Soluzioni ibride di propulsione

  • I convertitori CA svolgono una funzione essenziale nelle operazioni di ibridazione e integrazione  

    Le navi hanno bisogno di potenza per la propulsione quando operano in mare e quando attraccano in porto, oltre che per azionare le apparecchiature di bordo in qualsiasi condizione. Il 98% delle imbarcazioni è ancora alimentato a diesel. Tuttavia, le sempre più stringenti normative globali in materia di emissioni di NOx impongono la ricerca di carburanti alternativi e di altre soluzioni tecnologiche. 

    Il settore navale e offshore è impegnato a trovare modalità per ridurre i consumi di diesel e minimizzare le emissioni. Con il gas naturale liquefatto (GNL), ad esempio, è già stato fatto un passo avanti verso l'impiego di carburanti più puliti. In futuro occorrerà fare un ulteriore passo verso imbarcazioni con funzionamento esclusivamente elettrico. Nel frattempo, cantieri navali e armatori investono sempre di più nei sistemi ibridi, così da accrescere la flessibilità a livello di progettazione e installazione, ottimizzare le prestazioni operative e ridurre al minimo l'impatto ambientale. Attualmente tutti i tipi di imbarcazione, dai piccoli shuttle di linea alle mastodontiche portaerei, possono ricorrere alla tecnologia di ibridazione per conseguire maggiore efficienza ed emissioni più pulite. 

    I vantaggi sono evidenti fattori chiave per le vendite:

    • migliori prestazioni della nave
    • emissioni ridotte
    • costi operativi inferiori grazie ai minori consumi di carburante
    • costi di manutenzione ridotti rispetto ai motori diesel
    • livelli di rumore ridotti
    • migliore efficienza a lungo termine dell'impianto di alimentazione

    Funzionamento dell'ibridazione

    L'ibridazione sfrutta i convertitori di frequenza come tecnologia per la conversione di potenza e per il convertitore del sistema di distribuzione. I convertitori di frequenza VLT® e VACON® sono presenti quando la produzione di energia ibridizzata viene impiegata con i generatori, e i carichi ibridizzati sono utilizzati ad esempio nella propulsione e nelle gru.

    Le navi ibride funzionano avvalendosi di una o più fonti di energia: i motori e i generatori principali solitamente sono affiancati a un immagazzinamento dell'energia integrato sotto forma di batterie o super condensatori. Gli obiettivi sono, in primo luogo, ibridizzare l'intera produzione energetica così da agevolare l'ottimizzazione del motore principale e, in secondo luogo, ibridizzare tutti i macchinari che consumano energia in modo da ottimizzare il funzionamento della macchina.

    In ambito navale e offshore è chiaro il potenziale che si cela dietro l'uso di sistemi di alimentazione ibridi e sistemi di propulsione innovativi. Infatti, queste soluzioni consentono di ridurre le emissioni e di migliorare i consumi di carburante, allungando al contempo gli intervalli per la manutenzione e la durata del motore. Grazie alle soluzioni ibride è persino possibile ridurre le dimensioni del motore, con un risparmio sui costi dell'investimento e di spazio a bordo.

    Nella produzione di energia la flessibilità si concretizza sotto forma di "tempo". L'immagazzinamento di energia, infatti, consente alla generazione il tempo utile per reagire in maniera ottimale alle variazioni delle condizioni di carico. Sotto il profilo del carico, in questo caso il comportamento di carico non fa affidamento sulla generazione e rimane costante nel "tempo".

    Retroazioni dimostrate e target progettuali di navi ibride funzionanti hanno dimostrato che è possibile ridurre i consumi di carburante del 20–30% se per alimentare l'imbarcazione si utilizzano soluzioni energetiche multi-fonte. Puoi decidere di arrestare un motore diesel per proseguire le attività con una batteria o un generatore più piccolo, oppure di scollegare la batteria o il generatore per riavviare il motore.

    Nel caso di imbarcazioni speciali, come ad esempio rimorchiatori e navi di sostegno, per la maggior parte del tempo esse funzionano al minimo con i motori principali accesi pronti a rispondere senza che la potenza venga effettivamente impiegata per la propulsione. Grazie alle soluzioni ibride, è possibile utilizzare batterie e generatori diesel più piccoli per fornire energia alla nave quando è al minimo, funziona in standby, durante le manovre in porto oppure quando copre brevi distanze. Un approccio simile può essere adottato anche per i traghetti che vengono continuamente avviati e arrestati e percorrono rotte programmate. Per quanto riguarda il posizionamento dinamico, è possibile avvalersi delle batterie per fornire la potenza necessaria per la propulsione finché il motore principale ausiliario non viene avviato e fatto accelerare per garantire la potenza propulsiva a lungo termine.

    Propulsione elettrica
    In linea generale, è piuttosto facile convertire in una soluzione ibrida gli impianti di imbarcazioni dotate di sistemi di propulsione elettrica moderni, siano essi diesel elettrici, GNL elettrici o persino completamente elettrici. Nel migliore dei casi è sufficiente inserire un sistema di immagazzinamento elettrico parallelo per far funzionare la nave utilizzando la potenza della batteria, ad esempio nei momenti in cui è richiesta potenza di picco. In alcuni casi, invece, la soluzione ottimale consiste nell'uso della distribuzione di potenza CC al posto di o in aggiunta alla tradizionale distribuzione di potenza CA.
    Generatori ad albero
    Numerose navi a lungo raggio funzionano ancora a propulsione diesel diretta e sono prive di qualsiasi impianto a propulsione elettrica. Queste imbarcazioni possono migliorare l'efficienza e ottimizzare la potenza resa dal motore principale e le emissioni semplicemente aggiungendo un motore/generatore ad albero tra elica e motore principale. Questa soluzione, denominata Power Take Out e Power Take In, costituisce un'integrazione elettrica che rende tali navi più efficienti e le prepara all'ibridazione. Nelle imbarcazioni ibride la presenza di un motore/generatore ad albero con tecnologia del convertitore di frequenza consente il controllo ottimale dei macchinari a propulsione a diverse velocità, per un notevole risparmio energetico. 
    Alimentazione di terra

    Quando si avvalgono della tecnologia a convertitore di frequenza per le soluzioni di alimentazione di terra, le navi possono impiegare l'energia pulita proveniente dai sistemi di distribuzione locali. In questo modo, quando la nave è attraccata, è possibile spegnere completamente i generatori principali evitando inutili emissioni di NOx e carbonio e l'inquinamento acustico.

    Danfoss Drives fornisce convertitori di frequenza VLT e VACON oltre a inverter e soluzioni per la riduzione delle armoniche sotto forma di convertitori a 12 impulsi e filtri attivi.  La nostra offerta di conversione di potenza fa leva sulla tecnologia Active Front End (AFE) e sui convertitori CC-CC qualora occorra un sistema di adattamento per potenza CC. I convertitori del sistema di distribuzione si avvalgono della tecnologia Active Front End AFE con l'apposito software capace di creare e gestire il comportamento del sistema di distribuzione CA (micro sistema di distribuzione) 

    L'interfaccia di immagazzinamento elettrico/batteria/super condensatore verso un sistema di distribuzione CA o CC può ricorrere alla tecnologia del convertitore del sistema di distribuzione oppure del convertitore CC-CC in funzione della tensione presente nel sistema di distribuzione, del comportamento della tensione CC della batteria e della domanda di adattamento della tensione CC.

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