Των Παύλο Σκλαβούνου*, Νίκο Μαζαράκη** και Δημήτρη Κάτσανου***

Ο κλάδος της ναυτιλίας εισέρχεται πλέον σε μία νέα εποχή λόγω των πολιτικών που εφαρμόζονται με γνώμονα τον περιορισμό των εκπομπών των θερμοκηπικών αερίων. Νέες πράσινες τεχνολογίες δημιουργούνται έτσι ώστε τα πλοία να συμμορφώνονται με τους περιορισμούς των εκπομπών. Συστήματα στροφείων Flettner, συστήματα λίπανσης αέρα, προγράμματα βελτιστοποίησης πορειών και συστήματα αυτομάθησης και συλλογής δεδομένων είναι μερικές από αυτές τις τεχνολογίες.

Η αρχή λειτουργίας των στροφείων Flettner πάνω σε κατακόρυφες ράγες βασίζεται στο αεροδυναμικό φαινόμενο Magnus το οποίο έχει μελετηθεί διεξοδικά. Τα στροφεία παράγουν ενέργεια ώθησης και καθαρή πρόωση όταν ο φαινόμενος άνεμος πνέει υπό γωνία σε σχέση με τον άξονα του πλοίου, με άλλα λόγια συμπεριφέρονται ως πανιά, παρά το γεγονός ότι το σχήμα τους είναι εντελώς διαφορετικό από την εικόνα που έχουμε για τα κλασικά πανιά σε ένα ιστιοφόρο. Συγκριτικά, η χημική ενέργεια στα ορυκτά καύσιμα υφίσταται δύο κύκλους μετατροπής, προτού παράξει καθαρή ενέργεια πρόωσης, η πρώτη από τον πετρελαιοκινητήρα με τυπική απόδοση 40% και η δεύτερη από την προπέλα με τυπική απόδοση 65%. Ως εκ τούτου, μόνο το 25% της χημικής ενέργειας που περιέχεται στο καύσιμο μετατρέπεται τελικά σε καθαρή ενέργεια πρόωσης. Με βάση τα δεδομένα κατανάλωσης καυσίμων που συλλέγονται στα πλοία, η εξοικονόμηση καυσίμου κατά 20-35% είναι μία ρεαλιστική εκτίμηση όταν τοποθετηθούν 4 στροφεία σε ένα πλοίο. Η ώθηση του στροφείου είναι συνάρτηση της διαμέτρου (3-5m), του ύψους (20-30m) και της ταχύτητας περιστροφής του, αλλά και της ταχύτητας του ανέμου και του πλοίου. Η παραγόμενη ισχύς μεγιστοποιείται με τη βέλτιστη επιλογή της ταχύτητας περιστροφής τους. Σε περιπτώσεις κακοκαιρίας συνοδευόμενης από υψηλές εντάσεις ανέμου, η ανθεκτικότητα των στροφείων είναι εξαιρετικά μεγάλη λόγω της συμπαγούς γεωμετρίας τους αλλά και της σταθερής στήριξης τους στο κατάστρωμα του πλοίου.

Ωκεάνιοι άνεμοι

Η εξοικονόμηση στην κατανάλωση που μπορεί να συνεισφέρει η χρήση των στροφείων εξαρτάται τόσο από τη διεύθυνση όσο και από την ένταση του ανέμου. Χάρη στα παγκόσμια μοντέλα πρόγνωσης καιρού αλλά και στις δορυφορικές παρατηρήσεις πάνω από τους ωκεανούς, έχουμε πρόσβαση σε πλήθος ανεμολογικών στοιχείων τα οποία, εταιρίες καιρού όπως η StormGeo τα επεξεργάζονται και τα διαθέτουν σε κάθε ενδιαφερόμενο. Έτσι είμαστε σε θέση να υπολογίσουμε με ακρίβεια την εξοικονόμηση που θα παρέχουν τα στροφεία κατά μήκος μίας πορείας, ενώ η συνδυαστική χρήση προγραμμάτων καιρικής πλοήγησης (πχ. Bon Voyage System) ή συμβουλευτικών υπηρεσιών πλοήγησης RAS (Routing Advisory Service) μπορούν να αυξήσουν ακόμα περισσότερο την συνολική εξοικονόμηση καυσίμων. Ο άνεμος πάνω από τις τεράστιες ωκεάνιες περιοχές αποτελεί μία αστείρευτη πηγή ενέργειας, σημαντικά μεγαλύτερη από τον αντίστοιχη πάνω από τη στεριά, καθώς λόγω των μειωμένων τριβών η ταχύτητα του ανέμου πάνω από μία θαλάσσια επιφάνεια είναι πολύ μεγαλύτερη συγκριτικά με μία ηπειρωτική περιοχή.

