Ενεργειακή αναβάθμιση λιμανιών και ηλεκτροδότηση πλοίων

Η ενέργεια βρίσκεται στο επίκεντρο σχεδόν κάθε σημαντικής πρόκλησης αλλά και ευκαιρίας που αντιμετωπίζει ο κόσμος σήμερα. Η διασφάλιση πρόσβασης σε οικονομικά προσιτή, αξιόπιστη, βιώσιμη και σύγχρονη ενέργεια για όλους τους τομείς (εργασία, ασφάλεια, μεταφορές κ.λπ.) είναι υψίστης σημασίας. Η Ναυτιλία εξυπηρετώντας το μεγαλύτερο μέρος του παγκόσμιου εμπορίου και των μεταφορών, προσαρμόζεται στις αποφάσεις των διεθνών οργανισμών, όπως ο Διεθνής Nαυτιλιακός Οργανισμός (IMO) και η Ευρωπαϊκή Επιτροπή, για μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης με χρήση εναλλακτικών καυσίμων. Ετσι, όλα τα μέσα υφίστανται τροποποιήσεις και μετασκευές ώστε να ανταποκριθούν στις σύγχρονες απαιτήσεις. Στην πλειονότητα των περιπτώσεων, οι λύσεις για πλοία περισσότερο φιλικά προς το περιβάλλον έχουν κύριο συστατικό τους στοιχείο τον έντονο εξηλεκτρισμό, είτε με στόχο την πιο οικονομική λειτουργία είτε ακόμη και την πρόωση.

Ηλεκτρική διασύνδεση και υποδομές

Ουσιαστικοί αρωγοί στην προσπάθεια μείωσης της ατμοσφαιρικής ρύπανσης των πλοίων τυγχάνουν οι χώροι υποδοχής, εξυπηρέτησης και τροφοδοσίας τους, δηλαδή τα λιμάνια που ωφελούνται και τα ίδια από το μειωμένο περιβαλλοντικό αποτύπωμα των πλοίων. Ετσι, από τα πλέον αποδοτικά τέτοια μέτρα είναι η ηλεκτροδότηση των ελλιμενιζόμενων πλοίων μέσω κατάλληλου εξοπλισμού ηλεκτρικής διασύνδεσης, ώστε τα πλοία να παύουν εντελώς τη λειτουργία των θερμικών μηχανών τους (ακόμη και των ηλεκτρογεννητριών) ώστε να μην εκπέμπουν αέριους ρύπους ή θόρυβο κατά την παραμονή τους στο λιμάνι.

Η ιδέα της ηλεκτρικής διασύνδεσης των πλοίων, που στη διεθνή ορολογία συναντάται ως Ship-to-Shore Interconnection, Onshore Power Supply (OPS), Alternative Maritime Power ή κωδικοποιημένα cold ironing δεν είναι καινούργια αλλά χρονολογείται ήδη από τα τέλη του 19ου αιώνα. Στις μέρες μας, όμως, επανήλθε ως ένα μέτρο δραστικής μείωσης της ρύπανσης στα λιμάνια, δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια στην ξηρά παράγεται πλέον σε πολύ μεγάλο βαθμό με μη ρυπογόνους τρόπους (για παράδειγμα Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας). Για την υλοποίηση της ηλεκτρικής διασύνδεσης απαιτείται ειδικός ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός που περιλαμβάνει τα εξής:

• Υποσύστημα διασύνδεσης από την πλευρά του πλοίου με κατάλληλο ηλεκτρικό πίνακα που συνδέεται με τον κύριο ζυγό του πλοίου ώστε από την ηλεκτρική διασύνδεση να παρέχεται ηλεκτρική ενέργεια σε όλους τους καταναλωτές που λειτουργούν κατά τον ελλιμενισμό. Η παροχή αυτή πρέπει να αναγνωρίζεται, να παρακολουθείται αλλά και να ελέγχεται από το σύστημα ενεργειακής διαχείρισης του πλοίου.

