Sviluppo di una soluzione fattibile per una futura riprogettazione di uno yacht a vela di 90 metri.

Abstract

La presente tesi analizza l’integrazione di un sistema di accumulo elettrico a batterie, Battery Energy Storage System, nell’impianto di generazione elettrica di SY Athena, un grande yacht a vela di 90 metri. Lo studio nasce dall’osservazione di un disallineamento tra la potenza installata dei gruppi elettrogeni diesel, dimensionata anche in funzione dei picchi di potenza richiesti dal sistema idraulico per le manovre veliche e dei requisiti di ridondanza, e la domanda elettrica tipica dell’imbarcazione, generalmente inferiore alla capacità nominale disponibile. Dopo aver analizzato il contesto tecnico, normativo e operativo, la tesi esamina la configurazione attuale dell’impianto e ricostruisce i principali profili di carico della nave. Su questa base vengono sviluppate e confrontate due strategie di ibridizzazione. La prima prevede l’integrazione della batteria come generatore virtuale, con funzione di riserva immediata in caso di avaria di un gruppo elettrogeno. La seconda considera una riconfigurazione più estesa dell’impianto, basata sulla sostituzione dei generatori esistenti con unità di taglia ridotta e sull’utilizzo della batteria per riserva, peak shaving e supporto ai picchi di carico. I risultati mostrano che la soluzione 1 consente di migliorare la ridondanza e ridurre il funzionamento a basso carico dei generatori durante le condizioni più critiche, mentre la riconfigurazione più profonda permette benefici più ampi in termini di utilizzo dei generatori, consumo di combustibile ed emissioni. Lo studio evidenzia tuttavia che tali vantaggi devono essere valutati insieme ai vincoli di integrazione, sicurezza, spazio disponibile, costi e requisiti regolamentari propri di un intervento di refit.

This thesis investigates the integration of a Battery Energy Storage System into the onboard power generation plant of a 90-metre sailing yacht characterised by a conventional diesel-generator architecture and a significant hydraulic demand associated with sail-handling operations. The study originates from the mismatch between the installed diesel-generator capacity, mainly dictated by peak hydraulic loads and redundancy requirements, and the vessel’s typical electrical demand, which often leads to prolonged low-load operation of the generator sets. Two hybridisation strategies are developed and compared. The first solution retains the existing diesel generators and introduces the BESS as a battery-supported virtual generator, replacing the spinning reserve normally provided by a second running generator during safety-critical operations. The second solution considers a more extensive reconfiguration, based on reduced-size diesel generators combined with battery-supported spinning reserve, peak shaving, and boost functions. In both cases, modifications to the hydraulic system are considered to preserve sail-handling capability under loss of-generation conditions. The results show that the first solution provides a targeted improvement in redundancy and reduces low-load parallel generator operation, but its annual fuel-saving potential remains limited. The second solution achieves a broader improvement in generator utilisation across the vessel’s operational profile, with an estimated annual fuel saving of approximately 55,203 L/year, corresponding to about 21.3% compared with the current configuration. However, this benefit is obtained at the expense of greater refit complexity, higher integration requirements, and additional regulatory considerations. Overall, the study confirms that BESS integration can improve the efficiency, redundancy, and operational robustness of large sailing yacht power-generation systems.