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di Marco dè Francesco ♦ Operativo in Finlandia un traghetto rivoluzionario per le emissioni ridotte e l’impatto sull’ecosistema. E’ il top tecnologia della multinazionale tedesca applicata alla propulsione elettrica e al controllo. L’energia ricavata dal mix batterie e generatori diesel. Il propulsore è il Bluedrive Plus C, col sistema di controllo remoto Ecomain, che a sua volta funziona attraverso il noto sistema operativo aperto per l’IoT e basato sul Cloud

Traghetti che trasportano veicoli e persone con la spesa energetica di una manciata di euro. Sono già operativi in Scandinavia e nel Golfo di Finlandia, dove i governi promuovono politiche ecologiche. Per le compagnie di navigazione locali gli obiettivi di sostenibilità ambientale e di riduzione delle emissioni di Co2 coincidono con quelli di risparmio sui costi operativi e di miglioramento del servizio. L’attuale stato dell’arte è rappresentato da Elektra, traghetto ibrido operativo sia con la carica delle batterie che con l’energia di generatori diesel.

Cuore della nave è il propulsore BlueDrive PlusC di Siemens, dotato di un sistema in grado di valutare quanta energia vada spesa in base al carico e capace di monitorare la richiesta di potenza e determinare il numero di gruppi elettrogeni che vanno attivati. Il cervello è invece il sistema di controllo remoto EcoMAIN, sempre fornito da Siemens, una piattaforma in cui tutti i dati operativi provenienti dagli impianti della nave vengono raccolti ed elaborati in un formato standard. Consumo ed emissioni vengono monitorati in vista dell’ottimizzazione delle performance. EcoMain gira sul sistema operativo aperto per l’IoT basato sul cloud, Mindsphere

Elektra, pietra miliare per l’ibrido

Elektra è il primo traghetto della Finlandia in grado di operare con l’energia delle batterie ed è l’unica imbarcazione del genere funzionante in “modalità 3 + 1”. «Significa – afferma il Ceo di FinFerries Mats Rosin – che può utilizzare l’energia elettrica derivante dal diesel; o quella derivante dal diesel e dalle batterie; o solo quella delle batterie. Ma può anche utilizzare i tre sistemi al contempo. Le batterie vengono caricate direttamente dalla rete, sia da una parte che dall’altra del tracciato, utilizzando una connessione locale a terra. In pratica i diesel sono utilizzati quando – e in Finlandia il clima è rigido – le condizioni del mare (o del ghiaccio) sono particolarmente avverse. La nave opera tra Nauvo e Parainen, un percorso di 1,6 km nell’arcipelago di Turku, nella Finlandia occidentale. Le batterie vengono ricaricate tramite un sistema di supercharging, con i mezzi di carica gestiti dall’alto di una torretta che si inseriscono automaticamente nel comparto degli accumulatori. Il tutto avviene in pochi minuti – esattamente 5 minuti e mezzo –, il lasso di tempo concesso alle macchine e ai camion per sistemarsi sul ponte. L’operazione avviene a 690 Volt, e con una potenza massima di 1.700 Ampere. La temperatura delle batterie, fattore essenziale per la loro efficienza, è regolata da un sistema di raffreddamento liquido».

La nave Elektra a paragone con i modelli “in via di superamento”

Elektra è lunga 97,92 metri e larga 15,20 m; il pescaggio è limitato a solo 3,55 metri. Dispone di 5 corsie per le auto e i camion, lunghe complessivamente 450 metri; con un carico pagante di 200 tonnellate, può ospitare, tra passeggeri e equipaggio, 375 persone e 90 veicoli. Il suo tonnellaggio, in termini di portata lorda, è pari a 525 tonnellate. La potenza di propulsione è di 1.800 kw; mentre le batterie (a polimeri di Litio, della PBES), tutte insieme, hanno un’energia di 1Mwh. I tre generatori Stamford esprimono una potenza di 420 kwe ciascuno, quando serviti dai tre diesel (Scania DSI16V8) da 450 Kw. L’energia necessaria all’area dell’equipaggio è ottenuta con pannelli solari. «Solo per fare un paragone – continua Rosin – a proposito del risparmio economico e del ridotto impatto ambientale, si pensi che lo stesso tragitto è coperto anche da una imbarcazione costruita nel 1992 .Sterna, questo il nome del traghetto “tradizionale” è notevolmente più piccola: è lunga 63,10 metri e larga 12,30. Il carico pagante si ferma a 250 tonnellate: 66 veicoli e 250 persone. Ebbene, pur trasportando il 40% di mezzi in più, Elektra ha emissioni ridotte del 60% rispetto a Sterna».

