Sistemi per la propulsione ibrida diesel-elettrica

La propulsione navale ibrida diesel elettrica costituisce ormai una realtà consolidata per sistemi propulsivi di grande potenza ed in applicazioni dove esistono le seguenti esigenze: • fabbisogno energetico a bordo della nave per l’uso diverso dalla propulsione (es. utenza hotel sulle navi da crociera, utenze azionamenti elettrici su navi da perforazione ed esplorazione). • riallocazione dei pesi e dei volumi richiesti dalle sale macchine convenzionali (es. navi gasiere, navi ) • elevato numero di eliche non azionabili direttamente da motori termici (piattaforme, pontoni) In queste applicazioni, la possibilità di installare le parti finali del sistema propulsivo (motore elettrico ed elica) all’esterno dello scafo consente di incrementare l’efficienza idrodinamica dell’imbarcazione e di integrare la funzionalità di timone nel sistema di propulsione. I sistemi di propulsione ibrida più diffusi sono basati su una architettura di tipo serie, dove tutta la potenza necessaria alla propulsione è convertita in elettrica per mezzo di gruppi di motogenerazione a velocità fissa e poi di nuovo convertita in meccanica all’elica mediante azionamenti elettrici a velocità variabile. Per installazioni di potenza più modesta, dell’ordine del MW sono allo studio soluzioni il cui obiettivo principale è quello di ridurre il costo del sistema propulsivo, pur conservando i principali vantaggi di flessibilità della propulsione termica-elettrica. Questi sistemi si basano sull’utilizzo di un numero elevato di motogeneratori funzionanti a velocità variabile. Il funzionamento a velocità variabile è ottenibile utilizzando generatori elettrici compatti a magneti permanenti direttamente accoppiati sul volano di motori termici. Il controllo di questi generatori mediante inverter consente di imporre un punto di funzionamento (coppia-velocità) al motore termico tale da produrre la potenza richiesta al minimo consumo specifico di combustibile. Il controllo del sistema di generazione minimizza il consumo complessivo di carburante per una data richiesta di potenza istantanea. In condizioni di richiesta di bassa potenza è possibile mantenere alcune unità di generazione spente. In questi sistemi di propulsione ibrida serie, allo scopo di ridurre i costi del sistema, anche l’azionamento di propulsione può essere frazionato mediante azionamento di un asse elica con più motori elettrici tra loro rigidamente collegati. Questi motori possono essere accoppiati direttamente all’asse elica (azionamenti direct-drive), evitando quindi il costo, il peso e l’ingombro del riduttore-invertitore. Le utenze elettriche di bordo possono essere alimentate dallo stesso sistema di generazione attraverso l’utilizzo di convertitori elettronici che generano la tensione alternata alla frequenza di 50/60Hz. In alternativa ai sistemi propulsivi di tipo serie è possibile lo sviluppo di propulsori ibridi cosiddetti ‘ibrido minimo’, costituiti da una trasmissione elettromeccanica, nella quale la parte elettrica è dimensionata per una piccola frazione (es. 10%) della potenza del motore termico .