IL PROGETTO

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Descrizione generale del progetto e delle sue finalità

Il progetto è finalizzato a sviluppare un modulo innovativo, il WSM (Wing Sail Module), che sfrutta l’energia del vento per ridurre i consumi di combustibili fossili per la propulsione delle navi. La riduzione dell’inquinamento atmosferico da SOx, NOx e dai gas effetto serra (CO2) è la ragione principale per ridurre l’utilizzo del combustibile fossile. La nuova legislazione IMO (allegato VI di MARPOL), diverse strategie e politiche internazionali e europee e la crescente pressione dell’opinione pubblica stanno spingendo in questa direzione. Sebbene nei decenni precedenti siano stati fatti alcuni tentativi di utilizzare vari tipi di vele, l’energia eolica è ancora inutilizzata nella propulsione navale. 

A seguito della crisi petrolifera del 1973, si era manifestato un grande interesse per i sistemi di propulsione alternativi. Lo sviluppo della tecnologia per la propulsione navale assistita dal vento (WASP) risale alla fine degli anni ’70 con diversi programmi di sviluppo avviati negli USA ed in Giappone: l’esempio più noto è costituito dalla “Shin Aitoku Maru”, costruita nel 1980 a cui hanno fatto seguito altri prototipi, rimasti tutti allo stato sperimentale e mai entrati nella fase operativa. Le ragioni principali della sottoutilizzazione dell’energia eolica nella propulsione navale sono da imputare a due serie di problemi: logistici e gestionali. L’installazione a bordo di sistemi complessi ed ingombranti limita la capacità di carico e di movimentazione delle merci a bordo, mentre una gestione difficile del sistema ne limita l’impiego nelle diverse condizioni meteo. 

La caratteristica principale del sistema WSM è di essere estremamente semplice da gestire, robusto e altamente efficiente nello stesso tempo, rendendolo particolarmente adatto per l’impiego a bordo delle navi. Il modulo WSM è composto da un’ala rigida abbattibile che fornisce la spinta aerodinamica e un basamento dotato di un meccanismo che ne permette la rotazione e l’abbattimento quando non in uso. L’installazione può avvenire su diverse tipologie di nave, in uno o più moduli WSM. In sintesi, il progetto mira a sviluppare un sistema innovativo e rispettoso dell’ambiente, in grado di ridurre l’impatto ambientale del sistema dei trasporti marittimi e che presenta caratteristiche tecniche ed economiche che lo rendono idoneo per essere installato a bordo di diversi tipi di navi mercantili. In particolare RoRo, RoPax e Ferry sono il tipo di navi che possono essere rapidamente ed efficacemente dotate di WSM. La sfida è ridurre le emissioni di gas serra e di altri inquinanti prodotti dalle navi in modo da promuovere un sistema di trasporto marittimo ecologicamente sostenibile.

Obbiettivo finale del progetto

Il progetto ha come obiettivo industriale la validazione di una tecnologia per la propulsione navale assistita dal vento (WASP) tramite la valutazione in ambiente operativo del WSM, che sfrutta l’energia del vento per ridurre la spinta sulle eliche delle navi in modo da ridurre i consumi di olio combustibile per la propulsione. 

Dal punto di vista metodologico, verranno introdotte metodologie innovative di progettazione del sistema di controllo basate sulle tecniche più avanzate presenti nella letteratura scientifica del settore. Ciò conferirà un elevato contenuto scientifico al progetto, rispetto alle tradizionali metodologie di progettazione impiegate in ambito industriale, in quanto a tecniche empiriche (approccio “try-and-error”) si sostituiranno tecniche basate su modelli matematici, portando così alle aziende coinvolte un notevole vantaggio competitivo nei confronti dei competitors, che in genere si affidano a metodologie tradizionali di progettazione. 

Il progetto si concretizzerà con la realizzazione di un dimostratore tecnologico, prototipo in scala del WSM, che verrà installato a bordo di una nave dell’utilizzatore finale Visentini Group, per valutarne le prestazioni e consentire di acquisire elementi utili all’industrializzazione del sistema di propulsione eolico.

Il progetto è caratterizzato dalle seguenti fasi: 
– Definizione delle specifiche del sistema;
– Individuazione delle tecnologie idonee per lo sviluppo del WSM; 
– Ricerca progettuale finalizzata all’ottimizzazione energetica;
– Costruzione di un modello a scala ridotta del WSM per valutare la fattibilità;
– installazione del WSM a bordo di nave dell’utilizzatore finale per la verifica delle prestazioni attraverso sistemi di misurazione.

Attività di ricerca industriale

Fase 1: definizione dei requisiti

1.1 – Individuazione dei requisiti operativi. 
Verrà definito lo scenario operativo in cui operano le navi mercantili su cui verrà imbarcato il WSM (stato del mare, forza del vento, rollio e beccheggio) e le interferenze con le operazioni di imbarco/sbarco delle merci.