• Υποδομή τροφοδοσίας από το ηλεκτρικό δίκτυο του λιμένα το οποίο με τη σειρά του περιλαμβάνει:
– Μετασχηματιστή τάσης (για προσαρμογή των τάσεων λειτουργίας των ηλεκτρικών δικτύων του λιμένα και του πλοίου).
– Μετατροπέα συχνότητας (για αντίστοιχη προσαρμογή των συχνοτήτων λειτουργίας των δύο ηλεκτρικών δικτύων, εφόσον διαφέρουν).
– Υποσύστημα καλωδιακής σύνδεσης (για την υλοποίηση της διασύνδεσης ισχύος μέσω καλωδίου ρυθμιζόμενου μήκους, ρευματοληπτών και ρευματοδοτών, καθώς και κατάλληλου διακοπτικού υλικού).
Οι ενεργειακές προκλήσεις όμως που καλείται να αντιμετωπίσει ένα λιμάνι δεν σταματούν στην ηλεκτροδότηση των πλοίων, καθώς απαιτείται βελτιστοποιημένη διαχείριση των καταναλώσεων μία σειράς από ενεργοβόρους καταναλωτές που βρίσκονται εντός των ζωνών δραστηριοτήτων τους, όπως:

• Γερανοί φορτο-εκφόρτωσης.

• Εμπορευματοκιβώτια – ψυγεία (reefers).

• Ηλεκτροκίνητα οχήματα (αυτοκίνητα, ανυψωτικά, φορτηγά και λεωφορεία) μηδενικών ρύπων για διακίνηση επιβατών και αγαθών εντός του λιμένα που πρέπει να επαναφορτίζονται.

• Φωτιστικά σώματα μεγάλης φωτεινότητας (προβολείς).

Από την άλλη πλευρά, παρακολουθώντας τις εξελίξεις της απεξάρτησης της ενέργειας από τον άνθρακα (decarbonization), στα λιμάνια μπορούν να αναπτυχθούν έστω και σε περιορισμένη κλίμακα:

• Συστήματα παραγωγής (πράσινης) ενέργειας από ανανεώσιμες μορφές όπως:

– Μονάδες παραγωγής υδρογόνου.

– Φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετημένα σε οροφές ή μετόπες κτιρίων, σε θέσεις στάθμευσης αυτοκινήτων, σε διαθέσιμες εκτάσεις στον χώρο του λιμένα.
– Μικρής κλίμακας ανεμογεννήτριες π.χ. σε στύλους φωτιστικών σωμάτων κ.λπ.

• Μονάδες αποθήκευσης ενέργειας όπου θα αποθηκεύεται ενέργεια της οποίας η προμήθεια γίνεται σε χαμηλή τιμή από τις ίδιες πηγές παραγωγής που προαναφέρθηκαν και θα προμηθεύει πλοία σε ηλεκτρική διασύνδεση ή πλοία με μπαταρίες που θα πρέπει να επαναφορτιστούν χωρίς να επιβαρύνει το κεντρικό ηλεκτρικό δίκτυο σε ώρες αιχμής κ.λπ. Σε αυτό το πλαίσιο, τα λιμάνια καθίστανται, εκτός από συγκοινωνιακοί, και ενεργειακοί κόμβοι εξυπηρετώντας πολλαπλούς στόχους της ναυτιλιακές υπηρεσίες υψηλού επιπέδου με χαμηλό περιβαλλοντικό αποτύπωμα σύμφωνα με της επιταγές των διεθνών οργανισμών αλλά και εξορθολογισμένη διαχείριση ενέργειας με κύριο μοχλό τον εκτεταμένο εξηλεκτρισμό και την αξιοποίηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Με τον τρόπο αυτόν συνεισφέρουν στην αναπτυξιακή προοπτική της χώρας στους τομείς της Ναυτιλίας, του Τουρισμού, της Ενέργειας και του Περιβάλλοντος.

Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή αναγνωρίζοντας τη σημασία της ενεργειακής αναβάθμισης των λιμένων τη χρηματοδοτεί με μία σειρά εργαλείων τόσο στο πλαίσιο ερευνητικών όσο και αναπτυξιακών έργων. Ετσι, στην Ελλάδα η πρώτη πιλοτική εφαρμογή ηλεκτρικής διασύνδεσης έγινε στο λιμάνι της Κυλλήνης στο πλαίσιο του έργου Electrification of Eastern Mediterranean Corridor-ELEMED που συγχρηματοδοτήθηκε από τον μηχανισμό Συνδέοντας την Ευρώπη (Connecting Europe Facility (CEF) με διαχειριστική αρχή την CINEA) της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και το οποίο έθεσε το πλαίσιο και τις βασικές παραμέτρους εφαρμογής αλλά και ανέδειξε τα ιδιαίτερα προβλήματα που μπορούν να προκύψουν κατά τη λειτουργία. Στο πλαίσιο του ίδιου έργου σχεδιάστηκε εξ υπαρχής ένα οχηματαγωγό μικρών αποστάσεων κινούμενο με ηλεκτροπρόωση του οποίου η ενεργειακή πηγή ήταν μπαταρίες.

