Retrofit di un impianto di propulsione: elettrificazione di un traghetto passeggeri

Abstract

La presente tesi analizza la fattibilità tecnica e l’impatto ambientale della conversione elettrica di un traghetto passeggeri che opera sulla rotta Malta-Comino, una delle località turistiche più frequentate di Malta. Il progetto è stato motivato dall’impatto ambientale generato dalle frequenti operazioni di trasporto marittimo in un’area costiera sensibile e dalla necessità di individuare strategie di decarbonizzazione applicabili alle imbarcazioni esistenti. L'obiettivo era verificare se una completa elettrificazione potesse preservare le prestazioni operative riducendo al contempo le emissioni di gas serra. Partendo dai dati dell'imbarcazione esistente, lo scafo è stato ricostruito e utilizzato per eseguire una previsione della resistenza tramite il metodo di regressione WUMTIA, includendo la resistenza delle appendici e quella dell'aria. È stato adottato un approccio progettuale iterativo: la stima preliminare del peso e la previsione della potenza sono state perfezionate dopo la definizione del sistema di propulsione elettrica, consentendo di ottenere risultati progressivamente più accurati. L'impianto di propulsione è stato riprogettato con un motore elettrico e riduttore. Il sistema di batterie installato utilizza moduli agli ioni di litio NCA e le sue dimensioni sono state determinate analizzando lo stato di carica durante una giornata operativa estiva e una invernale. Nonostante l'aumento del dislocamento dovuto all'installazione delle batterie, la configurazione finale soddisfa i requisiti di stabilità e mantiene la velocità di crociera e il profilo di servizio richiesti. Dopo il confronto ambientale, i risultati mostrano che la configurazione elettrica produce emissioni di CO₂eq inferiori rispetto alla configurazione diesel convenzionale, anche in un sistema elettrico che dipende in gran parte dal gas naturale, come la rete di Malta. Lo studio dimostra che il retrofit elettrico di questa unità è tecnicamente fattibile senza compromettere le prestazioni.

This thesis investigates the technical feasibility and environmental impact of a full-electric retrofit of a small passenger ferry operating on the Malta–Comino route, one of the most intensively visited touristic places in the Maltese archipelago. The project was motivated by the environmental pressure generated by frequent short-sea operations in a sensitive coastal area and by the need to identify practical decarbonisation strategies applicable to existing vessels. The objective was to verify whether a complete electrification could preserve operational performance while reducing greenhouse gas emissions. Starting from the data of the existing vessel, the hull was reconstructed and used to perform a resistance prediction through the WUMTIA regression method, including appendage and air resistance. An iterative design approach was adopted: preliminary weight estimation and power prediction were refined after the definition of the electric propulsion system, allowing progressively more accurate results. The propulsion plant was redesigned through propeller–motor matching, leading to the selection of a permanent magnet electric motor and reduction gearbox. The installed energy storage system uses NCA lithium-ion modules, and its size was determined by analysing the state of charge during a summer and winter operating day. Despite the increase in displacement due to the battery installation, the final configuration complies with stability requirements and maintains the required cruising speed and service profile. After the environmental comparison, results show that the electric configuration produces lower operational CO₂eq emissions than the conventional diesel arrangement, even in an electricity system largely dependent on natural gas, such as the grid of Malta. The study demonstrates that full-electric retrofitting of small passenger vessels operating on short routes is technically feasible without compromising performance.