File tecnico: generatori di alberi 101

May 04, 2023

2 giugno 2023

Yaskawa Environmental Energy / The Switch fa luce su come produrre elettricità in modo efficiente sulle navi.

Una nave è come una città galleggiante che ha bisogno di elettricità per alimentare le sue operazioni e i servizi a bordo. Allora come generare quell'elettricità mentre si è mobili? Questa domanda è stata una sfida per il settore del trasporto marittimo da oltre 150 anni, quando nuove entusiasmanti tecnologie venivano sperimentate in prima linea nella nuova era dell’elettricità. Oggi, le sfide relative alla produzione di elettricità a bordo delle navi sono state nuovamente stimolate. Le nuove normative dell'Organizzazione marittima internazionale, tra gli altri nuovi protocolli, implicano che gli armatori e gli operatori debbano trovare modi per ridurre le emissioni e rendere le loro navi più efficienti.

La propulsione è un’area ovvia da considerare per miglioramenti e i carburanti che la alimentano. Anche i generatori ad albero svolgono un ruolo chiave nel moderno sistema di propulsione e quindi richiedono anch’essi un controllo accurato.

Forza trainante

Tutti possono visualizzare l'aspetto di un albero di trasmissione e le sue funzioni, ma cos'è esattamente un generatore ad albero e in che modo aiuta a ridurre il consumo di carburante e le emissioni? Siamo tornati di nuovo alla produzione di elettricità, ma queste unità, nascoste all'interno dello scafo, non sono così misteriose come potrebbero sembrare. I gruppi elettrogeni autonomi (gruppi elettrogeni) necessitano di una fonte di carburante esterna per funzionare e produrre elettricità, e questo in genere viene fatto attraverso un motore diesel ausiliario separato dal motore principale della nave.

I generatori ad albero eliminano la necessità di gruppi elettrogeni e dei relativi motori ausiliari poiché si collegano direttamente all'albero dell'elica e producono elettricità utilizzando la propulsione già fornita dal motore principale. Questo è il motivo per cui vengono chiamati generatori ad albero. I gruppi elettrogeni possono quindi essere spenti, il che consente di risparmiare carburante e ridurre le emissioni.

Inoltre, l'utilizzo del motore principale a 2 tempi più grande in questo modo è molto più efficiente rispetto ai motori a 4 tempi che normalmente alimentano i gruppi elettrogeni. La società finlandese Yaskawa Environmental Energy / The Switch ha sviluppato un sistema che, a suo dire, può ridurre il consumo di carburante di un ulteriore 2% - 4% in più rispetto ai generatori ad albero convenzionali.

Il Large Drive Test Center dove testano tutte le macchine PM prima della consegna ai cantieri navali. Immagine gentilmente concessa da Yaskawa Environmental Energy / The Switch

Un po' di storia

I primi generatori ad albero furono sviluppati negli anni '60 e presero il posto accanto ai gruppi elettrogeni che nei decenni precedenti si erano fatti carico del compito di produrre energia elettrica a bordo delle navi.

Questi primi generatori ad albero hanno rappresentato un grande passo avanti e hanno ridotto la necessità di utilizzare gruppi elettrogeni. Ma c'era ancora un grosso inconveniente: erano collegati direttamente sia all'albero di propulsione della nave che alla rete, ma senza convertitore di frequenza nel mezzo.

Ciò significava che il generatore ad albero era limitato poiché poteva far fronte solo a una velocità costante derivante dalla propulsione della nave. Quando la velocità della nave cambiasse, la frequenza della corrente elettrica prodotta oscillerebbe, rendendola inutilizzabile. E così è stato necessario scollegare il generatore ad albero, lasciando il posto al gruppo elettrogeno.

Questo problema di frequenza fu risolto negli anni '80 con l'introduzione dei convertitori di frequenza. Il generatore ad albero entrò quindi in funzione poiché poteva far fronte a qualsiasi velocità da zero fino alla velocità nominale della nave e fornire una frequenza costante alla rete della nave.

La combinazione convenzionale del generatore ad albero e del convertitore di frequenza può essere utilizzata come unica fonte di generazione di elettricità a bordo di una nave o come supplemento ai gruppi elettrogeni, riducendo la necessità di bruciare carburante.

I generatori ad albero possono essere utilizzati anche come fonte di energia per azionare l’elica a velocità molto basse, il che è utile quando si entra in porto per risparmiare sulle emissioni. Inoltre, il sistema può essere utilizzato per aumenti occasionali della potenza di propulsione fino al 15% se necessario per rompere il ghiaccio o contro forti venti contrari.