seconda della potenza installata può oscillare tra i 70.000 e i 200.000 euro, il che
significa che il costo d’installazione totale potrebbe variare tra i 130.000 e i 300.000÷400.000 euro
a seconda del tipo di nave.
In linea di massima le classi di imbarcazioni che richiedono un trasformatore di tensione sono le
navi-container ed i traghetti di vecchia costruzione, mentre le navi da crociera solitamente hanno un
impianto elettrico con utenza primaria a 6.6 kV.
Alcune compagnie marittime stanno già commissionando ai cantieri navali la progettazione di
imbarcazioni già predisposte per la connessione con le banchine elettrificate: questa tendenza sta
prendendo piede soprattutto negli U.S.A..
84
SEZIONE AMBIENTE
4.7 Costo elettricità
Un aspetto interessante da valutare è se sia più conveniente per la gestione economica delle navi,
connettersi alla rete elettrica o utilizzare i generatori ausiliari della nave per produrre l’energia
necessaria a soddisfare l’utenza dell’imbarcazione.
Si è allora confrontato, per ogni tipologia di nave vista in precedenza, il costo per la produzione
interna (di 1 kWh) con il prezzo per la fornitura della medesima energia attraverso la rete elettrica.
Per questo raffronto sono stati considerati i due tipi di combustibile più diffusi: il Marine Gas Oil
(MGO) con un tenore di zolfo pari allo 0,4% e l’olio combustibile pesante denominato IFO380. In
Tab.24 sono riportati i risultati dell’indagine.
Tabella 24- Confronto dei costi per la produzione di energia “on-board” e “on-shore”
COSTA CONCORDIA
(MGO)
TIRRENIA BITHIA
(IFO380)
P&O TASMAN (IFO380)
sfc
Prezzo combustibile
Costo per kWh prodotto
g/kWh
€/t
€/kWh
236
540
0,12
235
256
0,06
223
256
0,05
Il prezzo dell’energia elettrica è variabile e dipende dal fornitore del servizio e non dal proprietario
della linea di connessione in alta tensione.
Il costo totale per l’erogazione del servizio è generalmente costituito da due termini:
− costo fisso annuale per l’impegno della potenza richiesta;
− costo variabile in funzione dei kWh assorbiti.
In questo studio si è fatto riferimento ad un costo del kWh erogato pari a 14 centesimi di euro.
Per il confronto della spesa su 12 h durante la sosta in banchina si è considerato solamente il costo
variabile: infatti la spesa annuale fissa va ripartita tra le compagnie e risulta quindi poco rilevante.
85
SEZIONE AMBIENTE
Tabella 25- Spesa di energia per 12h
COSTA CONCORDIA
(MGO)
TIRRENIA BITHIA
(IFO380)
P&O TASMAN
(IFO380)
Energia richiesta
Combustibile bruciato
kWh
t
132.000
31
48.000
11
24.000
5
Figura 39- Confronto tra la spesa per il combustibile e il costo di connessione alla rete elettrica
Dal grafico si evince che a prescindere dal combustibile impiegato, la spesa per connettersi alla rete
elettrica è comunque superiore al costo di produzione di energia “on board”: ovviamente, maggiore
è il costo del combustibile, minore è la differenza tra i due sistemi di rifornimento.
Questa considerazione acquista ancor più importanza in considerazione del fatto che entro il 2010,
secondo la normativa Europea, tutte le imbarcazioni dovranno impiegare il combustibile desolforato
di tipo MGO: ciò significa che la spesa per la connessione elettrica sarà abbastanza prossima a
quella della generazione interna (come avviene per il caso della Costa Concordia – vedi Fig.39).
86
SEZIONE AMBIENTE
4.7.1 Costi sostenuti da una nave da crociera in un anno: caso di studio
In questo paragrafo si stimano i costi medi sostenuti da una compagnia da crociera per soddisfare
l’utenza elettrica di una nave ormeggiata in banchina nello svolgimento della sua regolare attività
annuale e si confrontano con i costi di connessione elettrica.
La nave presa in considerazione è la Costa Concordia, nel periodo che va dal 1 gennaio 2007 al 31
dicembre 2007 in cui sono previste 40 chiamate nel porto di Civitavecchia.
Il tempo totale di ormeggio è pari a 480 ore per una energia complessiva assorbita pari a 5.280.000
kWh.
La quantità di combustibile impiegato, MGO, è di 1246 tonnellate per un costo totale di 672.840
euro.
In questa stima si tiene conto anche del costo medio di manutenzione dei generatori ausiliari e delle
spese fisse annuali per l’utilizzo della banchina elettrificata rispettivamente.
Figura 40- Confronto tra i costi da sostenere per l’alimentazione delle utenze elettriche della Costa
Concordia
La differenza tra i due sistemi di produzione è di 65.810 euro a sfavore della banchina elettrificata.
87
SEZIONE AMBIENTE
4.8 Verifica del risparmio energetico
Nel paragrafo precedente si evidenzia come per il normale svolgimento delle operazioni in porto
della nave da crociera “Costa Concordia” siano impiegate 1246 tonnellate di combustibile.
Dato che il problema dell’energia e della disponibilità di fonti energetiche più in generale è un
tema, oltre che di grande attualità, di fondamentale importanza a livello mondiale ed in particolare a
livello nazionale, in questa sezione si valuta se si possa o meno conseguire un risparmio in termini
di energia primaria grazie all’ausilio della banchina elettrificata.
Il confronto sarà eseguito in termini energetici tra il consumo di combustibile della “Costa
Concordia” e della centrale di Torrevaldaliga nord alimentata ad Olio Combustibile.
Il punto di partenza è l’energia necessaria allo stazionamento in banchina per un anno nei tempi e
nei modi visti nella sezione precedente: 5.280.000 kWh.
