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ELETTROTECNICA E CONTROLLI

PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA A BORDO

 

Pisano Emanuele

Classe V A AIM

Anno scolastico 2009/2010

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA A BORDO

Ogni nave deve essere dotata di impianti autonomi per la produzione di energia elettrica.

E’ chiaro che la potenza installata a bordo può variare sensibilmente in relazione alle particolari esigenze del servizio svolto.

Una petroliera regista rilevanti assorbimenti di energia elettrica per l’azionamento delle numerose pompe del carico quando è attraccata ai terminals di riempimento o di svuotamento.

L’energia elettrica viene prodotta da alternatori trifase a 440 v e con frequenza di 60 Hz; su navi che svolgono servizio solo su mari europei, la frequenza adottata è di 50 Hz.

A bordo delle navi propulse da motori Diesel, la produzione di energia elettrica veniva effettuata o mediante un adeguato numero di gen-sets (diesel-alternatori) oppure mediante un turbo-alternatore alimentato con vapore prodotto grazie all’energia termica recuperata a volte dall’aria calda si sovralimentazione e dall’acqua di raffreddamento dei cilindri, ma essenzialmente dai gas combusti scaricati dalla turbosoffiante di sovralimentazione. Il turbo-alternatore doveva essere affiancato da uno o più gen-sets che intervenivano quando la produzione di vapore era insufficiente, oppure in porto.

 

 

La brusca caduta dell’impiego della turbina a vapore nella propulsione navale, caratterizzata da valori del rendimento più modesti rispetto a quelli dei motori diesel a due ed a quattro tempi, coinvolse automaticamente anche i turbo.alternatori. Nonostante ciò, con la crescente necessità di quantitativi sempre maggiori di energia elettrica, la portata di vapore disponibile per il turbo-alternatore non era sufficiuente per coprire le esigenze di energia a bordo e poteva bastare solo per il preriscaldamento del combustibile e per i servizi della nave quali cucine, lavanderie ed acqua calda in genere. Si assistette quindi ad una diffusione sempre più massiccia di gen-sets.

 

Per gruppo elettrogeno si intende quindi l’insieme del generatore elettrico e del suo motore primo. Essi dipendono a loro volta dal tipo di apparato motore della nave – a vapore o diesel – e dal servizio a cui l’elettrogeno è destinato.

E’ opportuno a questo punto considerare che i motori diesel utilizzati per i gen-sets sono sempre a quattro tempi, piccoli, veloci e di potenza contenuta, se confrontata con quella erogata dal motore principale di propulsione. Inoltre, proprio perché piccoli e veloci, non sono adatti a bruciare il combustibile pesante, ovvero l’Heavy Fuel Oil (HFO), utilizzato per il motore di propulsione, ma devono essere alimentati con in Marine Diesel Oil (MDO) più pregiato e quindi più costoso. Anche il consumo specifico di olio lubrificante è più elevato, sempre in relazione a quello di propulsione, e così pure gli interventi di manutensione sono più frequenti e più costosi.

In considerazione di quanto esposto, è facile comprendere che nell’esercizio di una nave, il costo della produzione dell’energia elettrica a bordo costituisce una voce certamente non trascurabile tanto più se si tiene conto del crescente aumento dei prezzi del MDO e della crescente differenza tra il costo dell’ HFO e quello del MDO.

Agli inizi degli anni ‘80, dunque, per abbassare i costi di esercizio della nave, i costruttori studiarono nuovi sistemi per ridurre il costo della produzione dell’energia elettrica a bordo e l’attenzione fu rivolta essenzialmente alla possibilità di utilizzare un unico combustibile, ovviamente l’HFO, sia per la propulsione che per la produzione di energia elettrica dando luogo agli impianti cosiddetti unifuel.

Sulle navi propulse da motori a due tempi, essenzialmente portacontainer, petroliere e bulk carriers fu introdotto il concetto di azionare il generatore elettrico direttamente a mezzo del motore di propulsione, sistema detto generatore-asse, con il duplice vantaggio di ottenere energia elettrica utilizzando il poco costoso HFO e per di più con lo stesso elevato rendimento del motore di propulsione. E’ evidente che dovevano comunque essere previsti uno o più gen-sets che avrebbero funzionato solo in porto, a motore di propulsione spento.

 

Tra le numerose disposizioni possibili la più largamente utilizzata è quella che prevede un moltiplicatore di giri che fa ruotare il generatore asse ad una velocità di rotazione superiore a quella dell’elica.

 

(Disposizione del generatore-asse quando ruota alla stessa velocità dell’elica)

 

(Disposizione del generatore-asse quando ruota ad una velocità superiore a quella dell’elica)

Sulle navi propulse da motori a quattro tempi si continuò ad utilizzare i gen-sets resi però idonei a bruciare HFO grazie ai miglioramenti registrati nei sistemi di trattamento e di iniezione del combustibile. Si risparmiava in tal modo sul costo del combustibile, ma non si poteva evitare che l’energia elettrica venisse prodotta con i valori dei rendimenti dei gen-sets e non con quelli più elevati del motore di propulsione, cosi come accadeva col generatore asse. Oggi la situazione è notevolmente migliorata nel senso che i gen-sets, sia pur piccoli e veloci, sono caratterizzati da rendimenti ed affidabilità vicini a quelli dei motori di propulsione e rientrano anche nei limiti imposti alle emissioni inquinanti allo scarico dall’Annesso VI alla Convenzione Marpol.

Alla luce di quanto esposto segue che oggi, per essere certi di effettuare la scelta più corretta tra le due opzioni relative al generatore-asse o ai gen-sets, è indispensabile conoscere le caratteristiche peculiari di tali sistemi e condurre un’accurata analisi economica , che preveda prima l’una e poi l’altra opzione, partendo dale esigenze giornaliere di energia elettrica dell’unità stessa.

Con riferimento ad una Aframax di 90000 dwt, si mettono a confronto i motori di propulsione e quelli destinati alla produzione di energia elettrica a seconda se si faccia uso dei gen-sets o dei generatore-asse. Le due ipotesi sono:

  • Due motori a due tempi di produzione e quattro gen-sets;

  • Due motori a due tempi di propulsione corredati da un generatore ad asse ciascuno ed affiancati da un gen-set di emergenza. In questo caso, a causa degli elevati assorbimenti di energia de parte delle pompe quando la nave è ferma presso i terminals di carico e da parte delle eliche prodiere e poppiere di manovra per tenere la nave in posizione, è prevista la possibilità di scollegare il motore dall’elica in modo che il generatore asse possa essere azionato anche a nave ferma. E’ evidente che in tal modo si complica la linea d’assi per l’aggiunta di un giunto a frizione, ma si guadagna lo spazio non più occupato dai gen-set, che può essere usato differentemente. Il generatore-asse ha inoltre un costo di investimento e di installazione più contenuto, comporta un’attenuazione del rumore in sala macchine, ha un’affidabilità pari a quella del motore di propulsione e richiede tempi e costi di manutenzione più bassi di quelli dei gen-set corrispondenti.