Πλέον, στο πλαίσιο ενός ολιστικού σχεδίου ενεργειακής αναβάθμισης λιμένων, στην Ελλάδα έχει δημιουργηθεί η διεπιστημονική ομάδα ΠΡΩΤΕΑΣ (PROTEUS) που αποτελείται από εξειδικευμένους εμπειρογνώμονες μηχανικoύς (ειδικότητας ηλεκτρολόγου, ναυπηγού, πολιτικού, συγκοινωνιολόγου μηχανικού). Ο ΠΡΩΤΕΑΣ προέκυψε από τη συνεργασία του Εργαστηρίου Θαλάσσιων Μεταφορών της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και των εταιρειών Protasis Engineering and Consulting S.A., Hydrus Engineering Ltd και Gates Ltd.

Στην Ελλάδα με πάνω από 150 λιμάνια, από τα οποία 5 είναι μεγάλες συγκοινωνιακές πύλες (core ports), ενώ τα 20 είναι κόμβοι του συμπληρωματικού δικτύου (comprehensive network ports) του Διευρωπαϊκού Δικτύου Μεταφορών (TEN-T) υπάρχει έντονο ενδιαφέρον για την εφαρμογή του σχεδίου αυτού.

Τεχνολογία των έξυπνων μικρο-δικτύων

Πέραν της ηλεκτρικής διασύνδεσης, στα επόμενα στάδια του σχεδίου, τα λιμάνια ενσωματώνουν την τεχνολογία των έξυπνων μικρο-δικτύων με δυνατότητες ιδιο-παραγωγής (Φ/Β πλαίσια σε στέγαστρα θέσεων στάθμευσης, ή οροφές και μετόπες κτιρίων αλλά και μικρές Α/Γ καθέτου άξονα), αποθήκευσης και προσφοράς πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας προς τα πλοία και τους λοιπούς μεγάλους καταναλωτές (ψυγεία-reefers, γερανοί με αναγεννητική πέδηση, φώτα-προβολείς LED, σταθμούς φόρτισης ηλεκτροκίνητων οχημάτων κ.λπ.), δυνατότητες αμφίδρομης ροής και αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας αλλά και εξομάλυνσης αιχμών ζήτησης με κεντρική παρακολούθηση και διαχείριση των ενεργειακών συναλλαγών από σύγχρονα Κέντρα Διαχείρισης Ηλεκτρικής Ενέργειας, φιλοξενία σταθμών φόρτισης ηλεκτροκινούμενων οχημάτων ταξιδιωτών κ.ο.κ.

Το σχέδιο ΠΡΩΤΕΑΣ εφαρμόζεται ήδη στα λιμάνια του Πειραιά, της Ηγουμενίτσας και της Ραφήνας σε συνεργασία με τους Οργανισμούς Λιμένων και τον ΔΕΔΔΗΕ, μέσω συγχρηματοδοτήσεων από τον μηχανισμό CEF).

Συγκεκριμένα, το έργο ALFION – Alternative Fuel Implementation in IgOumenitsa Port αφορά την εκπόνηση των οριστικών μελετών της ενεργειακής αναβάθμισης του λιμένα Hγουμενίτσας με ημερομηνία ολοκλήρωσης τον Νοέμβριο του 2022, το EALING-European flagship Action for coLdironING in ports αφορά την εκπόνηση οριστικών μελετών ηλεκτροδότησης πλοίων ακτοπλοΐας του Πειραιά και της Ραφήνας και το CI-PORT – Cold Ironing in the Port of Piraeus: Taking the Final Step (επίσης συγχρηματοδοτούμενα από τον μηχανισμό CEF) για κατάρτιση μελετών εφαρμογής ηλεκτρικής διασύνδεσης ελλιμενιζόμενων κρουαζιεροπλοίων.

Από την άλλη μεριά, στο ίδιο πλαίσιο της βελτίωσης του πράσινου αποτυπώματος των πλοίων, λαμβάνονται μία σειρά από μέτρα με επίκεντρο τα ίδια τα πλοία, όπως:
• Ηλεκτροπρόωση.
• Αξιοποίηση μονάδων αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας (π.χ. μπαταρίες).
• Αξιοποίηση συστημάτων αξονικών γεννητριών.
• Εγκατάσταση ηλεκτρονικών διατάξεων ρύθμισης ταχύτητας.
• Μικρής κλίμακας παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε συνδυασμό με αποθήκευση.
• Λοιπές λύσεις με εξηλεκτρισμό.