Πίνακας 1

Ο πίνακα 1 δείχνει για τριάντα επιλεγμένες θέσεις που απεικονίζονται στην εικόνα 1, την ένταση του ανέμου σε κόμβους, σε ύψος 30 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας για την περίοδο Ιανουάριος 2015 – Δεκέμβριος 2017 (3 χρόνια). Έχει υπολογιστεί η μέση τιμή, η μέγιστη και και τα τεταρτημόρια Q1, Q2, Q3 τα οποία αντιστοιχούν στις τιμές ταχύτητας ανέμου τις οποίες ξεπερνούν το 75%, 50% και 25% αντίστοιχα, των μετρήσεων στην εν λόγω περιοχή. Για παράδειγμα στο σημείο 12 που γεωγραφικά βρίσκεται στο Cape Town, η μέση ένταση του ανέμου για την περίοδο μελέτης είναι 16.9 KT , η μέγιστη ένταση που παρατηρήθηκε είναι 52.1 KT, ενώ το 25% των τιμών της έντασης του ανέμου ήταν μεγαλύτερο από 21.6 ΚΤ. Τα ανεμολογικά δεδομένα προέρχονται από τον οργανισμό Copernicus

Ο πίνακας 1 δείχνει για τριάντα επιλεγμένες θέσεις που απεικονίζονται στην εικόνα 1, την ένταση του ανέμου σε κόμβους, σε ύψος 30 μέτρων πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας για την περίοδο Ιανουάριος 2015 – Δεκέμβριος 2017 (3 χρόνια). Έχει υπολογιστεί η μέση τιμή, η μέγιστη και και τα τεταρτημόρια Q1, Q2, Q3 τα οποία αντιστοιχούν στις τιμές ταχύτητας ανέμου τις οποίες ξεπερνούν το 75%, 50% και 25% αντίστοιχα, των μετρήσεων στην εν λόγω περιοχή. Για παράδειγμα στο σημείο 12 που γεωγραφικά βρίσκεται στο Cape Town, η μέση ένταση του ανέμου για την περίοδο μελέτης είναι 16.9 KT , η μέγιστη ένταση που παρατηρήθηκε είναι 52.1 KT, ενώ το 25% των τιμών της έντασης του ανέμου ήταν μεγαλύτερο από 21.6 ΚΤ. Τα ανεμολογικά δεδομένα προέρχονται από τον οργανισμό Copernicus

Στον πίνακα 1 έχουμε υπολογίσει για τρία έτη (2015-2017) σε 30 διαφορετικά σημεία κατά μήκος της πορείας που φαίνεται στο σχήμα 1, που αποτελεί μία κλασική διαδρομή για φορτηγά πλοία, τη μέση και μέγιστη ταχύτητα του ανέμου σε κόμβους, σε ύψος 30 μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας. Επίσης έχουμε υπολογίσει και τα τεταρτημόρια Q1, Q2, Q3 τα οποία αντιστοιχούν στις τιμές ταχύτητας ανέμου τις οποίες ξεπερνούν το 75%, 50% και 25% αντίστοιχα, των μετρήσεων στην εν λόγω περιοχή. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η μέση ένταση του ανέμου στα περισσότερα σημεία είναι πάνω από 14 κόμβους, δηλαδή πολύ κοντά στο όριο των 17 κόμβων που είναι η διαχωριστική τιμή μεταξύ των 4 και 5 μποφόρ. Οι πιο χαμηλές τιμές παρατηρούνται κοντά στον ισημερινό (σημεία 25 – 30) όπως αναμενόταν αλλά σε όλα τα υπόλοιπα σημεία, τόσο στο Ν. Ατλαντικό (σημεία 1 – 13) όσο και στον Ινδικό (σημεία 14 – 24), η μέση ένταση του ανέμου είναι ικανή να δώσει εξαιρετική ενέργεια στα στροφεία, η οποία μεγιστοποιείται με τη δυναμική ρύθμιση των στροφών τους καθώς η ταχύτητα του ανέμου αυξομειώνεται, γύρω από τη μέση τιμή της.

Εικόνα 1

Οι υπολογισμοί της έντασης του ανέμου (Πίνακας 1) έγιναν κατά μήκος μία τυπικής πορείας για ένα φορτηγό πλοίο από την Αργεντινη στην Σιγκαπούρη και επιλέχθηκαν 30 διαφορετικά σημεία. Για τη χάραξη της πορείας χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Bon Voyage System.

