INEMAR – Modulo Porti

Alessandro Marongiu

a.marongiu@arpalombardia.it

22

Modulo porti – Inemar 05• In Inemar 05 (marzo 2007) è stata implementata la metodologia del Guidebook

2007, basata sull’approccio MEET (Methodology for Estimate air pollutant Emissions from Transport), elaborato da Trozzi e Vaccaro.

• Manuale dell’algoritmo usato disponibile in: http://inemar.terraria.com/xwiki/bin/view/InemarWiki/PortiAlgoritmo

• Slide disponibili del modulo realizzato:http://inemar.terraria.com/xwiki/bin/view/InemarWiki/Palmanova08

• Algoritmo utilizzato da: Arpa Veneto e Dip. Provinciale ARPA di Venezia, Friuli VG, Puglia

• Sono in seguito stati pubblicati due aggiornamenti della metodologia: la prima è presente nel Guidebook 2009, modificata successivamente nel giugno 2010. La metodologia è risultata disponibile a fine settembre 2010, in questo file:www.eea.europa.eu/publications/emep-eea-emission-inventory-guidebook-2009/part-b-sectoral-guidance-chapters/1-energy/1-a-combustion/1-a-3-d-navigation.pdf

• È in corso di implementazione l’adeguamento del modulo ad alcune modifiche di fattori di emissione previste dal Guidebook, che ha nel complesso confermato in parte la metodologia precedente già implementata in Inemar 05

33

Modulo porti – Inemar 05

• La metodologia del Guidebook si basa su diversi livelli possibili di stima (chiamati TIER)

• I diversi livelli prevedono diverso dettaglio nella stima dei consumi di combustibile e dei tempi e fasi di navigazione, considerando diverso grado di dettaglio nel tipo di motore e di imbarcazione

• Inemar ha implementato la metodologia prevista per il Tier3

• Per ogni riferimento si rimanda alla precedente presentazione della metodologia http://inemar.terraria.com/xwiki/bin/view/InemarWiki/Palmanova08

44

Gradi di dettaglio possibili nella stima delle emissioni dai portiC

onsu

mo

di

com

bus

tibi

leT

emp

i e f

asi d

i na

viga

zion

e

Tier 1 Tier 2 Tier 3

Tipo di combustibile

MDO, MGO, BFO*

Tipo di motore

SSD, MSD, HSD, GT, ST*

Tipo di imbarcazione

Portacontainer, Ro-Ro**, Passeggeri, …

Fase di navigazione

Manovra, Stazionamento, Crociera

Numero di parametri

* SSD - Slow Speed Diesel, MSD – Medium Speed Diesel, HSD - High Speed Diesel, GT – Gas Turbine, ST – Steam Turbine; MDO – Marine Diesel Oil, MGO –Marine Gas Oil, BFO –Bunker Fuel Oil ** Ro-Ro= Roll in - Roll out (traghetti)

INEMAR

Sulla base di valori medi

55

Metodologia di stima – punti in comune (non cambiati) tra INEMAR 05 e Guidebook 2009/giu2010

Relativamente al Tier3, di interesse di Inemar, i punti non cambiati della metodologia sono:

• La stima delle emissioni è effettuata su ogni singolo tragitto della imbarcazione

• L’inventario è dato dalla somma di tutti i viaggi in un periodo prefissato (non necessariamente un anno). Questi possono essere inventariati con un set di viaggi rappresentativi in un periodo prefissato.

• Le emissioni sono calcolate sulla base dei consumi dell’imbarcazione

66

Metodologia di stima – differenze tra INEMAR 05 e Guidebook 2009/giu2010

Relativamente al Tier3, di interesse di Inemar, le differenze sono:

• fattori di emissione nel Tier3 per NOx, NMCOV e PM sia in termini di emissioni specifiche per consumo di carburante (utilizzabili in INEMAR) che in termini di grammi emessi per kWh (utilizzabili con il nuovo metodo di stima dei consumi)

• Metodologia alternativa di stima del consumo di carburante

• Disponibili FE e dati sulla potenza impiegata nei motori ausiliari

• Possibilità di impiego di FE per altri inquinati in funzione del combustibile impiegato, provenienti dal Tier1

• Fattori di emissione medi per imbarcazioni a destinazione turistico-ricreativa

77

Richiamo della metodologia Inemar05 - Guidebook2009/giu2010

Ei = emissione totale dell’inquinante ii = inquinante

j = carburante

k = tipo di imbarcazione

l = tipo di motore

m = fase operativa

n = numero di imbarcazioni

Eijklmn = emissione totale dell’inquinante i dall’uso del carburante j, sulle n imbarcazioni di tipo k, con motore l,

nella fase m

Ei = = jklmn Eijklmn

88

Fasi operative

m

99

i

j

k

l

1010

Il valore di Eijklmn è calcolato con la seguente formula:

Eijklmn = tjklm • Sjkm • FEijlm • Njkl • 10-6

Sjkm [t/h] = consumo giornaliero di carburante j, nell’imbarcazione k

nella fase m: questo è variato nella metodologia del Guidebook2009/giu2010

tjklm [h] = ore di navigazione dell’imbarcazione k con motore l e usando carburante j nella fase m (tabella PO_TEMPI_NAVIGAZIONE)

FEijlm [g/t] = FE medio dell’inquinante i, per il carburante j e motore l

nella fase m (tabella PO_FATT_EMISSIONE)

Njkl = numero imbarcazioni k, con motore l e carburante j (tabella PO_NUM_MOVIMENTI)

Calcolo delle emissioni – Inemar 05

1111

Il valore di Sjkm è calcolato con la seguente formula:

Sjkm = Cjk • pkm

dove:Cjk [t/giorno] = consumo giornaliero di combustibile j dell’imbarcazione k al 100% della potenza (come funzione della stazza lorda)

pkm= frazione del consumo di combustibile nella fase m per l’imbarcazione k (tabella PO_FRAZ_POT) 

Calcolo del consumo

1212 

pmk

1313

Il valore di Cjk è calcolato con la seguente formula:

C jk= ajk+ bjk • GT + cjk • GT2 + djk • GT3 + ejk • GT4

dove:ajk,bjk,cjk,djk,ejk = coefficienti tabellati nella metodologia (tabella PO_CONSUMI)GT [t] = stazza lorda dell’imbarcazione (tabella PO_IMC)

Calcolo del consumo specifico

Metodologia modificata nel Guidebook 2009/giu2010

1414 

Nota

Mentre la struttura della metodologia originale prevedeva che i F.E fossero disponibili per ogni associazione di carburante, motore e fase, i FE utilizzati e implementati in Inemar sono indipendenti dal tipo di motore ma sono funzione del tipo di imbarcazione. Tenendo conto che si è utilizzato un solo combustibile, di fatto i FE sono dipendenti solo da imbarcazione e fase operativa. Il sistema permette però la possibilità di inserire dati più accurati.

Nel caso sia mancante il tipo di carburante (j), il tipo di imbarcazione (k) o il tipo di motore (l) si utilizza l’id_comb, l’id_tipo_imbarcazione e l’id_tipo_motore corrispondente a 99.

1515

Calcolo delle emissioni – Guidebook 2009/giu2010

Nel caso non sia noto il consumo di carburante per ciascuna fase del tragitto, è proposta una metodologia di stima delle emissioni basata sulla potenza del propulsore installato ed i tempi di navigazione:

Etrip emissioni dell’inquinante e per un determinato tragitto

EF [g kWh-1] fattore di emissione

P [kW] potenza nominale del motore

T [h] tempo di navigazione

LF percentuale di utilizzo del motore

e categoria del motore (principale o ausiliario)

i inquinante (per il Tier3 NOx, NMCOV e PM)m tipo di combustibilej tipo di motorep fase di navigazione

1616

Calcolo dei consumi nel Tier3 - Guidebook 2009/giu2010

Con gli indici usati in Inemar, la formula precedente diventa per il confronto con INEMAR 05:

tjklm [h] = ore di navigazione dell’imbarcazione k con motore l e usando carburante j nella fase m

Pjk [kW] = potenza della imbarcazione k che utilizza carburante j

LFkmy = frazione di potenza della imbarcazione k nella fase m, per funzione del motore y.

FEijlmy [g/kWh] = fattore di emissione medio dell’inquinante i, per il carburante j e motore l nella fase m, per funzione del motore y

Njkl = numero imbarcazioni k, con motore l e carburante j

Eijklmny = tjklm • Pjk • LFkmy • FEijlmy • Njkl • 10-6

SjkmyÈ analogo a prima tranne che il consumo è

in kW e non in t/h (anche FE è in g/kWh e non g/t); c’è in più il dettaglio del motore (l e y)

1717 

Ck consumo max

FEkm

Emissione k m

Stazza lorda (klj)

Skm consumo effettivo t/h

Pkm

frazione potenza

l tipo motorek tipo imbarcazionem tipo fasej combustibile

tkm(jl)Nk(jl)

Di fatto è stato utilizzato un solo Carburante j e motore l

1818 

Pky Potenza max

FEjlmy

Emissione k m

Stazza lorda (klj)