Il segreto del risparmio è soprattutto nel propulsore BlueDrive Plus C di Siemens

Secondo Siemens, «BlueDrive PlusC rappresenta la soluzione Siemens per la propulsione navale. L’approccio olistico alle navi diesel-elettriche aumenta la sicurezza, e consente tagli dei costi operativi; migliora l’economia del ciclo di vita e diminuisce l’impatto ambientale, con riduzione delle emissione dei gas serra e ottimizzando nel contempo la combustione. Diminuisce lo spazio richiesto per il quadro principale e per i convertitori di frequenza, come d’altra parte limita il numero dei cavi elettrici normalmente richiesti. Contiene i costi di installazione. Limita rumori e vibrazioni». Ma come funziona?

Naturalmente una nave, per avanzare, ha bisogno di spendere energia. E’ parte del propulsore l’energy management system (Ems) che è in grado di “comprendere” quanta energia vada spesa in base al carico. Ems agisce tramite sub-controllori sui gruppi elettrogeni e sui propulsori, per monitorare la velocità ottimale dei motori. Secondo Siemens, per garantire la massima affidabilità, come sub controllori si utilizzano i SImatic, «leader di mercato». Con questo sistema, le batterie possono essere utilizzate sia come riserva a breve termine durante l’avvio che come fonte di alimentazione continua, per sostituire l’alimentazione dai gruppi elettrogeni.

Inoltre, un controllore di carico intelligente monitora la richiesta di potenza e determina il numero di gruppi elettrogeni che devono attivarsi in un certo frangente. In pratica, si ottiene un sistema completamente integrato per garantire l’operatività e l’efficienza della nave senza soluzione di continuità. «Ora Elektra – sintetizza Odd Moen, Head of marine & shipbuilding di Siemens Norway – fa parte di una flotta di quattro traghetti a propulsione elettrica gestiti dalla compagnia di navigazione Finferries ed equipaggiati con il propulsore BlueDrive Plus C. Va peraltro sottolineato che questo comprende un sistema di immagazzinamento dell’energia, uno di osservazione e allarme, e la tecnologia per la velocità variabile delle eliche».

Elektra sa sempre dove va e come sta funzionando

Il sistema, da una parte all’altra del tragitto, è dotato di un meccanismo automatico di ormeggio Cavotec (gruppo di ingegneria internazionale con sede a Lugano, in Svizzera). Un’unità MoorMaster ™ basata su un aggancio realizzato creando il vuoto garantisce un ormeggio rapido, massimizzando così il lasso di tempo disponibile per ricaricare le batterie di Elektra durante la breve sosta. Anche il sistema di collegamento a terra, quello che consente imbarchi e sbarchi di veicoli, è innovativo. È completamente automatizzato, e può essere attivato in via automatica o manualmente. E poi c’è il sistema di monitoraggio remoto EcoMAIN, fornito da Siemens.

Le navi di oggi dispongono, a bordo, di numerosi impianti e sistemi sofisticati, ognuno dei quali fornisce dati su stato, prestazioni ed efficienza. Secondo Siemens, EcoMAIN «aiuta a sfruttare appieno il potenziale commerciale della nave ottimizzandone il funzionamento». EcoMAIN è progettato come una comune piattaforma in cui tutti i dati operativi provenienti dagli impiantii della nave vengono raccolti ed elaborati in un formato standard, tramite una serie di interfacce onboard. «Consumo energetico, emissioni, fluidi di bunkeraggio, programmi di servizio, documentazione e gestione delle informazioni: questi sono solo alcuni dei processi che vengono tipicamente valutati e analizzati per l’ottimizzazione. Il più grande potenziale si trova nelle aree di consumo energetico, rispetto dell’ambiente e cicli di manutenzione».

