Drives per propulsione elettrica nel settore Navale

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 (PTO/PTI), 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.

I convertitori di frequenza hanno un ruolo chiave nell'ibridazione e nell'integrazione e offrono risposte per il settore navale e offshore, sempre alla ricerca di modi per ridurre il consumo di gasolio e ridurre al minimo 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. Molti tipi di imbarcazione, dai piccoli traghetti 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 elettrica

L'ibridizzazione sfrutta i convertitori di frequenza come tecnologia per la conversione di potenza e per la tecnologia grid converter. I convertitori di frequenza 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”.

Riscontri sicuri e progetti riusciti di navi ibride hanno dimostrato che, utilizzando soluzioni energetiche multi-fonte per alimentare le navi, è possibile ridurre i consumi di carburante del 20–30% 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 sfruttare effettivamente potenza 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.

Una manovrabilità precisa in tutti i mari è ciò che si desidera da un propulsore ed è ciò che offrono i convertitori di frequenza Danfoss, con le loro elevate capacità di coppia e prestazioni rapide e precise.

Di norma, le eliche controllate dai convertitori di frequenza Danfoss a velocità variabile e passo fisso sono più efficienti dal punto di vista energetico del 20–30% rispetto alle eliche a passo variabile a velocità fissa, che sprecano circa il 20% della potenza a spinta zero.

Le eliche a velocità variabile a frequenza controllata utilizzano il 50% di energia in meno rispetto alle eliche idrauliche a velocità variabile. La necessità di una speciale funzione di preriscaldamento del motore elimina la necessità di un riscaldatore anticondensa.

I propulsori a sterzo elettrico azimuth offrono un controllo più preciso e rispondono più rapidamente di un sistema di sterzo idraulico. Insieme ai convertitori di frequenza sono sempre utilizzati almeno due motori paralleli. Se una combinazione si ferma, il sistema di comando continua a funzionare.

Con il controllo a velocità variabile, è possibile ottenere un posizionamento accurato del timone, consentendo un preciso sistema di controllo analogico. Nella scatola guida a pale rotanti con pompe idrauliche reversibili, utilizza un inverter VLT® o VACON® per cambiare velocità e direzione e risparmierai energia, poiché esso entra in funzione solo quando l'imbarcazione cambia rotta.