Progetto e-Audit

Ente Committente: Regione Marche

Programma: Programmazione FEP 2007-2013 - Misura 3.1 Azioni Collettive

Responsabile Scientifico: Dr. A.Sala

Partecipanti: Notti Emilio, Buglioni Gabriele, Francesco De Carlo, Antonello Sala

Durata: Luglio 2009 - Dicembre 2011 (18 mesi)

BudGet Totale: € 30.000

Rapporto finale

Sommario:

Il progetto "E - Audit" intende affrontare la tematica dei consumi energetici a bordo delle navi da pesca. L’Audit Energetico costituisce il fulcro di una diagnosi energetica che si pone l’obiettivo di capire in che modo l’energia venga utilizzata a bordo, quali sono le possibili cause degli sprechi ed eventualmente quali interventi possano essere suggeriti al settore alieutico. Lo strumento principale per conoscere e quindi intervenire efficacemente sulla situazione energetica di una impresa di pesca è l'Audit Energetico mediante il quale può essere effettuata un’analisi approfondita, attraverso sopralluoghi, presso l’unità produttiva da pesca.
Il risultato delle valutazioni è la determinazione del profilo energivoro dell'imbarcazione, attraverso la definizione di indici di performance energetica KPI (Key Performance Indicator) che permetteranno di confrontare l’azienda da pesca con dei benchmark di riferimento (ottenuti in letteratura e dati dall’esperienza sul campo) per valutarne la competitività ed individuare dei possibili interventi migliorativi.

 Contatto in ISMAR: a.sala@ismar.cnr.it

FRAMEWORK DEGLI AUDIT ENERGETICI

Fase 1: Intervista preliminare

Da un primo contatto con l’armatore/comandante, attraverso un’intervista preliminare, si raccolgono le informazioni sull’imbarcazione, sul tipo di attività svolta, sull’equipaggio sulle pratiche adoperate a bordo nell’utilizzo dei vari utenti. Le interviste sono state svolte a bordo dell’imbarcazione da pesca, compiendo un vero e proprio sopralluogo.

Fase 2: Installazione del sistema di misura

Durante le uscite in mare è stato impiegato un sistema di misura dei parametri energetici che di volta in volta veniva personalizzato per essere adattato alle condizioni impiantistiche del peschereccio in esame. Il sistema di misura consente di misurare tutti i flussi energetici di bordo. Per l’installazione di alcuni componenti, come nel caso del dispositivo di misura della potenza oleodinamica, è stato necessario l’intervento di un’officina meccanica specializzata.

Fase 3: Raccolta dati durante l’attività di pesca commerciale

Durante la giornata di pesca i parametri vengono registrati automaticamente dal sistema di misura mediante l’utilizzo di uno specifico software sviluppato dal CNR-ISMAR di Ancona. Inoltre, il personale scientifico imbarcato annota periodicamente su appositi registri cartacei una sintesi dei parametri rilevati. In particolare si prende nota dei vari eventi che possono essere rilevanti nelle successive analisi energetiche, come ad esempio l’orario di inizio e fine cala, l’utilizzo dei verricelli, l’inizio e la fine di un trasferimento, etc.

Fase 4: Analisi dei dati raccolti e redazione del rapporto di prova

I dati raccolti vengono analizzati successivamente in istituto al fine di definire i profili energetici di ogni peschereccio in relazione alle due principali fasi operative prese come riferimento: fase di navigazione e fase di traino. I risultati ottenuti sono utilizzati anche per redigere un rapporto di prova ove vengono evidenziate possibili inefficienze e le loro eventuali azioni correttive. 

ANALISI DEI DATI

I dati provenienti dagli strumenti di misurazione sono sincronizzati in parte in fase di acquisizione ed in parte in fase di post processing. A questo scopo, durante le prove in mare, si utilizza uno specifico software di acquisizione e post-processing per la registrazione automatica e sincronizzazione di tutti gli strumenti.

Dall’elaborazione dei dati si ottengono i valori di potenza fornita all’elica PD, potenza assorbita dal circuito oleodinamico POL, potenza assorbita dal circuito elettrico PEL e consumo di combustibile del motore principale FC.

Mediante integrazione matematica si ottiene il corrispettivo energetico delle potenze ottenute.

Indici di prestazione energetica

Per ogni fase operativa, oltre alla determinazione del consumo energetico delle principali utenze, sono stati calcolati due indici di prestazione energetica relativi al consumo energetico complessivo ed al consumo di carburante: Energy Consumption Indicator e il Fuel Consumption Indicator. Ogni imbarcazione è stata quindi caratterizzata da due coppie di indici, una per la fase di navigazione ed una per la fase di traino. Il primo indice, ECI “Energy Consumption Indicator” è definito come la quantità totale di energia consumata da tutte le utenze di bordo, espressa in kJ, per unità di potenza installata, in kW e di velocità in nodi. E_T è la somma dell’energia spesa dal sistema di propulsione, dall’impianto elettrico e oleodinamico; P_T è la potenza installata a bordo e v è la velocità sostenuta dall’imbarcazione. L’indice ECI esprime il fabbisogno di energia del peschereccio, in ordine alla potenza installata ed alla velocità alla quale esso svolge ognuna delle due fasi principali.