EcoMain gira sul sistema operativo aperto per l’IoT basato sul cloud, Mindsphere. Industria italiana ha già trattato l’argomento qui. Secondo l’azienda «Siemens offre la possibilità di mettere in connessione, aggregare e analizzare le informazioni raccolte dalle macchine in modo efficiente e veloce, al fine di migliorare la manutenzione e prestazioni. MindSphere è inoltre pensata per essere fruita in modalità platform-as-a-service, cioè come servizio, su cui è possibile sviluppare, eseguire e fornire applicazioni e servizi digitali. L’acquisizione, la trasmissione e lo storage dei dati nel cloud è soggetto a severe misure di sicurezza». Comunque sia, per Moen «possono essere messi in sistema tanti sensori, dai quali ricavare dati utili non solo sul consumo, ma anche sul livello delle acque, della posizione e tanto altro».

In cabina: un joystick e tanti schermi avveniristici

«Da qui – afferma il capitano di Elektra Mikkola Tumas – si possono gestire tutti gli impianti della nave. Puoi controllare la rotta, la torre di carico per le batterie, il sistema di ormeggio automatico, il radar, la carica delle batterie, i pannelli solari. In pratica da qui tu puoi controllare tutto». Sempre secondo il capitano, «la velocità di crociera nelle traversate è di circa 10 nodi. Acceleriamo solo se sul traghetto c’è una ambulanza, o in casi simili di emergenza. Altrimenti teniamo questa velocità e per la traversata occorre circa un quarto d’ora».

Le origini della sfida ambientale nel settore navale e tre navi simbolo legate a Siemens

«Tre imbarcazioni esemplificano l’azione di Siemens – continua Moen -. Una era la prima Elektra, una barca elettrica per trasporto passeggeri sulla Sprea, nella Berlino di fine Ottocento. Lo scafo in lamiera d’acciaio e l’elica erano prodotti dallo Schlosswerft di Amburgo; l’attrezzatura tecnica, come il sistema di guida e gli accumulatori, erano realizzati da Siemens & Halske. Altrove, a Londra e a Parigi, erano operativi i piroscafi; ma a Berlino, il trasporto di passeggeri era limitato all’area dell’Alta Sprea e utilizzato solo per svago e piacere. I battelli a vapore, richiedevano una numerosa manodopera, producevano fumo e sporcizia e talvolta causavano disgrazie, con l’esplosione delle caldaia. Di qui la sperimentazione di battelli elettrici».

La seconda è il famoso traghetto Ampere, a cui si riferisce il video qui sopra «È entrato in servizio agli inizi del 2015, ed è stato realizzato in collaborazione con il cantiere navale norvegese Fjellstrand. Siemens ha sviluppato la tecnologia per il primo traghetto al mondo ad alimentazione elettrica. I nostri esperti avevano iniziato a lavorare su questa idea già nel 1999, ma la tecnologia necessaria era ancora troppo nuova per il mercato di allora. Da allora, tuttavia, le tecnologie sono migliorate e le questioni relative alla valutazione di sostenibilità sono diventate più importanti. È stato l’aspetto ambientale del progetto a conquistare il Ministero dei trasporti e delle comunicazioni norvegese, che sovrintende ai corsi d’acqua del paese.»

«In tutti i casi, Ampere ha aperto una strada. Per il tragitto tra Lavik e Oppedal a Sognefjord, nella Norvegia occidentale, il consumo elettrico è pari a 5 euro a corsa. Un dato sorprendente, che ci ha spinto a promuovere uno studio di fattibilità: cosa accadrebbe, ci siamo chiesti, se tutti i 180 traghetti che operano nei 110 percorsi nei fiordi norvegesi operassero a energia elettrica o in forma ibrida? L’esperienza di Ampere è stata utilizzata come base per il calcolo degli investimenti e dei risparmi per le altre rotte in Norvegia. E la conclusione è stata: la sostituzione di traghetti con mezzi elettrici o ibridi è redditizia in sette casi su dieci. Se la Norvegia procedesse su questa strada, i benefici ambientali sarebbero notevoli. Si assisterebbe alla riduzione di emissioni di anidride carbonica per 300mila tonnellate l’anno; è il 9% delle emissioni derivanti dai trasporti navali e della pesca commerciale del paese. Infine, è arrivata la nuova Elektra, che però opera qui in Finlandia».

