Endotermico vs Elettrico
Come funziona un sistema tradizionale con motore diesel e uno full-electric “integrato”
CON MOTORE DIESEL
Questo schema tipo di un sistema di propulsione tradizionale prevede un motore termico con batteria 12 V, alternatore con diodo, caricabatterie su riduttore con asse ed elica disegnata per motore termico; batterie di servizi 12 V con utenze 12 V; caricabatterie 220 V a 12 V.
Gli elementi essenziali sono un pacco batterie, un’unità di controllo e ricarica, un motore elettrico ed un propulsore. Sono disponibili soluzioni sia in linea d’asse che sail drive.
Sistemi di energia alternativi (“range extender” termico, pannelli solari, idrogeneratori, turbine): qual è la loro reale portata e il contributo nel bilancio energetico? Una barca a vela elettrica, diciamo non più grande di 50 piedi, può avere una capacità delle batterie tra i 5 ed i 40kWh. I consumi della propulsione e dei servizi durante una giornata possono essere tra i 5 ed i 100kWh, o in alcuni casi più alti. Tutti gli elementi che possono contribuire al fabbisogno energetico sono da considerarsi utili, nella proporzione del loro contributo effettivo:
• I pannelli solari hanno una potenza di picco pari a 180W/h al metro quadro: coprendo una superficie pari a 4 mq si può contare su 5kWh al giorno nel Mediterraneo d’estate
• Gli idrogeneratori producono fra i 100 e 200W (in un intervallo da 5 a 8 nodi). In una traversata lunga si ottengono fino a 5kWh con 24 ore di navigazione continua.
• Le turbine eoliche possono fornire circa 100W con 20 nodi di vento. In questa condizione, il contributo giornaliero è tra i 2 e i 3kWh. Un range-extender termico è un’altra storia: un generatore di 20kW produce quasi 500kWh in 24 ore, ma costa molto, pesa intorno ai 270kg, è rumoroso e brucia combustibili fossili, di cui conosciamo i danni derivati all’ambiente.
La scelta di un sistema di energia ausiliario è strettamente dipendente dall’utilizzo a cui si vuole destinare l’imbarcazione.
Potenza/dimensionamento pacco batterie: qual è lo stato dell’arte?
Sono pochi i fornitori ad aver maturato una grande esperienza e offrire prodotti sicuri, affidabili e ad un prezzo abbordabile.
Le aziende competitive e di successo sono quelle che hanno adattato i prodotti dell’industria automobilistica. Le batterie vengono prodotte in decine di migliaia di unità l’anno, sono affidabili ed hanno un buon rapporto prezzo-capacità e peso-capacità, offrendo garanzie lunghissime. Il dimensionamento dipende dall’autonomia desiderata e dai servizi di bordo. Si stabilisce prima il programma di navigazione tipico, la propulsione e le utenze in barca, quindi si calcola la capacità necessaria. Poi si capisce che il budget, il volume ed il peso a disposizione non sono sufficienti, per questo si dovrà trattare l’energia con intelligenza e risparmio. Bisogna trovare un compromesso che concili tutte le richieste (si guardi la tabella con alcuni modelli a confronto)
Parliamo di autonomia e forma dello scafo…
L’autonomia dipende dall’utilizzo che si vuole fare della barca. Ad esempio, nel caso di una navigazione giornaliera, vengono percorse circa 10 miglia nautiche a motore, mentre nel caso di crociere più lunghe sul Mediterraneo, si avrà bisogno di 50 o 100 miglia di auto
nomia senza l’ausilio delle vele.
La buona notizia è che le linee d’acqua di una barca a vela sono ottimizzate per la navigazione in regime di dislocamento ed è proprio in questa regione di velocità che i consumi sono minori. La relazione tra velocità e consumo di energia per miglio è quadratica: riducendo la velocità del 10% si risparmia dal 20 al 30% di energia. Questo vuol dire che non si deve progettare delle linee diverse per una barca con motore ausiliario termico o elettrico.
Quali accorgimenti bisogna adottare quando si va in elettrico con mare formato?
La potenza richiesta al motore elettrico aumenta con il mare formato e così anche il relativo consumo di energia: la navigazione in elettrico non è consigliabile per lunghe traversate. Si può sempre installare un motore elettrico con una potenza più alta ed avere una spinta necessaria per le situazioni di emergenza, anche se limitate a dei tempi brevi (consumo alto).
L’elettricità è comunque nemica dell’acqua, bisogna verificare la tenuta stagna dei compartimenti dove la batteria, il motore e le unità di controllo sono installati. Alcuni produttori forniscono già dei sistemi completamenti stagni, con protezione IP67.
Quanto si risparmia, dal punto di vista economico, ad avere un motore elettrico rispetto a un motore tradizionale?
