Domande frequenti...

Si tratta di un'imbarcazione dotata di un sistema di propulsione che combina due o più fonti di energia: un motore a combustione interna, un motore elettrico e batterie che immagazzinano l'energia elettrica prodotta.  

L'obiettivo è ridurre i consumi e le emissioni e massimizzare il comfort, gestendo al contempo in modo efficiente la flessibilità delle diverse fonti di energia.  

Fino a qui, l'approccio è simile a quello di un'auto ibrida.  

Il mondo della propulsione navale, sebbene utilizzi soluzioni tecnologiche simili e spesso derivate dall'automotive, si basa su fenomeni fisici diversi: un'imbarcazione si muove nell'acqua grazie alla spinta dell'elica, che deve superare la resistenza opposta dallo scafo al moto e permette all'imbarcazione di avanzare tra le onde. La potenza del motore endotermico viene utilizzata sulle automobili per superare l'attrito di rotolamento degli pneumatici consetire il movimento su strada. .  

Oltre a ciò, anche l'ambiente (moto ondoso, correnti, assenza di discese e salite nel caso della navigazione) rende le due applicazioni molto diverse. La differenza più grande tra il mondo della trazione terrestre e quello navale diventa chiara: la necessità di standardizzazione contro quella di customizzazione.  

L'automobile è un prodotto che, nonostante le differenze tra case produttrice e modelli, è estremamente standardizzato, anche nell'ambito delle soluzioni ibride, con un conseguente appiattimento fisiologico delle prestazioni.  

Il mondo marino in generale, e la nautica da diporto in particolare, è caratterizzato da un'enorme variabilità di applicazioni: soluzioni tecniche, potenze, geometrie e profili operativi molto diversi caratterizzano uno yacht open di 5 metri con motore fuoribordo rispetto a uno yacht di 80 metri con propulsori azimutali.  

Questa variabilità implica, per ogni applicazione e profilo operativo, la necessità di progettare una soluzione di propulsione dedicata. .  

La propulsione ibrida marina si divide quindi in due macro-categorie: propulsione ibrida parallela e propulsione ibrida seriale.  

I sistemi di propulsione ibrida parallela prevedono che sia il motore diesel sia il motore elettrico siano collegati direttamente all'elica. L’imbarcazione  può quindi essere spinta esclusivamente dal motore diesel, esclusivamente dal motore elettrico o da una combinazione di entrambi. Questa è anche la configurazione più comune nel settore automobilistico.  

Un sistema ibrido seriale prevede invece la produzione di energia elettrica da un motore diesel accoppiato a un generatore: in combinazione con un sistema di accumulo dienergia (batterie), il generatore fornisce energia al motore elettrico, l'unico componente collegato all'elica.  

Le batterie convertono l'energia chimica in energia elettrica contenendo una o più celle che immagazzinano energia e la trasferiscono all'esterno. Esistono diversi tipi di batterie, ognuna con le proprie caratteristiche, in grado di soddisfare esigenze specifiche in termini di dimensioni, design, temperature di esercizio e composizione chimica.  

Le batterie al litio stanno attualmente guadagnando terreno rispetto alle tradizionali e più conosciute batterie al piombo. Esistono poi le nuove batterie al sale, che possono funzionare a temperature più basse, sono atossiche e riciclabili e non presentano alcun rischio di incendio.

Le batterie al piombo-acido sono economiche e disponibili in diverse dimensioni, ma richiedono una manutenzione elevata.  

Le batterie al litio, in particolare NMC (nichel-manganese-cobalto), LFP (litio-ferro-fosfato) e LTO (litio-titanato), stanno registrando una crescita esponenziale grazie al boom della mobilità elettrica e alla loro elevata densità energetica. Queste batterie sono utilizzate per l'alimentazione di carichi ausiliari e spesso come batterie di trazione. Nonostante le loro elevate prestazioni, presentano alcuni problemi di sicurezza che devono essere risolti (in particolare dal punto di vista termico). I notevoli margini di sviluppo promettono ulteriori miglioramenti per il futuro.  

Le batterie a stato solido potrebbero risolvere molti degli attuali problemi delle batterie al litio, poiché possono avere una densità energetica ancora maggiore senza essere infiammabili. Hanno un design più compatto e flessibile, il che offre vantaggi significativi per il trasporto pesante e l'industria navale.  

Le batterie al litio-aria rappresentano una potenziale rivoluzione in quanto offrono una maggiore densità energetica. 

I Battery Management Systems (BMS) ovvero i sistemi di gestione delle batterie,sono progettatiper monitorare e gestire l'autonomia e la sicurezza del pacco batterie, controllando le tensioni, le temperature e le correnti di ogni cella.  