Analogamente a quanto visto per l’indice ECI, l’indice FCI “Fuel Consumption Indicator” è ottenuto dal rapporto tra il consumo di combustibile F_C, espresso in l/h, per unità di potenza installata P_T, in kW e di velocità v in nodi.

La scelta di definire due indici è legata alla necessità di stabilire da un lato quale sia il fabbisogno energetico espresso ad ogni imbarcazione in ordine all’attività svolta, dall’altro il quantitativo di combustibile richiesto dalla stessa imbarcazione per soddisfare tale fabbisogno. Tanto più gli indici ECI ed FCI sono elevati tanto meno efficiente è il peschereccio. La standardizzazione degli indici per potenza e per velocità può consentire un primo approssimativo confronto tra due imbarcazioni allo scopo di individuare quelle differenze sia nell’architettura che nella modalità di esecuzione delle operazioni di pesca.

Imbarcazioni monitorate

Gli audit hanno coinvolto imbarcazioni che svolgono la pesca a strascico e la pesca volante a coppia. Con riferimento all’International Standard Statistical Classification of Fishing Gear della FAO, le imbarcazioni che svolgono la pesca a strascico sono state indicate con l’acronimo OTB (Bottom Otter Trawlers), mentre per la pesca volante a coppia si è adoperato l’acronimo PTM (Midwater pair trawls).

STRUMENTAZIONE DI MISURA

Il kit di misurazione si compone di due flussimetri, un ricevitore GPS, un misuratore di portata e pressione idraulica, un voltmetro, un amperometro, un dinamometro ed un torsiometro.

 Misura del consumo di carburante

La misurazione del consumo di combustibile è effettuata adoperando due flussimetri posti rispettivamente sulla mandata e sul ritorno del gasolio dal motore principale. Il consumo effettivo di combustibile è determinato dalla differenza delle due portate misurate.

 Misura della rotta, posizione e velocità

Mediante l’utilizzo di un GPS è stato possibile registrare la posizione, la rotta e la velocità dei pescherecci durante tutta la durata delle attività in mare. I dati di navigazione hanno particolare importanza per l’analisi dei dati e per la ricostruzione della giornata di lavoro: in particolare la velocità della nave è fondamentale in tutte le considerazioni energetiche.

 Misura della potenza oleodinamica

Il sistema di misura è formato da un corpo metallico su cui sono installati due sensori: un flussimetro volumetrico ed un sensore di pressione piezoelettrico. Il blocco viene inserito nel circuito oleodinamico subito a valle della pompa. Il flussimetro è messo in rotazione dal deflusso dell’olio idraulico e la velocità di rotazione è proporzionale alla misura della portata volumetrica del fluido. Le misure di pressione e di portata del circuito oleodinamico sono acquisite tramite un’unità centrale portatile o datalogger, che registra automaticamente i dati ad un rate di 1 ciclo/secondo.

 Misura della potenza elettrica

La tensione è nota dai quadri della strumentazione di bordo presenti in plancia di comando, mentre la corrente è stata misurata mediante l’utilizzo di pinze amperometriche assimilabili ad un trasformatore con nucleo ferromagnetico La corrente presente nel cavo produce una forza elettromotrice indotta proporzionale alla corrente stessa. I dati di potenza elettrica ed oleodinamica sono acquisiti tramite un’unità centrale portatile

 Misura della potenza propulsiva

L’apparato propulsivo provvede a generare, mediante la rotazione dell’elica, la spinta necessaria per l’avanzamento dell’imbarcazione. Il sistema di propulsione è l’utente energetico più importante, nel senso che richiede la maggior parte dell’energia prodotta dal peschereccio durante tutte le fasi che compongono l’attività di pesca.

RISULTATI

Le analisi svolte hanno permesso di caratterizzare il profilo energetico delle imbarcazioni monitorate. Per ogni fase operativa (traino e navigazione), è stato possibile individuare i consumi energetici e di carburante imputabili alla propulsione, agli utenti elettrici ed oleodinamici. Il profilo energetico delle imbarcazioni per ognuna delle due principali fasi operative è definito attraverso i due indici di prestazione energetica (ECI e FCI), oltre alla valutazione dell’andamento della potenza sviluppata (PD) e del consumo di carburante (FC).

