Mase Generators: generatori a bordo

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Le barche ipertecnologiche di oggi hanno sempre più bisogno di energia elettrica per funzionare. Per questo i generatori di energia elettrica sono un elemento che non può mancare a bordo di un’imbarcazione. Ne parliamo con il presidente di Mase Generators.

La propulsione elettrica nelle sue varie forme – full electric, ibrido, Diesel elettrico – sta trasformando profondamente la tecnologia navale, così come quella terrestre. Ma i componenti di questa trasformazione non sono solo il motore propulsivo e tutto ciò che gli ruota attorno, bensì tutto il sistema di generazione, gestione e trasformazione dell’energia. Un sistema complesso che richiede l’integrazione funzionale ed efficiente dei vari componenti, quali sono il motore propulsivo, i generatori di energia elettrica, batterie, inverter, centraline di distribuzione e molto altro.

In questi sistemi così complessi i generatori di energia elettrica sono elementi fondamentali su qualsiasi imbarcazione di dimensioni minimamente significative perché, oltre a produrre l’energia per il cosiddetto hotel di bordo, ovvero i servizi, forniscono energia per la propulsione nei nuovi sistemi ibridi o Diesel elettrici. E, in questo contesto, essi devono necessariamente dialogare con tutti gli altri elementi del sistema. Di conseguenza, chi costruisce generatori ha necessariamente una profonda conoscenza di tutto questo complesso.

Così, per capire meglio come funzionano i generatori, come si integrano e come funzionano in questi sistemi, abbiamo rivolto qualche domanda a Luigi Foresti, presidente della Mase Generators S.p.A. Questa società, con sede a Cesena, è da 50 anni all’avanguardia nello sviluppo e nell’innovazione dei generatori di energia elettrica di tutte le taglie ed è caratterizzata da uno spirito pioneristico che si è concretizzato in Italia con la realizzazione di progetti all’avanguardia, come il primo gruppo elettrogeno marino e gli scooter elettrici.

Come vi posizionate oggi, nell’ambito della propulsione elettrica nautica?
Con i nostri generatori siamo presenti su tante barche di molti cantieri, comprese quelle dotate di nuovi sistemi propulsivi Diesel elettrici e ibridi. In questi ultimi anni abbiamo rafforzato la nostra collaborazione con varie aziende che sviluppano sistemi elettrici e propulsivi di bordo, tra cui il più importante è sicuramente Siemens Energy per il quale abbiamo realizzato i gruppi da 250 kW montati sul primo Tankoa ibrido, il 50 metri Binta d’Or. Sempre con Siemens abbiamo realizzato anche gruppi di potenza inferiore, tra i 130 ed i 180 kW, e produrremo dei gruppi da 500 kW per una nave a propulsione elettrica.

Perché oggi il generatore a bordo è così importante?
Una volta, il generatore a bordo era semplicemente un elemento ausiliario al motore propulsivo. Oggi invece, anche grazie all’enorme evoluzione tecnologica degli ultimi anni, il generatore è sempre più importante perché da una parte fornisce energia per tutti quei servizi di bordo non legati direttamente alla propulsione, ma considerati irrinunciabili, dall’altra è parte integrante dei nuovi sistemi propulsivi Diesel elettrici e ibridi. Questo cambiamento, insieme alla necessità di ridurre le emissioni e l’inquinamento, ha spinto tutti i produttori a cercare di realizzare nuovi generatori più efficienti e compatti, nonché meno inquinanti e meno rumorosi.

Qual è stata l’esperienza di Mase?
Un po’ di anni fa abbiamo iniziato un percorso per efficientare i nostri generatori passando da quelli a giri fissi, che hanno un alternatore sincrono o asincrono con un’efficienza del 70-80{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8}, a quelli a giri variabili, che invece hanno un alternatore a magneti permanenti con un’efficienza del 90-95{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8}.

