Varare navi elettriche con decine o centinaia di migliaia di tonnellate è un’impresa ardua, se non impossibile, vista la tecnologia oggi disponibile. L’elettrificazione, seppur parziale, occupa invece sempre più spazio a bordo. Lo hanno evidenziato i ricercatori del progetto V-ACCESS, focalizzato sull’elettrificazione delle navi tramite l’impiego di tecnologie innovative come superconduttori e supercondensatori. Abbiamo partecipato all’evento Electric Ship Super Storage a Trieste, con visita allo stabilimento Wärtsilä Italia, dove vengono testati i sistemi di propulsione.
Obiettivo? Un sistema ibrido di accumulo energetico (HESS)
Il progetto V-ACCESS ha superato la fase di test con lo sviluppo di un sistema ibrido di accumulo energetico (HESS) di nuova generazione, che combina la tecnologia SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage), prodotta dall’azienda ligure ASG, con i supercondensatori realizzati dagli estoni di Skeleton. Un sistema che sfrutta i superconduttori per immagazzinare energia in un campo magnetico e i supercondensatori per fornire impulsi di potenza rapidi e duraturi. «La combinazione di queste due tecnologie, a supporto delle batterie, rappresenta una forte innovazione sia in termini prestazionali sia di affidabilità per l’accumulo e il rilascio di impulsi energetici». I ricercatori, durante la visita all’ETEF (Electric Test Facility), hanno sottolineato come il sistema consente di aumentare la durata delle batterie.
Il professor Giorgio Sulligoi dell’Università di Trieste, lavora su questi temi, come abbiamo documentato (leggi), ha sottolineato come «la sinergia tra aziende e mondo universitario del progetto V – Access ha già reso tangibili i passi avanti verso una tecnologia di elettrificazione ibrida che sarà utile e necessaria non solo in ambito shipping ma in tutte le applicazioni che richiedono grandi e rapidi impulsi di energia». Riferimento all’industria energivora.
La soluzione studiata dal progetto V-ACCESS, finanziato con 5 milioni di fondi europei e con la partecipazione anche di Fincantieri, VARD, RINA, RSE, SINTEF, Università di Trieste, Genova e Birmingham e Politecnico di Milano, è ottimizzata per integrarsi con i sistemi a batteria a bordo delle imbarcazioni.
Allungare la vita delle batterie e semplificare le manovre
Matteo Tropeano, business development manager di Asg superconductors, ci ha spiegato i benefici del sistema: «La funzionalità che stiamo studiando con questi nuovi sistemi di accumulo è quella del lavorare in concomitanza con le batterie per gestire in maniera efficiente i flussi di potenza richiesti. Le batterie lavorano al meglio quando hanno delle potenze costanti ovvero si riscaldano meno, si consumano meno, si deteriorano meno». Il riferimento più specifico nel trasporto navale è relativo «agli spunti di potenza richiesti, per esempio in partenza o in frenata oppure quando si avviano dei sistemi di gru per i pescherecci. Nelle manovre le potenze impulsive sono elevate e queste portano a riscaldamenti delle batterie e degrado. Con la tecnologia che abbiamo studiato siamo in grado di fornire potenze impulsive dell’ordine di centinaia di kilowatt e megawatt in frazioni di secondo, preservando quindi in questo modo la vita media delle batterie».
La tecnologia SMES dei superconduttori è pensata per l’accumulo di energia a breve termine e ad alta potenza, indicata quindi per la modulazione di potenza e la stabilizzazione istantanea della tensione. I supercondensatori, invece, sono dispositivi di accumulo elettrostatico che offrono una rapidissima erogazione e assorbimento di potenza (alta densità di potenza) e una vita utile estremamente lunga (milioni di cicli). L’interazione “ibrida” in sinergia di queste tecnologie con le batterie tradizionali, oltre ad allungarne il ciclo di utilizzo, consente una innovativa gestione dei carichi e quindi la riduzione delle emissioni di CO2.
Più “energie” a bordo, la sfida è la loro gestione
Pietro Tricoli, docente di elettronica di potenza all’Università di Birmingham, come coordinatore tecnologico del progetto ha sottolineato: «Il dimostratore di prova di supercondensatore e SMES superconduttivo è stato testato in un ambiente operativo altamente realistico, si punta ad un livello di maturità tecnologica pari a 5, passo prodromico alle future evoluzioni legate a progetti di sviluppo e installazione di questa tecnologia a bordo nave».
Paolo Pierdomenico, direttore business development – power supply di Wärtsilä, ci ha mostrato uno schema – la foto qui sotto – con le diverse “energie” possibili a bordo. L’idrogeno? «Oltre il costo oggi c’è anche un problema di infrastrutture. Il gas sta prendendo piede anche nel settore marittimo, circa un terzo delle nuovi navi vanno a gas ma ha impiegato 20 anni per prendere il 30% del mercato». Ma c’è anche da osservare che «il gas sapevamo già come gestirlo, avevamo già l’infrastruttura». Sul full electric «ci sono delle navi soprattutto a livello fluviale con sosta per cambiare le batterie durante il tragitto, funziona un po’». Insomma «non c’è una soluzione, ci sono diverse soluzioni per diversi problemi, solo che se li metto insieme il sistema diventa complesso. Devo, quindi, avere un sistema di gestione di tutte le fonti di produzione e consumo dell’energia a bordo».
In altri termini il processo di ibridizzazione ha una forte necessità di gestione delle diverse fonti energetiche, anche delle rinnovabili presenti nello schema di Pierdomenico, con sistemi come quello studiato a Trieste che ottimizzino ciascun apporto.
Sempre più navi interessate dai processi di elettrificazione
Marco Copolla e Roberto Pelascihar di Fincatieri hanno parlato di quattro unità navali su cui stanno lavorando con un forte investimento sull’elettrificazione. Si va avanti e come ricorda il professor Sulligoi «molte navi sono già elettriche, incluse grandi passeggeri e traghetti nei fiordi del Nord Europa. Il trasporto urbano di massa su vie d’acqua dimostra che la tecnologia è disponibile e funziona. Ridurre emissioni, rumori e vibrazioni migliora l’ambiente urbano. Le tecnologie ci sono, serve solo pianificazione e volontà di fare». E dove non è possibile percorrere la strada del full electric stanno maturando soluzioni come quelle presentate a Trieste.
Una città che investe in innovazione come ricorda Gianluca Bertossi, managing director di Wärtsilä Italia, «il dimostratore tecnologico ETEF rappresenta un’importante infrastruttura di ricerca e di de-risking tecnologico per i sistemi elettrici di bordo delle future unità navali, e consente di perseguire obiettivi analoghi anche per applicazioni terrestri. In Europa non esiste un sistema con prestazioni comparabili in termini di potenza installata, caratteristiche tecnologiche, performance e capacità di prova». Chiude Marco Nassi amministratore delegato di ASG «Riteniamo che lo storage superconduttivo sia una proposta ad alto contenuto tecnologico ideale per dare risposta alle esigenze di innovazione e resilienza delle reti».
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