Valutazioni energetiche durante la fase di pesca

Nel diagramma relativo alla fase di pesca sono rappresentati i risultati delle imbarcazioni le quattro grandezze energetiche , Energy Consumption Indicator (ECI), Fuel Consumption Indicator (FCI), potenza all’asse (Power Delivered, PD) e consumo di carburante (Fuel Consumption, FC), in funzione della forza di traino (Total Towing Force, TTF).

Tutte le imbarcazioni della volante a coppia (clusters tipo PTM) sono solite svolgere la fase di traino adottando due differenti velocità, in dipendenza delle caratteristiche del fondale dove si effettuano le cale. Per questo motivo i parametri energetici, (ECI, FCI, PD, FC) sono rappresentati da due aree vicine ma distinte tra loro. Il cluster PTM2 sviluppa la maggiore quantità di potenza, con circa 600 kW a cui corrisponde una forza di traino di circa 7500 kgf.

Tra le imbarcazioni che operano la pesca a strascico (clusters tipo OTB) si può notare come per uno stesso intervallo di forza e di velocità di traino, la potenza che il motore di propulsione deve erogare è variabile da circa 200 kW a più di 350 kW. Tali differenze sono da attribuire alle caratteristiche idrodinamiche degli attrezzi da pesca.

La richiesta di potenza determina un analogo trend nel consumo di combustibile (FC). Le imbarcazioni che operano la pesca a volante (PTM) dimostrano di essere più esigenti dal punto di vista del fabbisogno di carburante, mentre lo strascico può operare con volumi di consumo di carburante inferiori.

Valutazioni energetiche durante la fase ditrasferimento

Durante la navigazione il comandante imposta una velocità risultante dal compromesso tra la necessità di raggiungere nel minor tempo possibile la zona di pesca o il porto e la necessità di non sovraccaricare il motore e di contenere quindi i consumi. A determinare il fabbisogno di potenza durante la fase di navigazione è principalmente la velocità. Nel diagramma relativo alla fase di trasferimento sono riportate le grandezze energetiche PD, FC, ECI e FCI in funzione della velocità di navigazione. La potenza erogata al variare della velocità cresce con andamento esponenziale ed esponente variabile.

Osservando l’andamento degli indici energetici si può notare che le imbarcazioni che operano la pesca “volante a coppia” (PTM) hanno un trend simile, sia per l’ECI che per l’FCI. I clusters OTB1 e OTB2 hanno un diverso trend per quanto riguarda l’ECI, mentre hanno uno stesso consumo di carburante per unità di potenza (FCI). Ciò fa ritenere che OTB2, nonostante abbia un consumo energetico maggiore rispetto a OTB1, esso abbia un consumo di carburante più efficiente in quanto i due gruppi hanno un simile FCI.

Analizzando insieme i grafici relativi a PD e FC si può notare come PTM2 abbia una tra le maggiori richieste di potenza, ma i suoi consumi, in funzione della velocità, si mantengano contenuti rispetto alle altre imbarcazioni/gruppi. Ciò è confermato anche dall’analisi del diagramma FCI, nel quale PTM2 si mantiene a valori medi per tutto il campo di velocità preso in considerazione. Ciò porta a supporre che durante la fase di navigazione gli apparati propulsivi di queste imbarcazioni esprimano migliori prestazioni rispetto alle altre.

Confronto delle prestazioni energetiche

Il lavoro svolto durante il progetto e-Audit ha portato come risultato finale alla determinazione del profilo energetico di un peschereccio in condizioni standard di lavoro. Al termine del processo di auditing è stato rilasciato un certificato con l’indicazione dei consumi e la relativa classificazione. Con questo attestato energetico o “Attestato di certificazione energetica” si è potuto stabilire in valore assoluto il livello di consumo del peschereccio inserendolo in una apposita classe di appartenenza. Più è bassa la lettera associata al peschereccio e minore è il suo consumo in termini energetici. L’attribuzione di una classe (dalla A, migliore alla G, peggiore) faciliterà la lettura e la comprensione.
Le imbarcazioni più efficienti risultano essere appartenenti al cluster OTB2, seguite da OTB3, mentre le imbarcazioni più efficienti che praticano la pesca “volante a coppia”, sono quelle del cluster PTM2, che occupa la terza posizione (rank). Al contrario le imbarcazioni meno efficienti sono quelle del gruppo PTM3, per le quali sono stati riscontrati consumi energetici relativamente bassi in rapporto al consumo di carburante misurato. Ciò porta a ritenere che le maggiori inefficienze siano imputabili ad un apparato propulsivo non ottimizzato per l’attività di pesca svolta.

Il confronto tra le classi di merito è utile non solo per determinare in assoluto le imbarcazioni più efficienti, quanto per analizzare le differenze tra imbarcazioni della stessa tipologia o per tentare di individuare spunti che possano suggerire interventi atti alla mitigazione del profilo energivoro.