Dunque, già solo con questa innovazione abbiamo ottenuto un aumento di rendimento tra il 10 e il 20 {2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8}. Inoltre, dato che nel generatore a giri variabili il regime varia in funzione del carico, ovvero della richiesta di energia, riusciamo a ottenere un ulteriore aumento di efficienza rispetto ad un generatore a giri fissi che, invece, gira semprenello stesso modo, anche con poco carico, ed è quindi meno efficiente e consuma di più. Questi due aspetti ci hanno spinto, dal 2013, a sviluppare questa nuova tecnologia, anche sollecitati dai cantieri che richiedevano sempre più potenza a bordo per i nuovi sistemi propulsivi elettrici, ibridi e Diesel elettrici che stavano diffondendosi.

Quali sono le differenze tra questi sistemi?
Una barca con propulsione totalmente elettrica è, come dice la parola stessa, dotata di soli motori elettrici alimentati da batterie che vanno ricaricate a terra oppure a bordo mediante fonti rinnovabili, come ad esempio i pannelli fotovoltaici. Una barca con un sistema propulsivo Diesel elettrico, invece, dispone di motori propulsivi elettrici ai quali l’energia viene fornita dalle batterie di bordo oppure dai generatori, quindi motori termici convenzionali che forniscono energia anche alle batterie di bordo.

Il sistema ibrido, invece?
Una barca con un sistema propulsivo ibrido seriale è quella sulla quale un motore elettrico è montato in serie a un motore termico convenzionale, con il risultato che si possono sommare le potenze di entrambi i motori oppure utilizzarne uno solo. Ad esempio, se uso solo il motore termico, la rotazione dell’asse può essere utilizzata per generare energia con il motore elettrico montato in serie che, in questo caso, funziona da alternatore. Posso poi utilizzare solo i due motori elettrici propulsivi alimentati da un solo motore termico in funzione. Si tratta di una modalità molto interessante soprattutto quando si viaggia a basse velocità, nei trasferimenti, in cui è sufficiente la potenza erogata dai due motori elettrici che sono molto efficienti anche a questi bassi regimi, ai quali invece un motore termico è molto meno efficiente. In pratica si naviga con un solo motore Diesel acceso consumando molto meno gasolio. Più in generale, il sistema ibrido è molto flessibile in quanto permette, come accennato, diverse modalità di utilizzo. Proprio la possibilità di scegliere la migliore modalità permette poi di essere più efficienti, risparmiare gasolio e ridurre le emissioni inquinanti.

Fra i tre sistemi qual è quello che promette un maggiore sviluppo?
Oggi per l’elettrico totale è ancora troppo presto: i costi sono ancora alti e le autonomie limitate. E poi c’è da valutare il costo ecologico di questa scelta. Invece, nei settori Diesel elettrico e ibrido seriale ci sono ampie prospettive di sviluppo perché, già ora, con la tecnologia che abbiamo a disposizione, si riesce a rendere più efficiente uno yacht del 20-30{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8}.

Questa maggiore efficienza è possibile solo su yacht dislocanti con potenze contenute?
A dir la verità, la nostra prima applicazione ibrida è stata realizzata su una barca planante. Infatti, su questa tipologia di barche i motori sono generalmente sovradimensionati in funzione della velocità massima di navigazione, velocità a cui, però, raramente si naviga. Invece, si naviga molto più tempo ad andature più basse, per le quali queste potenze risultano eccessive e, quindi, il sistema propulsivo diventa poco efficiente.

Proprio per queste velocità ridotte è possibile prevedere l’utilizzo dei motori elettrici che poi possono anche essere utilizzati come booster di potenza quando si richiedono le massime prestazioni. Come dicevamo prima, con i motori elettrici è anche possibile prevedere nuovi profili di utilizzo della barca, più economici e confortevoli. Più in generale, l’utilizzo dei motori elettrici a bordo sta generando nuovi scenari e rivoluzionando il mondo della progettazione nautica e navale.

Può farci qualche esempio?
Abbiamo fatto delle analisi su alcune barche veloci per la pesca sportiva d’altura analizzando i loro profili operativi. Tipicamente, con queste barche si naviga per un’ora a 40 nodi per raggiungere la zona di pesca per poi andare a 3-4 nodi per 6-7 ore con due enormi motori in funzione che fanno una gran fatica a funzionare tutto questo tempo al minimo, con consumi elevati. Infine, finita la battuta di pesca, si rientra in porto di nuovo a 40 nodi per un’ora.