1.2 – Definizione delle specifiche del sistema. 
Verranno definiti i requisiti funzionali del sistema per consentire un corretto impiego del WSM a bordo delle navi.

Fase 2: Definizione delle tecnologie

2.1 – Studio aerodinamico del profilo alare.
L’ala progettata tenendo conto dei requisiti operativi e tecnici definiti nella Fase 1. Il profilo alare verrà ottimizzato con simulazione FEM.
2.2 – Definizione delle caratteristiche strutturali dell’ala. 
In funzione dei vincoli definiti nella Fase 1, verranno definiti gli sforzi ed i carichi a cui sarà sottoposta l’ala, il tipo di materiale e diverse tecniche di costruzione per la produzione e per il dimostratore.
2.3 – Individuazione della tecnologia idonea per il cinematismo del sistema (attuatore elettro-idraulico).
In funzione dei requisiti operativi e tecnici individuati nella fase 1, ed in funzione degli sforzi determinati nella fase 2.2, si progetterà il sistema di movimentazione dell’ala tenendo conto dei gradi di libertà necessari per ottenere il movimento di lavoro (durante l’uso come aiuto alla propulsione) e di sgombero.
2.4 – Individuazione della tecnologia idonea per il sistema di automazione.
In funzione delle specifiche del sistema, e operando sinergicamente con la Fase 2.3, si studierà e si individuerà la tecnologia più idonea per il sistema di automazione e controllo.

2.5 – Definizione delle caratteristiche dell’interfaccia nave. 

Verrà analizzata l’interazione tra la propulsione del vento ed il sistema di propulsione convenzionale. In particolare, la propulsione dovrà essere ottimizzata per gestire l’apporto della spinta del vento che cambia con le condizioni meteo con un automatismo che consenta di gestire la navigazione compensando lo scarroccio.

Fase 3: Integrazione delle tecnologie

3.1 – Definizione delle caratteristiche del Wing Sail Module (WSM).
Verrà studiata l’integrazione delle tecnologie che permettano il funzionamento del WSM in base alle specifiche funzionali precedentemente stabilite.
3.2 – Progettazione del dimostratore tecnologico.
Verranno definite le caratteristiche del dimostratore tecnologico, che sarà una realizzazione in scala (presumibilmente 1:4) del WSM, in modo da consentirne una valutazione operativa con elevato grado di affidabilità. Questa fase richiederà la realizzazione di un assieme che integri le varie componenti meccaniche, cinematiche, elettroidrauliche ed elettroniche in un progetto esecutivo atto alla realizzazione del prototipo
3.3 – Progettazione funzionale di un sistema di misura. 
Verrà definito lo schema funzionale del sistema di misura, sulla base delle caratteristiche del dimostratore e della scelta delle grandezze rilevanti per la validazione dello stesso.
3.4 – Costruzione del dimostratore tecnologico.
Realizzazione in scala del dimostratore tecnologico progettato in conformità del punto 2.3, con particolare cura della movimentazione mediante attuatori elettromeccanici.

Fase 4: Validazione del dimostratore tecnologico

4.1 – Piano delle prove in laboratorio ed in mare 
Il Piano delle Prove è funzionale a gestire in maniera coordinata i test tecnici e sperimentali sia in officina che in mare, per consentire una raccolta dati significativa per consentire una accurata e reale valutazione delle caratteristiche del sistema.
4.2 – Verifiche funzionali in laboratorio. 
Prove di collaudo su basamento realizzato appositamente per simulare l’installazione su una nave. Verifica degli sforzi necessari per la movimentazione del dimostratore e verifica degli sforzi trasmessi dal dimostratore stesso al supporto di collaudo
4.3 – Installazione a bordo del dimostratore tecnologico. 
Il dimostratore tecnologico verrà installato su di una nave Ro-Ro appartenente all’utilizzatore finale, Visentini Group, per la verifica delle prestazioni.

4.4 – Verifica delle prestazioni del dimostratore tecnologico. 
Le prestazioni del sistema saranno sperimentalmente verificate, in modo da poter confermare il grado di TRL raggiunto dal sistema.

timeline

Le tappe del progetto

Ottobre, 2018

Inizio Progetto

Inizio progetto WEPAS con costituzione ATS e definizione delle attività di progetto

Ottobre, 2018

Giugno, 2020

Dimostratore Tecnologico

Realizzazione in scala del dimostratore tecnologico e sua presentazione a un selezionato gruppo di armatori. 

Giugno, 2020

8-11 Settembre, 2020

SMM di Amburgo

Partecipazione alla fiera SMM di Amburgo per la presentazione del progetto alla International Windship Association.

8-11 Settembre, 2020

Ottobre - Dicembre, 2020

Test on field

Installazione del prototipo a bordo di una unità del Gruppo Visentini e verifica delle prestazioni del sistema WSM. 

Ottobre - Dicembre, 2020

31 Gennaio, 2021

Conclusione

Fine progetto WEPAS.

31 Gennaio, 2021