Analizzando i diagrammi in forma di grafo radar relativi agli ECI durante la fase di traino, il consumo energetico della pesca volante, rapportato alla potenza installata, non è significativamente diverso da quello della pesca a strascico. Al contrario il consumo di carburante della volante, rapportato alla potenza installata, risulta significativamente superiore rispetto allo strascico. Ciò porta a ritenere che le imbarcazioni che operano la pesca volante a coppia sono caratterizzate da un sovradimensionamento della potenza installata in quanto presentano un maggiore consumo, rispetto alla pesca a strascico, a parità di fabbisogno energetico. Una situazione analoga si ha durante la fase di navigazione. Infatti, confrontando gli indici di consumo di carburante (FCI) si nota che le imbarcazioni che operano la pesca volante sono significativamente più esigenti di quelle a strascico, mentre il fabbisogno energetico (ECI) non è significativamente diverso fra le due tecniche di pesca, nonostante in generale esso sia inferiore rispetto alla fase di traino.

CONCLUSIONI

Lo stato dell’arte della flotta peschereccia marchigiana ha rilevato un importante livello di obsolescenza. Molte delle imbarcazioni monitorate sono in esercizio da più di vent’anni e questa obsolescenza è spesso accompagnata da un’inefficienza dal punto di vista degli utenti energetici. Il grado di efficienza energetica determina la misura in cui le imprese possono sopravvivere in questa particolare situazione.

La mitigazione del profilo energivoro dell’imbarcazione da pesca è il risultato della valutazione del contesto energetico all’interno del quale quella imbarcazione si trova. Il mantenimento di un adeguato grado di efficienza energetica è la chiave per contenere i costi di gestione dell’impresa di pesca. Tale mantenimento è subordinato all’adozione di un approccio metodico alla “questione energetica”.

In un contesto nel quale non è possibile rinnovare la flotta peschereccia, per la mancanza dell’appoggio finanziario e per le attuali restrizioni regolamentarie, è necessario istituire un costante monitoraggio dei consumi energetici allo scopo di contenere l’evolversi dell’obsolescenza e l’incremento dell’inefficienza energetica.

Un continuo monitoraggio consente di individuare possibili situazioni di inefficienza, le quali andrebbero poi analizzate per predisporre eventuali interventi migliorativi. Un tale approccio metodologico richiede un protocollo di analisi che possa interpretare i flussi energetici che interessano l’imbarcazione, mediante l’adozione di opportuna strumentazione di misura. L’Audit energetico è la concretizzazione di tale approccio sistematico. Esso si configura come lo strumento idoneo alla definizione del profilo energetico dell’imbarcazione.

Il protocollo di Audit Energetico messo a punto nell’ambito di questa ricerca è risultato essere mirato ed appropriato all’attività svolta dalle navi da pesca. Questa considerazione è supportata dal fatto che sia stato possibile definire con completezza la prestazione energetica dell’imbarcazione, avendo potuto tenere conto di tutti i parametri dinamici e meccanici che concorrono alla definizione dei consumi energetici.

Dai risultati ottenuti è emerso che l’apparato propulsivo risulta l’utente maggiormente energivoro, seguito dagli utenti elettrici e da quelli oleodinamici. Gli utenti oleodinamici hanno dimostrato bassi consumi energetici soprattutto per il fatto che essi sono adoperati per brevi periodi di tempo, ad esempio durante il salpamento della rete attraverso i verricelli e per alimentare alcune pompe di servizio in alcuni momenti della giornata lavorativa.

La definizione dei profili energetici va considerata come un lavoro di definizione dello start point da cui partire per determinare il contributo di ogni ammodernamento. È opportuno che le imbarcazioni monitorate che decidano di apportare delle modifiche ad uno o più utenti energetici valutino da un punto di vista tecnico-economico l’opportunità di quell’intervento e poi verifichino mediante un Audit energetico ex-post la corrispondenza dei risultati ottenuti con quelli attesi.

Tale considerazione fa ritenere utile proseguire con la definizione dei profili energetici delle imbarcazioni della flotta marchigiana al fine di costituire una baseline utile per successive valutazioni e per definire lo A seguito dei chiarimenti forniti, alcuni pescatori ad esempio hanno deciso di apportare delle modifiche all’elica di propulsione, sostituendo l’attuale con una più adeguata alla fase di pesca. Altri hanno modificato l’attrezzo da pesca poiché dai risultati mostrati relativamente alla forza di traino ed al rendimento dell’apparato propulsivo hanno supposto che la rete non fosse adeguatamente dimensionata. Tutti i pescatori che hanno apportato delle modifiche alle proprie imbarcazioni hanno richiesto un secondo Audit per valutare l’effettivo miglioramento ottenuto.stato dell’arte sotto il punto di vista energetico della stessa flotta. Risulterà utile, inoltre, approfondire ulteriormente le indagini energetiche svolte per consolidare i profili energetici già definiti.