Se su questa tipologia di barche si monta una coppia di motori termici più piccoli abbinati a due motori elettrici, in modo che la potenza complessiva sia la stessa necessaria a fare i 40 nodi dell’esempio, sarà possibile navigare a basse velocità con i soli motori elettrici alimentati dalle batterie o da un generatore, consumando molto di meno e senza le vibrazioni e il fumo di due motoroni Diesel che vanno al minimo per ore. Tutto questo ha senso ed è possibile, soprattutto ora che abbiamo a disposizione i nuovi generatori a giri variabili, molto compatti e potenti.

Una soluzione del genere diventa poi migliore anche in termini di sostenibilità ambientale, perché è più efficiente e consente, nel suo complesso, la possibilità di avere più profili d’utilizzo che permettono minori consumi e minori emissioni. Ecco il motivo del grosso interesse per questo tipo di impianti ibridi seriali per i quali stiamo sviluppando nuovi generatori ancora più efficienti e sostenibili, poiché saranno dotati di sistemi d’avanguardia per il trattamento dei gas di scarico e avranno tutte le certificazioni green più severe.

Si tratta però di un sistema più complesso e, quindi, potenzialmente meno sicuro.
In realtà è il contrario. Infatti, è vero che un sistema ibrido del genere è più complesso da realizzare, ma questo è un problema dei sistemisti che costruiscono il puzzle mettendo insieme generatori, motori, batterie, interfacce di comunicazione e distributori di energia (DC BUS), software di gestione eccetera. Una volta realizzato, è invece altrettanto vero che è un sistema ridondante, quindi intrinsecamente più sicuro. Oltre ad essere, come dicevamo, un sistema più flessibile con molti profili di uso che facilitano molto l’utilizzatore che dovrà solo scegliere l’opzione migliore.

Come Mase vi fermate alla produzione di energia, ai generatori?
Per i grandi impianti forniamo i generatori al sistemista che poi compone l’insieme. Come, ad esempio, è accaduto per il sistema montato sul Tankoa Binta d’Or. Per impianti più piccoli abbiamo invece una produzione standard di generatori a giri variabili che al loro interno hanno un DC BUS che gestisce la potenza da erogare. Si tratta di generatori intelligenti che al loro interno hanno tutto quello che serve a generare e gestire l’energia prodotta. Anche con funzioni innovative. Ad esempio, tutti i nostri generatori a giri variabili sono forniti con la funzione di parallelo che permette, con un solo cavo di dialogo, di abbinare due generatori e farli andare in sincronia su un’unica linea e, così, fornire una potenza complessiva pari alla somma delle potenze dei singoli generatori. Si tratta di una funzione molto utile che fino ad oggi non esisteva, almeno sulle imbarcazioni medio piccole. Stiamo parlando dei nostri generatori VS, Variable Speed, che fanno parte della produzione standard e che vanno dai 6 ai 15.5 kW.

Per i generatori di potenza maggiore?
Quando si parla di grandi impianti che richiedono potenze maggiori, si tratta di sistemi ogni volta diversi. Di conseguenza ogni generatore deve avere le sue specifiche caratteristiche ed essere costruito custom. Ad oggi abbiamo realizzato generatori da 130, 180, 250 kW e ora ci stiamo cimentando con uno da 500 kW che entrerà in produzione nel 2022.

Come costruite i vostri generatori?
Come tutti i produttori di generatori utilizziamo motori commerciali. Ma, rispetto agli altri, siamo un po’ atipici perché utilizziamo motori industriali e non marini. Questo per una serie di motivi. Innanzitutto, i motori industriali sono più diffusi e, conseguentemente, sono generalmente più avanzati. Ad esempio, ci sono motori industriali con un livello di emissioni inferiore rispetto ai motori marini. Per questo, già dal 1990, la MASE ha scelto di marinizzare dei motori industriali invece di utilizzare motori marini già marinizzati. Tra l’altro, questa scelta ci permette di offrire dei generatori con un livello di emissioni molto inferiore a quello richiesto dalle attuali normative nautiche. Si pensi che, ad oggi, in Europa, fino a 130 kW non ci sono prescrizioni sul livello di emissioni dei generatori montati a bordo.

