INEMAR – Modulo Porti

1. INEMAR – Modulo Porti Alessandro Marongiu a.marongiu@arpalombardia.it

2. 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

3. 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

4. Gradi di dettaglio possibili nella stima delle emissioni dai porti Tier 1 Tier 2 Tier 3 Numero di parametri Tipo di combustibile MDO, MGO, BFO* • Consumo di combustibile Tipo di motore SSD, MSD, HSD, GT, ST* INEMAR Sulla base di valori medi Tipo di imbarcazione Portacontainer, Ro-Ro**, Passeggeri, … Fase di navigazione Manovra, Stazionamento, Crociera Tempi e fasi di navigazione • * 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)

5. 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

6. 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

7. Richiamo della metodologia Inemar05 - Guidebook2009/giu2010 Ei= jklmn Eijklmn Ei = emissione totale dell’inquinante i i =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 fasem

8. Fasi operative m

9. k i j l

10. Calcolo delle emissioni – Inemar 05 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 lnella fase m (tabella PO_FATT_EMISSIONE) Njkl = numero imbarcazioni k, con motore l e carburante j (tabella PO_NUM_MOVIMENTI)

11. Calcolo del consumo 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)

12. pmk

13. Metodologia modificata nel Guidebook 2009/giu2010 Calcolo del consumo specifico 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)

14. 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.

15. 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 combustibile j tipo di motore p fase di navigazione

16. Sjkmy È 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) Calcolo dei consumi nel Tier3 - Guidebook 2009/giu2010 Con gli indici usati in Inemar, la formula precedente diventa per il confronto con INEMAR 05: Eijklmny = tjklm •Pjk • LFkmy• FEijlmy •Njkl •10-6 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

17. l tipo motore k tipo imbarcazione m tipo fase j combustibile Stazza lorda (klj) Ckconsumo max Pkm frazione potenza Di fatto è stato utilizzato un solo Carburante j e motore l Skm consumo effettivo t/h FEkm tkm(jl) Nk(jl) Emissionek m

18. l tipo motore k tipo imbarcazione m tipo fase j combustibile y tipo inst. motore Stazza lorda (klj) PkyPotenza max LFkmy frazione potenza Elaborati tenendo conto dei motori e del carburante principalmente associati ad un certo tipo di imbarcazione Skmy consumo effettivo kW FEjlmy tkm(jl) Nk(jl) Emissionek m

19. 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

20. 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.

21. Possibili approfondimenti

22. Calcolo delle emissioni in INEMAR – struttura generale Dati attività Consumi ed FE PO_CONSUMI PO_TEMPI_NAVIGAZIONE PO_FATT_EMISSIONE PO_IMC PO_NUM_MOVIMENTI PO_FRAZ_POT × × hStaz. FEStaz. ConsumoStaz. × × Movimento1 Tipo di Imb.1 hMan. FEMan. ConsumoMan. + × × hCroc. FECroc. ConsumoCroc. 1 2 4 3 Emissioni Movimento2 Tipo di Imb.2 • Definite delle classi di imbarcazione medie sulla base di dati sulla diffusione delle differenti motorizzazioni + 1 • Calcolati come valori medi su ciascun tipo di imbarcazione Movimenton 2 • Caratteristici per tipo di imbarcazione e fase di navigazione per alcuni inquinanti (NMVOC ed NOx) 3 Per ciascun inquinante • Ottenuto tramite polinomiale, unicamente funzione della stazza della imbarcazione e frazione di potenza legata alla fase di navigazione 4

23. 1 Diffusione della tipologia di motori imbarcazioni – dati medi Guidebook 2009/giu2010 Tipo di imbarcazione • 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 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

24. 1 Caratteristiche medie delle imbarcazioni – Guidebook 2009/giu2010 Tipo di motore Tipo di combustibile • Diffusione delle differenti tipologie di motori e tipo di combustibile alimentato. • 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 • Elaborazioni su: Trozzi C. (2010). ‘Update of Emission Estimate Methodology for Maritime Navigation’, Techne Consulting report ETC.EF.10 DD, May 2010

25. 1 Tipologie di imbarcazioni in INEMAR • 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 Tipo di imbarcazione • Dati elaborati considerando le tipologie di imbarcazione di default in INEMAR e caratteristiche medie fornite dal Guidebook 2009 (agg. 2010).

26. 1 Tipologie di imbarcazioni in INEMAR Tipo di motore Tipo di combustibile • 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. • 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

27. 2 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:

28. 3 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.

29. 3 Fattori di emissione medi INEMAR 05 S Motori, combustibili × Fattori di emissione Guidebook, 2009 (agg. 2010), NOx per il 2005 Fattori di emissione medi in INEMAR evidenziati (kg/t)