Οι υπολογισμοί της έντασης του ανέμου (Πίνακας 1) έγιναν κατά μήκος μία τυπικής πορείας για ένα φορτηγό πλοίο από την Αργεντινη στην Σιγκαπούρη και επιλέχθηκαν 30 διαφορετικά σημεία. Για τη χάραξη της πορείας χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Bon Voyage System.

Επένδυση σε στροφεία – επιχειρήματα υπέρ και κατά

Δύο είναι τα επιχειρήματα που συχνά χρησιμοποιούνται κατά των επενδύσεων σε στροφεία Flettner:

  • Διαφορετικά κίνητρα μεταξύ εφοπλιστών και ναυλωτών. Όταν οι ναυλωτές πληρώνουν το κόστος των καυσίμων οι πλοιοκτήτες δεν έχουν κάποιο οικονομικό όφελος από την τοποθέτηση στροφείων. Από την άλλη, οι ναυλωτές δεν έχουν το κίνητρο να επενδύσουν σε μία τεχνολογία της οποίας ο χρόνος αποπληρωμής είναι μεγαλύτερος από τον συνολικό χρόνο της ναύλωσης.
  • Η έλλειψη ανέμου σε κάποιες πορείες λόγω εποχικών για παράδειγμα αιτιών ίσως να μη δικαιολογεί την επένδυση σε στροφεία, όταν ο χρόνος αποπληρωμής της επένδυσης στη spot αγορά είναι μεγάλος.

Τα παραπάνω δύο επιχειρήματα αντισταθμίζονται ως ακολούθως:

  • Τα στροφεία μπορούν να σχεδιαστούν με τέτοιο τρόπο ώστε να αφαιρούνται από το πλοίο. Για παράδειγμα εάν η προβλεπόμενη ένταση του ανέμου σε ένα ταξίδι είναι ικανοποιητική, με βάση τις προγνώσεις και τα κλιματικά δεδομένα (εάν το ταξίδι ξεπερνάει σε διάρκεια τις 16 ημέρες, που είναι το μέγιστο χρονικό παράθυρο της πρόγνωσης), τα στροφεία μπορούν να τοποθετηθούν σε ένα φορτηγό πλοίο μόνο για το συγκεκριμένο ταξίδι. Αφού το πλοίο φτάσει στον προορισμό του τα στροφεία αφαιρούνται και αποθηκεύονται στο χώρο του λιμένος, ώστε να χρησιμοποιηθούν σε επόμενο ταξίδι από άλλο πλοίο. Με άλλα λόγια αντί το πλοίο να προμηθεύεται μόνο ορυκτό καύσιμο θα μπορεί κατά κάποιο τρόπο να προμηθεύεται και «αιολικό καύσιμο». Με αυτό τον τρόπο απαλλάσσεται ο επενδυτής (ναυλωτής ή πλοιοκτήτης) από το χρονικό περιορισμό της απόσβεσης, καθώς τα στροφεία προστίθενται ή αφαιρούνται από το πλοίο κατά το δοκούν.
  • Η επένδυση στην αγορά των στροφείων μπορεί να πραγματοποιηθεί εκτός από ναυλωτές και πλοιοκτήτες και από τρίτους επενδυτές, για παράδειγμα ένα ιδιωτικό επενδυτικό κεφάλαιο, το οποίο θα μπορούσε να διαθέτει ένα απόθεμα στροφείων διαθέσιμο σε ένα στόλο εμπορικών πλοίων. Ο επενδυτής σε αυτή την περίπτωση θα έχει για κέρδος την εξοικονόμηση στην κατανάλωση από την χρήση των στροφείων, η οποία μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια. Η ισχύς πρόωσης που παρέχεται από κάθε στροφείο είναι το αποτέλεσμα της ώθησής του και μπορεί να εκτιμηθεί από μετρητικές διατάξεις στη βάση του στροφείου και την ταχύτητα του πλοίου. Η ενέργεια που παρέχεται από τα στροφεία σε kWh είναι το αποτέλεσμα της καταγεγραμμένης ισχύος πρόωσης σε συνάρτηση με τη συνολική διάρκεια του ταξιδιού. Εναλλακτικά, το κέρδος του επενδυτή για ένα συγκεκριμένο πλοίο και ταξίδι, μπορεί να διαμοιραστεί με τον πλοιοκτήτη και το ναυλωτή της εκάστοτε ναύλωσης, δημιουργώντας έτσι ένα κοινό επενδυτικό κίνητρο μεταξύ των εμπλεκόμενων μερών. Στη συνέχεια δίνουμε μία πληρέστερη περιγραφή της οικονομικής απόδοσης της επένδυσης δημιουργίας αποθέματος στροφείων.

