Motori primi

La possibilità di utilizzare la corrente continua a bordo di grandi navi da crociera apre nuove prospettive all’impiego di turbine a gas (TG) ad alta velocità di rotazione per la generazione di energia. I vantaggi dell’utilizzo di TG in alternativa ai tradizionali motori a combustione interna (MCI) si traducono in una diminuzione dell’ingombro e del peso dei motori primi, nonché nella capacità di funzionare ad elevati regimi di rotazione con conseguenti riduzioni di pesi e ingombri anche dei generatori elettrici.

Il progetto MVDC Large Ship ha analizzato le possibilità di utilizzare le turbine a gas mettendo a punto un modello di simulazione delle prestazioni dei due tipi di motore (TG e MCI) operanti sia a giri fissi che a giri variabili.

Sono state confrontate diverse soluzioni di motori primi.

Nel caso dell’utilizzo di turbine a gas in sostituzione alla soluzione standard con motori a combustione interna, è possibile ottenere una forte riduzione di pesi (-77%) e di ingombri (-60%) dei motori primi, nonchè una diminuzione superiore al 75% delle emissioni inquinanti in atmosfera (Fig. 1). A fronte di questi interessanti vantaggi si registra d’altra parte un non marginale incremento dei consumi (9%) che deve essere valutato attentamente per il suo risvolto economico.

Si sono quindi ricercate altre possibili soluzioni di configurazioni motoristiche ibride (MCI+TG) andando a modificare anche le strategie di power management, per stabilire la soluzione ottima dal punto di vista energetico-ambientale. I risultati ottenuti con la migliore configurazione “ibrida” TG+MCI mostrano che è possibile conseguire una considerevole riduzione di emissioni (circa -50%) ed ingombri (-41%) rispetto alla configurazione standard, pur garantendo rendimenti sufficientemente elevati: solo di 2-6 punti percentuali inferiori a quelli massimi ottenibili con solo MCI, al variare delle condizioni operative della nave (Fig. 1).

Fig.1 Ottimizzazione multi-obiettivo: confronto fra ingombro, efficienza energetica ed emissioni inquinanti per diverse configurazioni di motori primi e diverse strategie di gestione del carico.
Nei grafici i valori relativi alla configurazione “full-ICE” sono usati come riferimento.

Per poter utilizzare in modo ottimale la disponibilità di calore a valle delle TG si sono infine analizzate soluzioni basate sull’impiego di sistemi trigenerativi per la produzione anche di freddo. Per questa specifica applicazione è stata individuata come ottimale una soluzione trigenerativa caratterizzata dall’uso contemporaneo del ciclo frigorifero ad assorbimento e di quello a compressione, che può essere impiegato durante le fasi di porto e alcune fasi di navigazione. Questa soluzione trigenerativa risulta essere la soluzione ottimale come compromesso per un obiettivo di miglioramento complessivo energetico/ambientale. Essa comporta infatti una riduzione sostanziale delle emissioni (comparabile con quella ottenibile con le sole TG) a fronte di un lieve aumento del consumo di combustibile (stimabile in +3.5-4%) rispetto alla soluzione attualmente impiegata dalla nave di riferimento (Fig. 2).

Fig.2 Analisi di soluzioni avanzate basate sull’utilizzo di turbine a gas e sistemi trigenerativi.
Nei grafici i valori relativi alla configurazione “full-ICE” sono usati come riferimento.