Elektra, FinFerries e la Finlandia

«Elektra – afferma a sua volta Rosin – è stata disegnata tra il 2014 e il 2015 in base all’esperienza di Ampere. Il contratto per la costruzione della nave è stato firmato esattamente il 29 ottobre del 2015; la realizzazione è iniziata il 16 aprile del 2016, mentre la cerimonia di inaugurazione si è tenuta il 17 febbraio di quest’anno. Tempi molto brevi. Elektra è arrivata in Finlandia (da Gdynia, Polonia ) il 20 maggio, ed è entrata in servizio nella rotta tra Parainen e Nauvo il 16 giugno. È la nave più “amica dell’ambiente” in Finlandia. Rappresenta il risultato dell’unione di tre forze: il concept design della società di Turku (Finlandia) Deltamarin, la tecnologia ibrida di Siemens Norvegia e il cantiere navale polacco Crist S.a.»

La nave è approdata in Finlandia per via di una precisa strategia ambientale perseguita del governo finlandese, e infatti all’inaugurazione della nave a fare da madrina c’era la ministra dei trasporti Anne Berner. La Finlandia è nota per essere la terra dei mille laghi e delle tante isole e connettere le isole dell’arcipelago di Turku e le aree lacustri richiede l’attivazione di numerosi servizi di traghetto per pendolari, e per le loro macchine. Le navi della nostra compagnia, la FinFerries (un operatore di proprietà statale, del gruppo Suomen Aliikenne) trasportano ogni anno 5 milioni di veicoli e 10 milioni di persone e Finferries ha oltre 300 dipendenti che lavorano su oltre 40 rotte in tutto il Paese. L’ufficio principale è situato a Turku; ma la società dispone di una filiale a Savonlinna. In questo momento la Scandinavia è la prima regione al mondo a fare sempre più affidamento sulle batterie e quindi su tecnologie rispettose dell’ambiente nel settore della costruzione navale, e la Finlandia, partita un po’ in ritardo rispetto alla Norvegia, ora sta facendo la sua parte». Circa il costo di tutta l’operazione relativa ad Elektra, Rosin non si sbilancia: «Tuttavia – afferma – penso che si possa dire che il costo della nave, dei moli e delle infrastrutture si sia attestato attorno ai 20 milioni di euro».

Un progetto per l’anno a venire

«Stiamo progettando –afferma Rosin – un traghetto a cavo elettrico. In pratica, il traghetto viene alimentato direttamente dalla rete di terra utilizzando cavi elettrici, che vengono recuperati dalla nave che avanza. Il motore diesel sarebbe necessario solo in caso in cui il sistema non funzionasse. Una simile tecnologia in Svezia ha ridotto le emissioni di anidride carbonica del 90%. Il primo traghetto di questo genere sarà operativo in Finlandia il prossimo anno. I benefici saranno: emissioni ancora più limitate; grande efficienza energetica e minori costi di manutenzione, elementi che compenseranno gli investimenti in nuove tecnologie; e poi, chi ha una visione pioneristica, verde, acquista credibilità sui mercati».

La sfida della sostenibilità e l’impegno di Siemens

«Ci troviamo di fronte – afferma Moen – a grandi sfide che stanno trasformando il nostro mondo. Si pensi solo alla digitalizzazione, alla globalizzazione, all’urbanizzazione, e ai cambiamenti climatici e demografici. Ora, ci sono delle ragioni per le quali Siemens si sente determinata a dire la sua, in questi settori. Secondo una ricerca di “Corporate Knights”, Siemens risulta al primo posto nel mondo in fatto di sostenibilità. Infatti, un anno dopo aver lanciato un programma interno relativo alla riduzione dell’anidride carbonica, abbiamo riscontrato un calo di CO2 pari al 20%. Il portfolio ambientale per la de-carbonizzazione della nostra azienda e dei nostri clienti ha generato revenue per 36 miliardi di euro nell’anno fiscale 2016, una somma pari al 46% del fatturato del gruppo. Siemens d’altra investe 4,7 miliardi in ricerca e sviluppo, pari al 5,9% del fatturato. Una politica, quella ambientale che ha consentito l’abilitazione di 4,6 milioni di posti di lavoro a livello globale».

articolo tratto da https://www.industriaitaliana.it/elektra-obbiettivo-zero-emissioni-per-il-nuovo-ferry-boat-ibrido-by-siemens/