Quindi Mase acquista il motore industriale e su questo costruisce il generatore?
Esatto. Mase marinizza il motore in accordo con il suo fabbricante, che l’approva. Questo significa che la garanzia del produttore rimane intatta. In caso di problemi si potrà quindi fare riferimento sia al costruttore sia a Mase. Nella pratica preferiamo, però, intervenire sempre noi perché siamo in grado di agire sia sul motore sia sulla parte elettrica, in modo integrato. E possiamo farlo ovunque, grazie alla rete di assistenza specialistica Mase diffusa in tutto il mondo.

Riassumendo, la vostra produzione che cosa comprende?
Comprende generatori standard, da catalogo, dai 2.7 ai 135 kW, per poi passare ai generatori custom di cui abbiamo parlato. Per quanto riguarda i generatori standard, abbiamo 3 famiglie: la gamma VS, ovvero quella a giri variabili, comprende 18 modelli con potenze dai 6 ai 15 kW; la gamma IS, intercooler system, dai 2.5 ai 36 kW; infine, la gamma Mariner.

Dei generatori a giri variabili abbiamo già detto. Che cosa ci può dire delle altre due gamme di generatori?
La gamma intercooler system IS è figlia dell’innovazione che lanciò Mase sul mercato a fine anni ’80. Si tratta di motore raffreddato ad aria in un box chiuso.

In pratica una sala macchine in miniatura. Un’applicazione allora ritenuta “impossibile” resa possibile da un particolare sistema di raffreddamento che controllava la temperatura all’interno del box. Con questa innovazione, che poi abbiamo adottato su tutti i nostri prodotti IS, il funzionamento del gruppo elettrogeno è bilanciato sulla temperatura dell’acqua di mare e non sulla temperatura ambiente. Poi, tramite uno scambiatore di calore, riusciamo a garantire sia al motore sia all’alternatore aria fresca per la combustione del motore e il raffreddamento dell’alternatore.

Questo particolare è importantissimo perché l’acqua di mare, per quanto possa essere calda, non supera mai i 30 gradi, mentre l’aria all’interno della sala macchine arriva a oltre 50 gradi. Ora, se ricordiamo che la potenza di un generatore che funziona a 50 gradi ha una perdita di efficienza del 15-20{2e3577d2bd6aebaa150c85c33fcd353783f1aa6c690283591e00ef60b3336fc8} rispetto alla potenza dichiarata alla temperatura standard di 20-25 gradi, un generatore con una potenza nominale di 8 kW – 7kW di potenza continuativa – avrà poi una potenza effettiva di 5, 6 kW a causa della perdita di efficienza dovuta alla temperatura di funzionamento. L’efficienza dei nostri generatori rimane, invece, elevata perché, essendo bilanciati sull’acqua di mare, non hanno questo problema.

Tocca ora alla gamma Mariner.
La gamma Mariner è orientata verso le barche da lavoro e commerciali che non hanno l’intercooler dei sistemi IS e VS. Infatti, trattandosi di macchine da lavoro, sono generalmente sovradimensionate, si trovano in sale macchine più grandi dove hanno più spazio, con sistemi di raffreddamento anch’essi più grandi.

Quindi i generatori Mariner sono macchine più semplici, che hanno bisogno di meno manutenzione, sono più economiche e affidabili eccetera: insomma macchine preferibili per le applicazioni lavoro. Pensiamo a un peschereccio, dove l’affidabilità e la durata nel tempo sono prioritari, anche a discapito di un maggiore rumore e maggiori vibrazioni o di una perdita di efficienza. Di fatto sono macchine analoghe a quelle dei nostri competitor, che però noi proponiamo espressamente per applicazioni lavorative, mentre per il diporto abbiamo i nostri generatori VS e IS.

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