Tabella 26- Confronto energetico
Centrale a
carbone
Consumo
specifico
g/kWh
Combustibile
impiegato
kg
Potere
calorifico
MJ/kg
Energia
primaria
MJ
220
1.161.600
41
47.409.120
236
1.246.080
41
51.089.280
Costa
Concordia
(MGO)
Come si può notare, l’energia primaria necessaria all’impianto termoelettrico ad olio combustibile
per produrre la stessa quantità di energia elettrica è inferiore ( risparmio energetico del 7% ): questo
fatto è conseguenza del diverso rendimento dei due sistemi energetici: circa 40% per il primo, circa
37% per il secondo.
88
SEZIONE AMBIENTE
Quindi, dal punto di vista del risparmio energetico, risulta essere convienente la produzione
dell’energia elettrica nei sistemi energetici di terra anche in considerazione del fatto che i nuovi
grandi impianti termoelettrici tendono ad avere rendimenti superiori rispetto a quello della vecchia
Centrale ad Olio di Torrevaldaliga Nord.
Dei benefici di carattere ambientale e dei conseguenti risparmi per costi ambientali evitati si è già
detto. Trattasi peraltro della principale ragione a favore della nuova soluzione prospettata:
l’introduzione del nuovo tipo di metodologia di fornitura di energia elettrica a bordo delle navi ha
come primario scopo quello di annullare l’inquinamento locale determinato dalla generazione di
elettricità, cui va aggiunto il beneficio, energetico ed ambientale, della migliore efficienza di
generazione conseguibile in una Centrale piuttosto che con i gruppi ausiliari di bordo delle navi.
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SEZIONE AMBIENTE
CONCLUSIONI
Il porto di Civitavecchia è oramai una realtà impiantistica, tecnologica ed economica consolidata e
la direzione intrapresa con la ristrutturazione dell’intera area conferma l’intenzione di affermarsi
come scalo leader a livello nazionale ed europeo in tutti i settori, non solo quello crocieristico.
Ma se, da un lato, la fiorente attività fa registrare da oltre tre anni, una vertiginosa crescita annua del
PIL, dall’altro la movimentazione di un numero sempre maggiore d’imbarcazioni è causa di un
malessere ambientale sempre più accentuato.
La stima delle emissioni evidenzia il forte impatto ambientale del porto: si calcola che nel 2005 i
valori di NOx, SO2 e PM siano stati rispettivamente pari al 72, 35 e 63 per cento delle emissioni
generate nel 2003 dalla centrale termoelettrica ad olio combustibile di Torrevaldaliga Nord.
Si aggiunga poi, che adottare un sistema che permetta di abbattere le immissioni di inquinanti in
atmosfera, oltre a garantire grandi benefici in termini ambientali rappresenterebbe un’ulteriore
spinta al rilancio dell’immagine del porto.
La scelta di installare le “banchine elettrificate” rappresenta sicuramente una soluzione volta a
conseguire i vantaggi di cui sopra.
In particolare, l’elettrificazione di nove banchine all’interno del porto di Civitavecchia, così come
configurata in questa analisi, consentirebbe di abbattere all’incirca del 50 per cento le emissioni e,
come detto più volte, il vantaggio consisterebbe altresì nell’abbattere l’impatto ambientale di una
sorgente di inquinamento che agisce a livello locale e che si trova all’interno di un agglomerato
urbano.
La realizzazione tecnica di un siffatto sistema non presenta particolari complicazioni tecnologiche o
impiantistiche, mentre comporta costi infrastrutturali piuttosto importanti, se confrontati con altri
interventi anti-inquinamento. E’ pur vero che questa soluzione presenta due vantaggi ulteriori: quasi
totale abbattimento delle emissioni e tecnologia già sperimentata con successo.
Il costo da sostenere per l’elettrificazione del porto di Civitavecchia è, come visto, notevole;
pertanto, dal momento che il porto sta attraversando una fase di profonda ristrutturazione e
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SEZIONE AMBIENTE
innovazione, sarebbe opportuno approfittare di questo momento per adottare tale tecnologia ed
abbattere così i costi d’installazione. Si ha ragione di ritenere, peraltro, che si possa contare su
concrete sponsorizzazioni di un intervento di grande visibilità e tale da consentire consenso ed
apprezzamento generalizzati.
Per completezza, non si può non tener sottolineare il fatto che, per poter usufruire di una soluzione
come quella prospettata, quasi tutte le imbarcazioni di vecchia generazione dovrebbero essere
sottoposte a modifiche strutturali, il che, oltre a costituire un onere per la compagnia armatrice,
richiede lunghi tempi di realizzazione. Per questo motivo sarebbe necessario il coinvolgimento e la
partecipazione delle compagnie navali a tale iniziativa.
Infine vale la pena ricordare che la Comunità Europea ha diffuso nel maggio 2006 un documento in
cui si invitano le autorità portuali a promuovere l’elettrificazione delle banchine: l’obiettivo
prossimo è quello di approvare una normativa che obblighi gli Enti portuali ad adottare tale
soluzione come già avviene, in campo aeronautico, per gli aeroporti civili.
91
SEZIONE AMBIENTE
Bibliografia
[1] http://www.portgot.se
[2] http://www.portoflosangeles.org
[3] http://www.arb.ca.gov
[4] European Commission Directorate General Environment, “Task 2 – General Report on
abatement techniques”, 2005
[5] Fonte ENEL
[6] http://www.cavotec.com
[7] http://www.prysmian.com
[8] http://www.abb.com
[9] http://www.terna.it
[10] Cavotec connectors AB, “Electrical power connectors”
[11] European Commission Directorate General Environment, “Task 2a – Shore side electricity”,
2005
92

Analisi tecnico-economica della elettrificazione del Porto di

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