Ηλεκτροκίνηση πλοίων και προκλήσεις

Λόγω σημαντικών περιορισμών της τρέχουσας τεχνολογίας (αποθηκευτική ικανότητα ανά μονάδα όγκου και βάρους) των μπαταριών η ηλεκτροκίνηση είναι δελεαστική λύση για πλοία που εξυπηρετούν πορθμειακές γραμμές. Οπως είναι γνωστό, στην Ελλάδα υπάρχει ένα εκτεταμένο δίκτυο πλωτών πορθμείων μικρών αποστάσεων που ενώνουν την ηπειρωτική με τη νησιωτική επικράτεια. Σχετικές μελέτες εφικτότητας έχουν καταδείξει ότι είναι εφικτή η κατάστρωση ενός σχεδίου μετατροπής τέτοιων των πορθμείων για εξυπηρέτηση με σκάφη με ηλεκτροπρόωση που θα υποστηρίζονται από ηλεκτρικές-υβριδικές συστοιχίες, οι οποίες θα επαναφορτίζονται στα λιμάνια είτε κατά τη φορτο-εκφόρτωση αναμονής είτε σε διαλείμματα λειτουργίας.

Η υπάρχουσα τεχνολογία αιχμής προσφέρει ποικιλία λύσεων εξηλεκτρισμού με ηλεκτρικούς κινητήρες υψηλής απόδοσης (π.χ. σύγχρονους κινητήρες μονίμων μαγνητών), μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος για μετατροπές από Εναλλασσόμενο σε Συνεχές Ρεύμα και αντίστροφα, καθώς και συσσωρευτές (ιόντων λιθίου) και υπερ-πυκνωτές υψηλής ενεργειακής πυκνότητας με συνεργαζόμενες διατάξεις ταχείας φόρτισης και έξυπνα συστήματα ενεργειακής διαχείρισής τους. Τα λιμάνια και σε αυτή την περίπτωση καλούνται να φιλοξενήσουν τον σχετικό εξοπλισμό εξυπηρέτησης των υπό συζήτηση ηλεκτροκίνητων «μπαταριόπλοιων».

Το πλαίσιο υποστήριξης ηλεκτροκινούμενων πλοίων μικρών αποστάσεων με τεχνολογία συσσωρευτών έχει εφαρμοστεί ήδη με επιτυχία σε χώρες της Βόρειας Ευρώπης, ενώ, στην Ελλάδα, το ΥΝΑΝΠ έχει σε τελική φάση το ΠΔ για κανόνες ασφαλείας μπαταριόπλοιων, δεδομένου ότι υπάρχουν και ενδιαφερόμενοι επενδυτές. Τέλος, απαιτείται και σειρά λύσεων για την αντιμετώπιση και των νέων προκλήσεων που εγείρονται στο πλαίσιο της «Πράσινης Συμφωνίας» και του πακέτο Οδηγιών «Fit-for-55%» που παρουσιάζεται συνοπτικά στη συνέχεια.

Σύμφωνα με το σχέδιο οδηγίας περί εφαρμογής εναλλακτικών καυσίμων (μεταξύ των οποίων συγκαταλέγεται και το ηλεκτρικό ρεύμα), η ηλεκτρική διασύνδεση πλοίων θα καταστεί υποχρεωτική για (τουλάχιστον το 90% από) τα εξής είδη πλοίων:
• Εμπορευματοκιβωτιοφόρα (Container ships).
• Επιβατηγά (Passenger ships).
• Επιβατηγά/οχηματαγωγά (Ro-pax ferries).
• Ταχύπλοα οχηματαγωγά/επιβατηγά (hi-speed ferries).
• Κρουαζιερόπλοια (cruise ships).

Εξάλλου, σύμφωνα με την οδηγία περί του συστήματος εμπορίας ρύπων, αυτό επεκτείνεται και στον ναυτιλιακό κλάδο με ημερομηνία εκκίνησης της εφαρμογής του από το 2023. Τα πρόστιμα που θα επιβάλλονται στα πλοία ρυπογόνας τεχνολογίας (δηλ. πλοία που κινούνται με συμβατικά καύσιμα) θα υφίστανται συνεχείς προσαυξήσεις ανά διετία έως το 2030. Τα πρόστιμα αυτά σκοπό έχουν να δράσουν ως κίνητρο στους πλοιοκτήτες για να επενδύσουν σε πλοία τεχνολογίας πιο φιλικής προς το περιβάλλον (είτε νέες ναυπηγήσεις είτε μετασκευές υπαρχόντων). Επιπλέον, κατά τον ελλιμενισμό αντί της ηλεκτροδότησης (cold ironing), εναλλακτικά, το πλοίο μπορεί να τροφοδοτείται ενεργειακά από τις εξής πηγές (ηλεκτρικής) ενέργειας:
• Κυψέλες καυσίμου.
• Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ).
• Μπαταρίες.
Επίσης, σύμφωνα με το αντίστοιχο σχέδιο Οδηγίας για τη Φορολόγηση Ενέργειας (το οποίο έχει σημαντικές αλλαγές σε σχέση με την ισχύουσα Οδηγία), προκρίνονται διάφορα μέτρα ελάφρυνσης των επιβαλλόμενων φόρων προς τα εναλλακτικά καύσιμα και ειδικότερα για το ναυτιλιακό ηλεκτρικό ρεύμα για το οποίο θα υπάρξει περίοδος πλήρους φοροαπαλλαγής για 10 χρόνια.

