Uno strumento di gestione intelligente dell’energia per barche a vela che garantisce autonomia per le imbarcazioni e completa sicurezza dei passeggeri durante ogni traversata. Si tratta di E3S (Energy Smart Sailing Ship), progetto innovativo complesso e multidisciplinare promosso da SEGULA Technologies che per quattro anni ha visto impegnate diverse figure professionali di differenti ambiti scientifici e tecnici, in collaborazione con il laboratorio di ricerca IRDL (UMR-CNRS-6027).
E3S combina un sistema di supporto decisionale, intelligenza artificiale (AI) con capacità di autoapprendimento, un’avanzata interfaccia uomo-macchina (HMI) e la gestione intelligente di produzione, consumo e stoccaggio di energia in una rete ibrida autonoma.
Grazie ad algoritmi di ottimizzazione, il tool propone una gestione ottimale dell’energia durante tutta la crociera, consentendo di minimizzare il consumo e le perdite di energia; ottimizzare l’autonomia energetica del veliero; e massimizzare il comfort e la sicurezza dei passeggeri.
Attualmente, il progetto è in stato sufficientemente avanzato per considerare la costruzione di un prototipo di laboratorio, la cui convalida è prevista per il 2023, a cui seguirà un modello in scala reale – sviluppato e testato in situ – a bordo di un veliero in crociera e soggetto a vincoli reali.
La necessità di una strategia smart di gestione dell’energia a bordo di un veliero
Durante le lunghe traversate in mare, una barca a vela è isolata da qualsiasi approvvigionamento energetico. Inoltre, i velieri a lunga percorrenza sono alimentati da diverse fonti di energia, sempre più numerose (generatore diesel, fotovoltaico, eolico, ecc.) e attrezzate per garantire sicurezza, navigazione e servizi. Questo approccio dà luogo a una rete elettrica ibrida complessa e difficile da gestire, con la necessità di automatizzarla per garantire comfort e tutela dei passeggeri. Operazione complicata dalla variabilità meteorologica e del comportamento dei passeggeri, per cui è difficile stimare la produzione e il consumo di energia.
Una delle particolarità della rete a bordo di un veliero è l’esistenza di numerosi carichi di grande potenza, che consumano quanto un appartamento (riscaldamento, forno, piastre di cottura, lavatrice, ecc.). Ciò rappresenta un ulteriore vincolo per la stabilità della microgrid elettrica di bordo. Di conseguenza, le soluzioni esistenti per i sistemi di bordo, spesso di bassa potenza, non sono applicabili.
Il tool di gestione E3 include un algoritmo di ottimizzazione che definisce e propone l’implementazione di una strategia di gestione energetica, adattata alle condizioni generali di navigazione e al comportamento dei passeggeri, tutto in tempo reale. Questo sistema completa le installazioni esistenti a bordo adattandosi alla configurazione di rete già implementata dal costruttore della barca a vela.
Algoritmi ottimizzati per una gestione intelligente dell’energia lungo le traversate in mare
E3S permette di prevedere uno scenario energetico per il corso della crociera, apportare correzioni in tempo reale, tenendo conto di pericoli e variabili che hanno un impatto diretto sulle fonti e sui carichi a bordo (meteo, velocità di viaggio, comportamento dei passeggeri, ecc.) grazie a una soluzione basata su una gestione multi-layer (in questo caso, tre livelli) dell’energia.
Un livello di gestione a lungo termine è rappresentato da un algoritmo di ottimizzazione per l’intero viaggio che utilizza una fase temporale di più di un’ora (ad esempio 4 ore), con lo scopo di massimizzare l’autonomia del veliero, concentrandosi sulla gestione dell’immagazzinamento di energia e del carburante disponibile. Questo algoritmo tiene conto delle variabili relative alla produzione complessiva e al carico, ricalcolando i valori ottimali ad ogni fase temporale.
Esiste poi un livello di gestione a breve termine che si basa su un algoritmo di ottimizzazione applicato su una durata più breve (ad esempio 48 ore), utilizzando una fase temporale di pochi minuti, con l’obiettivo di massimizzare il comfort dell’utente concentrandosi sulla distribuzione dell’energia tra le diverse attrezzature elettriche, compresi tutti i carichi a bordo.
Infine, un livello di gestione dinamica (in tempo reale) mira a gestire la microgrid multi-fonte/multi-carico a bordo del veliero, utilizzando i risultati sui flussi di energia provenienti dai due livelli precedenti, garantendo la stabilità della rete agendo sui convertitori statici.
Energia verde per l’indipendenza da fonti inquinanti
Ma non finisce qui, perché E3S promuove l’uso di energie rinnovabili, assicurando il difficile compromesso tra massimizzazione del comfort dei passeggeri e minimizzazione delle perdite di energia, favorendo sistemi di accumulo di energia verde per massimizzare l’autonomia del veliero, assicurandone l’indipendenza da fonti di energia inquinanti.
Questo è possibile grazie agli algoritmi di ottimizzazione che garantiscono istantaneamente il bilanciamento tra domanda di energia, produzione di energia rinnovabile, stoccaggio e generatore termico (sicurezza energetica).
Così il sistema E3S apporta un elevato valore aggiunto al veliero, con un minimo costo di investimento (acquisto, installazione e manutenzione), è compatto, facile da implementare e si adatta perfettamente alla configurazione di ogni imbarcazione, rendendola più sicura e confortevole.