Qua tocchiamo il punto critico delle energie rinnovabili. Il prezzo dell’energia derivata dal diesel, benzina o carbone è inferiore. Le nazioni che producono tre quarti dell’inquinamento sul nostro pianeta (USA, Russia e Cina), e che sono anche le più potenti economicamente, calpestano gli accordi internazionali contro l’inquinamento pur di non rinunciare ai loro profitti.
E’ chiaro che l’umanità dovrà affrontare delle catastrofi climatiche importanti per poter reagire e fare pressione sulla politica e sulle corporazioni. Inquinare costa meno, è più economico, ma catastrofico nel medio-lungo termine. L’Europa è leader mondiale in questa lotta, sicuramente la vela può fare da protagonista nella nautica. Se guardiamo le cifre: una barca di 10 m con 4 tonnellate di dislocamento risparmia circa 3€ per miglio percorso in elettrico. Su 300 miglia percorse all’anno in motore, il “risparmio” è meno di 1000€. Considerando un costo di installazione della propulsione elettrica di 20’000€, servono 20 anni per rientrare nell’investimento. Ma: il comfort di navigazione aumenta e si risparmiano 250kg di CO2 che non vengono emessi nell’ambiente. Rendiamo la nautica responsabile e lasciamo il pianeta ai nostri figli così come lo abbiamo trovato.
I vantaggi della motorizzazione elettrica li abbiamo capiti. Zero emissioni, vibrazioni, rumore e fumi. Quali sono invece i “contro”?
Il costo iniziale è superiore rispetto a un sistema tradizionale, bisogna considerare un significativo periodo di utilizzo per ammortare la differenza di costo, come abbiamo detto. Il tempo di ricarica delle batterie è ancora lungo e richiede accesso ad una colonnina a terra. L’ingombro delle batterie solitamente può essere superiore a quello delle casse carburante.
Veniamo ai sistemi di ricarica in banchina: tasto dolente?
Le marine oggi sono fornite di colonnine elettriche a 220V e nel Mediterraneo sono tipicamente limitate a 16A. In questo caso la ricarica di una batteria da 5kWh richiede quasi 2 ore. La nuova generazione di colonnine è invece a 32A e nelle nuove marine si arriva a 64A. Sempre più frequentemente le barche vogliono utilizzare l’aria condizionata in marina, accrescendo la dipendenza dalla 220V. Negli Stati Uniti, in Scandinavia e in Germania, tutte le nuove installazioni a terra hanno una potenza adeguata ad un sistema full-electric. E’ grazie anche al rapido sviluppo dell’industria automobilistica elettrica che non vediamo questo come un argomento critico.
Scomparirà mai il sistema di propulsione endotermico?
Speriamo di si. E’ nostro dovere (almeno nell’UE) di arrivare a zero
Un 10 metri risparmia circa 3€ per miglio in elettrico. Il comfort aumenta e, in un anno, evita di emettere 250kg di CO2...
emissioni nette entro il 2050. La nautica è un lusso e non ha scusanti per non prendere parte a questi sforzi. L’industria automobilistica ci viene in aiuto, cambiando il nostro modo di pensare: basta guardare lo sviluppo e diffusione esponenziale delle auto elettriche!
La soluzione con generatore o gen-set: è una soluzione “transitoria” o è quella che avrà maggior successo anche in futuro?
Sicuramente questa soluzione offre tanti vantaggi ad oggi rispetto ad un sistema tradizionale termico. Le navi da lavoro, così come le grandi navi da crociere, sono passate da una propulsione diesel ad una elettrica, combinata a dei gruppi di generatori e a dei pacchi importanti di batterie al litio. Queste hanno dimostrato una sensibile riduzione delle emissioni fino al 30%, permettendo di navigare nei porti ed in zone delicate senza emissioni. Già in un futuro prossimo i generatori saranno sempre più piccoli ed efficienti. Speriamo però che le tecnologie alternative come le fuel cells progrediscano e l’idrogeno sostituisca i carburanti fossili. In questo modo arriveremo a un range extender ideale.
In conclusione, quali sono i miti da sfatare sulla propulsione elettrica in barca?
I miti da sfatare sono tre:
• La propulsione elettrica è troppo cara. Le tecnologie si sviluppano molto velocemente, trainate dall’industria automobilistica. I nuovi sistemi sono sempre più accessibili ed affidabili, venendo accettati e richiesti in modo crescente dalla società.
• L’autonomia non è sufficiente per un utilizzo normale. Non è più vero: le batterie hanno una densità energetica sempre più alta, sono più leggere, meno voluminose e i costi ridotti. Grazie allo sviluppo di range extender ottimizzati ed un utilizzo intelligente dell’energia a bordo, si raggiunge un’autonomia adeguata
• La propulsione elettrica e le batterie al litio sono poco affidabili e pericolose. I progressi nel settore automobilistico e aerospaziale degli ultimi anni hanno dimostrato che questi sistemi cono completamente sicuri ed affidabili: la manutenzione, inoltre, è considerevolmente ridotta rispetto ad un sistema classico basato sul motore termico.