Πρωτοβουλίες από την ομάδα ΠΡΩΤΕΑΣ

Σε σχέση με τα παραπάνω, η ομάδα ΠΡΩΤΕΑΣ έχει αναλάβει μία σειρά από πρωτοβουλίες που καθιστούν την Ελλάδα σε πρωτοπόρα διεθνώς θέση σχετικά με την ενεργειακή αναβάθμιση λιμένων και πλοίων μέσω εξηλεκτρισμού καθώς και σε ζητήματα ρυθμιστικά. Συγκεκριμένα: Σε συνεργασία με τη ΡΑΕ έχει γίνει εκτίμηση των ενεργειακών αναγκών του κύριου και συμπληρωματικού δικτύου των λιμένων της χώρας. Σε συνεργασία με τον ΔΕΔΔΗΕ ολοκληρώνεται ένταξη της εξυπηρέτησης των ενεργειακών αναβαθμίσεων των λιμένων στο καταρτιζόμενο Σχέδιο Ανάπτυξης Δικτύου του.

Επιπλέον, το σχέδιο ΠΡΩΤΕΑΣ δρα συμπληρωματικά προς το έργο της υποστήριξης ηλεκτροκίνησης των οδικών μεταφορών από τον ΔΕΔΔΗΕ, ενώ είναι σε συνέργεια με την πρωτοβουλία Ports 2.0 της Eurelectric (μέλος της ο ΔΕΔΔΗΕ) και του DNV για τον μετασχηματισμό των λιμένων σε ενεργειακούς κόμβους. Σε συνεργασία με αρμόδιες υπηρεσίες της Ευρωπαϊκής Επιτροπής (DGMOVE, DGENER, EMSA) έχει ξεκινήσει η κατάρτιση ενός οδικού χάρτη για την εξορθολογισμένη ανάπτυξη των ηλεκτρικών δικτύων με σκοπό την εξυπηρέτηση της «Πράσινης Συμφωνίας» ώστε να περιλαμβάνεται και το πλαίσιο λειτουργίας των λιμένων και των πλοίων στην (απελευθερωμένη) Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας. Σε συνεργασία με ιδιοκτήτες πλοίων ακτοπλοΐας, διερευνά τρόπους μετασκευής ώστε τα πλοία να φιλοξενήσουν εξοπλισμό διασύνδεσης με την ξηρά σύμφωνα με τους διεθνείς κανονισμούς.

Σε συνεργασία με υποψήφιους επενδυτές έχει επεξεργαστεί πλέγμα εναλλακτικών λύσεων νέων ναυπηγήσεων πλοίων μικρών αποστάσεων με ηλεκτροπρόωση και πηγές ηλεκτρικής ενέργειας για ικανοποίηση των σύνθετων απαιτήσεων των λιμένων που εξυπηρετούν. Το σχέδιο της ενεργειακής αναβάθμισης θεωρείται προτεραιότητα πλέον για τα λιμάνια, τα οποία έχουν ήδη δραστηριοποιηθεί και σχεδιάζουν τα επόμενα βήματά τους. Σε αυτό το πλαίσιο, πραγματοποιείται σειρά δράσεων και συναντήσεων εργασίας, ενώ ο ΔΕΔΔΗΕ ως αρμόδιος φορέας για το θέμα υποστήριξης των υποδομών ηλεκτροδότησης λιμένων και πλοίων έχει προγραμματίσει ενημερωτική συνεδρία για το θέμα στα Ποσειδώνια στις 9/6/2022.

*Ο κ. Δημήτριος Β. Λυρίδης είναι αναπλ. καθηγητής, δ/ντής Εργαστηρίου Θαλασσίων Μεταφορών.

*O κ. Ιωάννης Προυσαλίδης, καθηγητής, δ/ντής Εργαστηρίου Ναυτικής Μηχανολογίας Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών εθνικού μετσόβιου πολυτεχνείου.