Απόδοση επένδυσης δημιουργίας αποθέματος στροφείων

Ας υποθέσουμε ότι ένα φορτηγό πλοίο χωρητικότητας 30,000 dwt καταναλώνει 25 mt καυσίμου ανά ημέρα και είναι εξοπλισμένο με 4 στροφεία καθ’ όλη τη διάρκεια ενός ταξιδιού. Σύμφωνα με τα διαθέσιμα στοιχεία η ελάχιστη εξοικονόμηση στην κατανάλωση καυσίμου μπορεί να φτάσει το 20%. Εάν η τιμή του καυσίμου είναι $500 ανά τόνο, αυτό μεταφράζεται σε $2.500 ανά ημέρα ή $912.600 ανά έτος. Εάν το κόστος της εγκατάστασης κάθε στροφείου είναι 500.000 δολάρια, το συνολικό κόστος των 2 εκατ. δολαρίων που απαιτείται, ίσως να μην είναι ελκυστικό για μία μεμονωμένη επένδυση από έναν πλοιοκτήτη ή ναυλωτή, καθώς ο χρόνος απόσβεσης της επένδυσης φτάνει τα 2,2 χρόνια. Εάν όμως η απόκτηση των στροφείων είναι προσωρινή και αφορά στόλο πλοίων τότε η καθαρή απόδοση είναι εξαιρετικά μεγάλη.

Το επενδυτικό ρίσκο της επένδυσης σε στροφεία προκύπτει από την μεταβλητότητα της έντασης των ανέμων και την ακριβή πρόγνωση της. Παρόλα αυτά η μεταβλητότητα της χρηματικής απόδοσης της επένδυσης σε στροφεία περιορίζεται σημαντικά όταν αυτά χρησιμοποιηθούν σε ένα στόλο πλοίων τα οποία πλέουν σε διάφορες ωκεάνιες περιοχές, με διαφορετικά και ανεξάρτητα καθεστώτα ταχύτητας του ανέμου. Πιο συγκεκριμένα, η μεταβλητότητα του συνολικού αθροιστικού κέρδους που προκύπτει από ένα στόλο πλοίων μειώνεται αντιστρόφως ανάλογα με την τετραγωνική ρίζα του αριθμού των εξοπλισμένων με στροφεία πλοίων, σαν συνέπεια μίας βασικής αρχής της στατιστικής (central limit theorem). Υποθέτοντας ένα μέσο σταθμικό κόστος κεφαλαίου (Weighted Average Cost of Capital – WACC) 7% και διάρκεια ζωής για κάθε στροφείο τα 30 έτη, η καθαρή απόδοση της επένδυσης για ένα πλοίο εξοπλισμένο με 4 στροφεία φτάνει τα 9,3 εκατομμύρια δολάρια. Με άλλα λόγια το καθαρό κέρδος ανά στροφείο φτάνει τα 2.3 εκατομμύρια δολάρια, ποσό το οποίο είναι 4 φορές μεγαλύτερο από το κόστος αγοράς του στροφείου, και αντιστοιχεί σε εσωτερικό δείκτη απόδοσης (Internal Rate of Return – ΙRR) 45%. Συνδυάζοντας τα στατιστικά στοιχεία για την ταχύτητα του ανέμου με συστήματα πρόγνωσης που βασίζονται στη μηχανική μάθηση (machine learning forecasts), το επενδυτικό ρίσκο δημιουργίας αποθέματος στροφείων μπορεί να υπολογιστεί ποσοτικά και να τιμολογηθεί αναλογικά οδηγώντας έτσι σε μείωση του WACC και αύξηση της αξίας της επένδυσης, ενώ δεν πρέπει να παραβλέπουμε το άμεσο όφελος στο περιβάλλον από τα πλοία που χρησιμοποιούν τη συγκεκριμένη τεχνολογία.

* Professor of Mechanical Engineering and Naval Architecture, Massachusetts Institute of Technology pauls@mit.edu
** Client Relation and General Office Manager, StormGeo Greece AS, Nikos.Mazarakis@stormgeo.com
*** Senior Research Scientist, National Observatory of Athens – IERSD, katsanos@noa.gr

Φωτο: Blue Planet Shipping

isalos.net