Skmy consumo effettivo kW

LFkmy

frazione potenza

l tipo motorek tipo imbarcazionem tipo fasej combustibiley tipo inst. motore

Elaborati tenendo conto dei motori e del carburante principalmente associati ad un certo tipo di imbarcazione

tkm(jl)Nk(jl)

1919

Nota

La struttura della nuova metodologia fornisce F.E per diverse associazioni di carburante, motore e fase.Utilizzare questo dettaglio, significa poi dover fornire il numero di movimenti per ogni carburante, motore e fase. Se il numero di movimenti è disponibile solo per le imbarcazioni, senza conoscere carburante e motore, è necessario calcolare dei FE medi per tipo di imbarcazione.La media dovrà essere effettuata tener conto della presenza media dei tipi di motori e combustibili nelle imbarcazioni.Questo conto prima era stato fatto esternamente. Ora viene fatto da Inemar, tramite le percentuali di motori e combustibili per ogni imbarcazione che si possono inserire nella tabella PO_IMC.È importante che le somme siano pari a 100

2020

• Operativamente questo significa avere una versione della tabella PO_IMC che identifichi ciascun ID_IMC in funzione di tipo imbarcazione, motore, combustibile e % relativa nella flotta del mediterraneo.

• Elaborare una versione della PO_FATT_EMISSIONE dove gli FE sono classificati in funzione di ID_IMC ed eventualmente sono calcolati in base alla media pesata sulle imbarcazioni (dati di flotta).

• Calcolo in base ai dati su g/kWh o g/t

• Possibilità di utilizzo di dati su FE tipo Tier1

• Possibilità di utilizzo di FE per imbarcazioni di tipo turistico-ricreativo.

2121

Possibili approfondimenti

2222

Calcolo delle emissioni in INEMAR – struttura generale

Movimento1

Emissioni Movimento2

Movimenton

Tipo di Imb.1

Tipo di Imb.2

hStaz.

hMan.

hCroc.

FEStaz.

FEMan.

FECroc.

×

×

×+

+

PO_NUM_MOVIMENTI PO_IMC

ConsumoStaz.

ConsumoMan.

ConsumoCroc.

×

×

×

PO_TEMPI_NAVIGAZIONE PO_FATT_EMISSIONE

PO_CONSUMI

PO_FRAZ_POT

Dati attività Consumi ed FE

1

3 42

1

3

4

2

Definite delle classi di imbarcazione medie sulla base di dati sulla diffusione delle differenti motorizzazioni

Calcolati come valori medi su ciascun tipo di imbarcazione

Caratteristici per tipo di imbarcazione e fase di navigazione per alcuni inquinanti (NMVOC ed NOx)

Ottenuto tramite polinomiale, unicamente funzione della stazza della imbarcazione e frazione di potenza legata alla fase di navigazione

Per ciascun inquinante

2323

Diffusione della tipologia di motori imbarcazioni – dati medi Guidebook 2009/giu2010

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Liquid bulk ships

Dry bulk carriers

Container

General cargo

Ro Ro Cargo

Passenger

Fishing

Others

Tugs

SSD MDO/MGO

SSD BFO

MSD MDO/MGO

MSD BFO

HSD MDO/MGO

HSD BFO

GT MDO/MGO

GT BFO

ST MDO/MGO

ST BFOTip

o d

i im

bar

cazi

one

I dati del Guidebook sono basati sullo studio: Trozzi C. (2010). Update of Emission Estimate Methodology for Maritime Navigation, Techne Consulting report ETC.EF.10 DD

SSD - Slow Speed Diesel

MSD - Medium Speed Diesel

HSD - High Speed Diesel

GT - Gas Turbine

ST - Steam Turbine

MDO - Marine Diesel Oil

MGO - Marine Gas Oil

BFO - Bunker Fuel Oil

1

2424

Caratteristiche medie delle imbarcazioni – Guidebook 2009/giu2010

42%

50%

7%1%

SSD

MSD

HSD

GT

ST

24%

76%

MDO/MGO

BFO

SSD - Slow Speed Diesel

MSD - Medium Speed Diesel

HSD - High Speed Diesel

GT - Gas Turbine

ST - Steam Turbine

MDO - Marine Diesel Oil

MGO - Marine Gas Oil

BFO - Bunker Fuel Oil

Diffusione delle differenti tipologie di motori e tipo di combustibile alimentato.

Elaborazioni su: Trozzi C. (2010). ‘Update of Emission Estimate Methodology for Maritime Navigation’, Techne Consulting report ETC.EF.10 DD, May 2010

Tipo di combustibileTipo di motore

1

2525

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Nave da carico

Portacontainer

Ro Ro Cargo -Passeggeri

SSD MDO/MGO

SSD BFO

MSD MDO /MGO

MSD BFO

HSD MDO /MGO

HSD BFO

GT MDO /MGO

GT BFO

ST MDO /MGO

ST BFO

Tipologie di imbarcazioni in INEMAR

Dati elaborati considerando le tipologie di imbarcazione di default in INEMAR e caratteristiche medie fornite dal Guidebook 2009 (agg. 2010).

