Metodi e applicazioni per la progettazione di imbarcazioni ibride-elettriche per acque interne

In recent years, the demand for more environmentally sustainable means of transport has increased as the general public has become more aware of the issue of pollution. The various transport sectors have moved at different speeds, depending also on the resources available. Navigation in blue waters can only invest in energy efficiency systems and research into alternative fuels for internal combustion engines. As far as inland waterway navigation is concerned, the possibilities for action offer a much greater range of solutions, due to multiple factors. One of the solutions that promises many advantages without the need for ground infrastructure is the adoption of a hybrid propulsion system, combining the light weight and power density of the diesel engine with the emission-free operation and reliability of an electric system with energy storage batteries. The increasing complexity of onboard systems requires an integrated design approach in relation to the various issues that must be addressed for the successful completion of the final product. In fact, multiple aspects need to be considered in order to maintain a holistic approach to the problem. The design context of vessels for inland waters, up to now, has been characterized by gradual, minor modifications from one project to the next, evolving without major changes between ships with the same mission profile. Moreover, it’s worth noting that the inland water fleet in general is quite old, as most of the vessels have been built in 20th century. However, the disruption of the propulsion system and related systems forces the adoption of a systemic approach regarding the various design aspects, requiring much greater interdisciplinarity. This thesis presents the design issues that must be addressed starting from the basic design phase, ranging from weight increase to safety systems. It also presents a program for estimating the thermal balance of the cooling system. The model is applied to a vessel currently under construction. Some real-life cases of the application of auxiliary and safety systems necessary for the operation of a hybrid ship are also discussed. The research work was carried out within an engineering company highly specialized in this type of application, both acquiring expertise and contributing elements of innovative design

Negli ultimi anni, la domanda mezzi di trasporto con maggiore sostenibilità ambientale è aumentata per la progressiva presa di coscienza sul tema dell’inquinamento da parte della collettività. I vari settori del trasporto si sono mossi a diverse velocità, sulla base anche delle risorse a disposizione. La navigazione in acque marittime (blue waters) non può che investire in sistemi di efficientamento energetico e nella ricerca di combustibili alternativi per i motori a combustione interna. Per quanto riguarda la navigazione in acque interne, le possibilità di intervento offrono un ventaglio molto maggiore di soluzioni, a causa di molteplici fattori. Una delle soluzioni che promette molti vantaggi senza la necessità di infrastrutture a terra è l’adozione di un sistema di propulsione ibrida, combinando la leggerezza e densità di potenza del motore diesel assieme all’assenza di emissioni e affidabilità di un sistema elettrico con batterie di accumulo. L’aumento di complessità dei sistemi di bordo richiede un approccio progettuale integrato in riferimento alle differenti tematiche da affrontare per la buona riuscita del prodotto finale. Molteplici aspetti, infatti, vanno tenuti in considerazione per mantenere un approccio olistico al problema. Il contesto progettuale delle imbarcazioni per acque interne, fino ad oggi, è stato caratterizzato da progressive modifiche di lieve entità tra un progetto ed il successivo, evolvendosi senza stravolgimenti tra navi con lo stesso profilo di missione. Inoltre, vale la pena notare che la flotta di navigazione interna in generale è piuttosto vecchia, dato che la maggior parte delle imbarcazioni è stata costruita nel XX secolo. Tuttavia, lo stravolgimento del sistema propulsivo e degli impianti connessi costringe ad adottare un approccio sistemico riguardante i molteplici aspetti di progettazione, imponendo un’interdisciplinarità molto maggiore. In questa tesi vengono esposte le problematiche progettuali che vanno affrontate già dal progetto di base, dall’aumento di pesi ai sistemi di sicurezza, viene presentato un programma per stimare il bilancio termico del sistema di raffreddamento. Il modello viene applicato ad un’imbarcazione progettata attualmente in costruzione. Vengono esposti alcuni casi reali di applicazione dei sistemi ausiliari e di sicurezza necessari al funzionamento di una nave ibrida. Il lavoro di ricerca è stato svolto all’interno di una società di ingegneria altamente specializzata in questo tipo di applicazioni, acquisendo l’expertise ed apportando elementi di progettazione innovativa.