Il BMS rileva lo stato di carica e la capacità residua della batteria, indicando il suo stato di salute e prevenendo condizioni operative al di fuori dei limiti di sicurezza.

Sistemi di rilevamento incendi, collegati a un sistema di allarme centralizzato, forniscono una risposta immediata che garantisce la sicurezza a bordo.  

Nonostante i timori e la poca fiducia, le recenti ricerche e gli investimenti nel campo delle batterie dimostrano che è possibile una navigazione più efficiente, sicura, affidabile e sostenibile. Con batterie più sicure e sostenibili che garantiscono una maggiore autonomia per l'imbarcazione, il futuro della navigazione marittima ha tutte le carte in regola per diventare promettente, efficiente ed ecologico quanto quello del settore automobilistico.  

Il primo vantaggio di un sistema di propulsione ibrido seriale è offrire una notevole flessibilità al sistema di propulsione, ottimizzando le prestazioni dei motori diesel e migliorandone l'efficienza. Questa flessibilità è dovuta alla completa separazione tra le fonti di energia e gli utilizzatori permettendo una gestione energetica più efficiente. Fornendo maggiore indipendenza alla fonte di energia primaria, ovvero il motore diesel, perchè disaccoppiato  meccanicamente dalla linea di propulsione, questo contribuisce anche a un maggiore livello di comfort a bordo, riducendo significativamente rumore e vibrazioni.  

Tuttavia, l'adozione di questo tipo di sistema ha un impatto considerevole sul costo complessivo dell'imbarcazione: più il sistema è complesso, maggiore è il livello di progettazione necessario per renderlo il più completo ed efficiente possibile, in linea con le esigenze e i requisiti dell'imbarcazione.  

L'investimento iniziale sarà quindi più elevato rispetto a quello di un sistema di propulsione tradizionale.  

La sfida diventa ancora più grande per il team Hybrid and Electric Solutions di VULKAN quando si discute dell'implementazione di una propulsione ibrida seriale su un’imbarcazione  esistente.  

In queste situazioni, gli esperti di VULKAN devono considerare attentamente il layout esistente, i pesi e le dimensioni relative dei macchinari, gli spazi disponibili e le tecnologie già in uso.  

Immaginiamo di navigare su un'imbarcazione con un profilo operativo variabile, su cicli temporali brevi, con frequenti fasi di accelerazione e decelerazione: le grandi imbarcazioni da diporto (superyacht di oltre 60 metri), le navi da trasporto passeggeri (navi da crociera) o le imbarcazioni da lavoro sono l'esempio perfetto in cui la propulsione ibrida seriale è la soluzione più adatta.  

La situazione cambia (e in modo significativo) quando si tratta di unità medio-piccole, dove lo spazio disponibile è limitato, le ore di funzionamento annuali raramente raggiungono valori elevati (5.000 ore) e il comfort e il relax sono le priorità dell'utente.  

Nei sistemi di propulsione ibridi paralleli (in cui il motore elettrico condivide lo stesso asse del motore diesel), sia la configurazione in linea che quella parallela (dove l'albero del motore elettrico è “secondario” rispetto all'albero di propulsione) presentano caratteristiche e implicazioni diverse. 

La configurazione in linea offre i seguenti vantaggi:  

• Compattezza e leggerezza, ideali per spazi limitati a bordo  
• Robustezza e affidabilità del sistema che garantiscono prestazioni costanti nel tempo.  
• Grazie alla modularità, ottenuta attraverso la standardizzazione dei componenti ibridi, e alla progettazione elettrica avanzata  conforme ai più elevati standard industriali, viene aggiuntoun ulteriore livello di sicurezza.  
• La personalizzazione consente soluzioni su misura, combinando motori diesel di varie potenze con motori elettrici adatti alle esigenze specifiche del progetto e del cliente.  
• La flessibilità del pacchetto lo rende ideale sia per le imbarcazioni da diporto che per quelle commerciali.  

D'altra parte, la configurazione parallela (con “albero secondario”) è caratterizzata da una maggiore flessibilità nella gestione del rapporto di riduzione tra la macchina elettrica e l'albero dell'elica, consentendo un’ottimizzazione dell’efficienza  del sistema di propulsione.  

La propulsion ibrida parallela  è la soluzione perfetta per le unità che richiedono la modalità elettrica a basse velocità con motori elettrici di piccola taglia   e pacchi batteria compatti. La macchina elettrica è in qualche modo collegata sulla stessa linea d'albero del motore endotermico attraverso un sistema noto come PTO/PTI (Power Take Off / Power Take In).  

Una tale configurazione avrà di conseguenza un peso complessivo maggiore, dovuto all'uso di una trasmissione meccanica aggiuntiva, oltre che di un motore elettrico. Ciò influisce sia sul consumo di carburante dell'imbarcazione che sullo spazio necessario per l'installazione.