La propulsione ibrida nella nautica
L’industria della nautica da diporto è sempre più orientata al tema della sostenibilità con lo scopo di realizzare imbarcazioni “low emission” attraverso una progettazione consapevole che combina innovazione tecnologica, materiali eco-compatibili, scafi con linee d’acqua ad alta efficienza e sistemi di propulsione a basso impatto ambientale. Tra questi, la propulsione ibrida si sta affermando come una soluzione valida per la riduzione dei consumi di carburante e delle emissioni inquinanti per navigare in ottica green.
Un sistema di propulsione ibrida è composto da un motore endotermico accoppiato ad un’unità elettrica, equipaggiata con un adeguato pacco batterie di ultima generazione deep cycle. Questa configurazione permette di usufruire dei vantaggi offerti dal motore elettrico in termini di rendimento ed efficienza, senza i vincoli di autonomia delle batterie di un sistema solo full electric.
In funzione delle dinamiche di navigazione a basse emissioni, in perfetta sinergia l’unità elettrica supporta o sostituisce il motore a combustione interna per generare la forza propulsiva.
In base alla configurazione di accoppiamento tra il motore endotermico e l’unità elettrica, possiamo distinguere due tipi di propulsione ibrida: il sistema ibrido-parallelo e ibrido-serie.
LA PROPULSIONE IBRIDA: IBRIDO-PARALLELO
Nella configurazione ibrido-parallelo l’unità elettrica è generalmente interposta tra il volano del motore endotermico e gli organi di trasmissione. Quindi l’unità a combustione interna interagisce con quella elettrica in modo “parallelo”, essendo entrambe connesse direttamente al sistema di trasmissione della barca, che può essere una linea d’asse, un pod drive o un sail drive per le imbarcazioni a vela. Seguendo lo schema tradizionale, l’unità endotermica si collega con quella elettrica attraverso una frizione di accoppiamento e, in base alle esigenze di navigazione, il sistema ibrido gestisce il funzionamento e l’interazione tra i due motori con differenti modalità che illustriamo di seguito.
Modalità Full-Electric: L’unità elettrica spenge e disaccoppia il propulsore endotermico; è alimentata dal pacco batterie deep cycle del sistema ibrido e fornisce la forza propulsiva agli organi di trasmissione. La barca si muove senza rumori e vibrazioni dalla sola propulsione elettrica a zero emissioni, requisito indispensabile per navigare nelle aree protette. Inoltre, il motore elettrico offre il vantaggio di mantenere con fluidità e massima efficienza le andature a bassa velocità, condizione critica e di scarso rendimento per la propulsione endotermica ai bassi regimi e che fra l’altro in questo caso deve utilizzare organi meccanici sofisticati per la trasmissione come lo slittamento controllato della frizione, che quindi possono essere eliminati.
La modalità full-electric permette di salpare silenziosamente, evitando gli sprechi di carburante e l’intensa fumosità tipica degli avviamenti “a freddo” del motore a combustione. La caratteristica della propulsione elettrica di erogare con fluidità fin dai bassi regimi una considerevole coppia, agevola le manovre e le operazioni di ormeggio. In questa modalità è quindi possibile ormeggiare in banchina o in rada silenziosamente, senza disturbare e infastidire i vicini con il rombo dei motori a scoppio e fastidiosi gas di scarico.
Modalità Boost: in base alle dinamiche della navigazione, il sistema di propulsione ibrida accoppia l’unità elettrica al motore endotermico in modo che forniscano insieme la forza motrice agli organi di trasmissione. Quando è attiva questa modalità, soprattutto in fase di accelerazione, il motore elettrico supporta l’unità a combustione interna, migliorando la spinta e l’efficienza
della propulsione, riducendo i consumi e le emissioni inquinanti.
Modalità Generatore: in navigazione alla velocità di crociera, la barca è spinta dal solo motore a combustione interna. In questa modalità, l’unità elettrica accoppiata al propulsore endotermico funziona da generatore per fornire energia elettrica alle utenze di bordo e per ricaricare le batterie deep cycle.
Il motore endotermico produce la forza motrice e la trasforma in energia elettrica da immagazzinare nelle batterie, per essere successivamente utilizzata in modalità full-electric o per alimentare le utenze di bordo quando si è ormeggiati in rada, evitando di accendere un gen-set a combustione. Ovviamente le batterie deep cycle di un sistema ibrido plug-in possono essere caricate anche in porto, utilizzando le apposite colonnine e con le modalità che dipendono dal tipo di tecnologia degli accumulatori in uso.
IBRIDO-SERIE
La configurazione ibrido-serie condivide i concetti di base con il sistema “diesel-elettrico” adottato da tempo sulle navi commerciali e da crociera, nelle quali l’elettricità prodotta dai generatori con motore endotermico della “centrale” di bordo per soddisfare le richieste energetiche dell’hotellerie e degli impianti tecnici, viene utilizzata per alimentare anche i motori elettrici della propulsione. Quindi, nel sistema ibrido-serie la trasmissione è connessa alla sola unità elettrica che fornisce il 100% della forza motrice all’elica, mentre il motore endotermico è impiegato nei moduli gen-set per generare l’energia elettrica che alimenta i propulsori e per caricare il pacco batterie deep cycle del sistema ibrido.
Questa motorizzazione low emission si è diffusa maggiormente nelle grandi imbarcazioni da crociera long range. Con le batterie cariche e i gen-set spenti, si naviga in full-electric a zero emissioni, requisito indispensabile per entrare nelle aree dove non sono ammessi i motori endotermici, ma anche per vivere un’esperienza di bordo a contatto con la natura, solcando le acque sottocosta silenziosamente e senza inquinare. Allontanandosi dalla costa, quando si esaurisce l’autonomia delle batterie, entrano in funzione i generatori di corrente alimentati da motori a combustione interna.
I moderni gen-set, lavorando a regimi di massima efficienza, ottimizzano il rendimento della combustione contenendo i consumi di carburante e di conseguenza le emissioni allo scarico. Inoltre, hanno carenature di alloggiamento ben coibentate con smorzatori che diminuiscono le vibrazioni ed i rumori a favore del confort di bordo. Quando il pacco batterie è ricaricato, è possibile proseguire in full-electric, oppure utilizzare l’energia immagazzinata per alimentare le utenze di bordo quando si è ormeggiati in rada, senza inquinare e disturbare.
La propulsione elettrica del sistema ibrido-serie, oltre a offrire vantaggi in termini di rendimento ed efficienza, permette di semplificare la trasmissione, eliminando gli organi meccanici che sono invece indispensabili con una motorizzazione endotermica. Inoltre, i gen-set possono essere sistemati con maggior flessibilità, ottimizzando lo spazio in sala macchine, agevolando l’installazione e le manutenzioni.