Tip

o d

i im

bar

cazi

one

SSD - Slow Speed Diesel

MSD - Medium Speed Diesel

HSD - High Speed Diesel

GT - Gas Turbine

ST - Steam Turbine

MDO - Marine Diesel Oil

MGO - Marine Gas Oil

BFO - Bunker Fuel Oil

1

2626

Tipologie di imbarcazioni in INEMAR

17%

83%

MDO/MGO

BFO

64%

29%

6% 0%

SSD

MSD

HSD

GT

ST

Tipo di combustibileTipo di motore

SSD - Slow Speed Diesel

MSD - Medium Speed Diesel

HSD - High Speed Diesel

GT - Gas Turbine

ST - Steam Turbine

MDO - Marine Diesel Oil

MGO - Marine Gas Oil

BFO - Bunker Fuel Oil

Ipotesi sulla diffusione delle differenti tipologie di motori e tipo di combustibile alimentato in INEMAR. Dati ottenuti elaborando i valori medi del Guidebook per le differenti tipologie di imbarcazione.

1

2727

Tempi di navigazione medi – Guidebook 2009/giu2010

• Nell’approccio implementato in INEMAR il tempo di navigazione viene considerato una peculiarità della categoria di imbarcazione: 10 barche di uguale ID_IMC, delle quali 5 con stazionamento 2 giorni e 5 con stazionamento 3 giorni, equivalgono a: ((5 x 2) + (5 x 3)) / 10 = (10 + 15) / 10 = 2,5 x 24 h

• Il Guidebook fornisce dei valori medi utilizzabili come confronto o direttamente per effettuare la stima dei tempi di navigazione:

Imbarcazione Velocità media di crociera (km/h)

Tempo di manovra (h)

Tempo di stazionamento (h)

Liquid bulk ships 26 1,00 38 Dry bulk carriers 26 1,00 52

Nave da carico 26 1,00 45 Container 36 1,00 14

Portacontainer 36 1,00 14 General Cargo 23 1,00 39 Ro-Ro Cargo 27 1,00 15

Passenger 39 0,08 14 Fishing 25 0,07 60 Other 20 1,00 27

Ro Ro Cargo - Passeggeri

26,8 0,63 31

2

2828

Fattori di emissione - Guidebook 2009/giu2010

Nel Guidebook sono riportate due categorie di fattori di emissione, che possono essere prese in considerazione:

• Fattori di emissione per HM, Diossine provenienti dal Tier1 ed utilizzabili anche nel Tier3 (come riportato dalle raccomandazione del Guidebook)

• Fattori di emissione per NOx, NMCOV e PM in funzione della fase di navigazione, del tipo di motore e sua installazione (ausiliario o principale) e del carburante.

• FE per NOx ridotti ed aggiornati per il 2005 rispetto al 2000.• Fattori di emissione caratteristici per piccole imbarcazioni di

tipo turistico.I fattori di emissione del Tier3 sono riportati sia in termini di

consumo specifico di carburante (g t comb.) oppure di potenza del motore (g kWh), in riferimento a due possibili algoritmi di stima.

3

2929

Fattori di emissione medi INEMAR 05

×Fattori di emissione Guidebook, 2009

(agg. 2010), NOx per il 2005

Motori,

combustibili

Imbarcazione SSD

MDO/MGO SSD BFO

MSD MDO/MGO

MSD BFO

HSD MDO/MGO

HSD BFO

GT MDO/MGO

GT BFO

ST MDO/MG

O

ST BFO

Nave da carico 0,02 82,675 0,005 12,375 0 0,215 0 0,04 0,11 4,56 Portacontainer 0 92,11 0 5,83 0 0 0 0 0 2,06 Ro Ro Cargo -

Passeggeri 0,224 16,282 13,594 56,216 4,02 4,798 1,292 0,06 0 3,52

Fattori di emissione medi in INEMAR evidenziati

(kg/t)

Crociera Stazionamento-Manovra Imbarcazione NOx NMCOV PTS NOx NMCOV PTS

Nave da carico 85 81 2,9 2,7 7,8 nd 62 59 7,9 4,1 11 8,35 Portacontainer 88 89 3 3 8,3 nd 64 62 8 4,4 11 8,55 Ro Ro Cargo - Passeggeri 66 63 2 2 3,5 nd 48 49 6 4,4 7,4 8,3

3