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Alimentare le gru a torre spendendo meno e con un minore inquinamento
30 luglio 2025
Il Dott. Andrew Deakin discute le diverse tecnologie e le sfide per alimentare in modo più efficiente le gru a torre. Alex Dahm riferisce

Indagando sul modo in cui vengono alimentate le gru a torre emergono notizie sorprendenti, soprattutto per quanto riguarda l'efficienza o, nella maggior parte dei casi, una sua evidente mancanza.
"Qual è il modo più efficiente per alimentare le gru a torre?", ha chiesto il dott. Andrew Deakin, direttore tecnico di Dumarey Green Power con sede nel Regno Unito, aprendo la discussione alla conferenza sulle gru a torre dell'ITC del 2025, tenutasi a Roma all'inizio di giugno.
Per rispondere a questa domanda, Deakin ha analizzato dati reali, tra cui le emissioni effettive di anidride carbonica (CO2) generate dall'alimentazione delle gru a torre. Ha esaminato una serie di soluzioni, oltre ai generatori diesel convenzionali, tra cui sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS), tecnologia a volano e combustibili alternativi. Sono stati considerati costi finanziari e di altro tipo, ad esempio le emissioni di anidride carbonica (CO2).
Per un esempio di dati sul ciclo di lavoro reale, Deakin ha utilizzato un sito con gru a torre a braccio impennabile Terex CTL 1600 in funzione a Londra per Select Plant. Dumarey ha azionato un volano su una di queste gru per circa 18 mesi e ha registrato i dati. La gru è in funzione tutto il giorno e sembra piuttosto impegnata, afferma Deakin. È una grande gru a torre, con una potenza di trazione compresa tra 250 e 300 kilowatt. Normalmente sarebbe alimentata da una rete elettrica da 400 kVA o da un generatore da 650 kVA.
Ingrandendo un grafico dei consumi, è chiaro che ci sono lunghi periodi, anche se la situazione sembra molto caotica, in cui la gru consuma pochissima energia. Considerando la potenza media per l'intera giornata, anche se si tratta di una gru da 300 kilowatt, la media è di circa 11 kilowatt. "Non abbiamo bisogno di tutta questa energia per azionare la gru. Sarebbero circa 110 kilowattora per l'intera giornata", ha affermato Deakin.
Considerando il generatore da 650 kVA, "funziona in media a circa il 2,1% della sua potenza di picco. Questi generatori sono notevolmente sovradimensionati, ma devono gestire i picchi e gli elevati transitori".
Dal punto di vista delle emissioni, la prima scelta è quella di alimentare la gru con la rete elettrica. "In questo modo non bruceremo gasolio e dovremmo emettere meno CO2". La quantità di CO2 immessa nella rete dipende dal Paese in cui la gru opera. In Francia si dice che sia prossima allo zero grazie all'energia nucleare. Il Regno Unito si attesta su circa 124 grammi di CO2 per kilowattora e la media UE è di 242. L'Italia è di circa 376 e la Polonia di 662, a causa delle centrali elettriche a carbone. È comunque meglio alimentare la gru con quella rete relativamente inquinata piuttosto che utilizzare un gruppo elettrogeno diesel.
"Significa che se prendiamo una grande gru a torre con un consumo energetico medio di circa 10 kilowatt, ciò significa che vengono prodotti tra zero e sei chilogrammi di CO2 all'ora per alimentare quella gru, se è collegata alla rete elettrica."
Le gru a torre necessitano di un'elevata fornitura di energia elettrica. Una piccola gru in genere necessita di 75 kVA, una media di 150 kVA e una grande di 300 kVA. La CTL 1600, al top di gamma, necessita di 400 kVA. Un sito con cinque di queste grandi gru potrebbe necessitare di una fornitura di rete da 1 a 1,5 MVA, che potrebbe non essere disponibile, quindi vengono utilizzati cinque grandi generatori diesel.
"Ovviamente, questo si tradurrà in emissioni relativamente elevate. Dovremmo riuscire a fare di meglio", suggerisce Deakin.
Dimensionamento della potenza
Per gru di diverse dimensioni, il fabbisogno energetico medio è molto basso: da 2 a 3 kilowatt per una gru piccola; da 4 a 7 kW per una media; e da 8 a 12 per una grande. I carichi di picco, tuttavia, sono piuttosto elevati rispetto a questo: 50, 100 e 200 kilowatt (SML). Le dimensioni del generatore sono circa due volte e mezzo più grandi, per gestire i picchi e i transitori. Un carico medio, tuttavia, tende a essere circa il 2,5% della capacità di picco del gruppo elettrogeno. "Stiamo installando un generatore di grandi dimensioni per far fronte a una potenza media molto bassa."
Per gestire i carichi transitori vengono utilizzati generatori di grandi dimensioni. L'efficienza del generatore, quando la gru è in funzione e solleva carichi pesanti, è probabilmente compresa tra il 50 e il 60% del carico, mentre il generatore funziona con un'efficienza compresa tra il 35 e il 40%, un'efficienza tipica di un motore diesel.
"Se consideriamo la domanda media di una gru a torre, però, scendiamo al 2,5% di carico. Significa che stiamo lavorando con un'efficienza del 5-10%. È piuttosto scarsa. La domanda è: cosa possiamo fare? Se dobbiamo usare generatori diesel, come possiamo aumentare quell'efficienza?"
I motori diesel hanno un'efficienza del 40% a piena potenza. L'energia del carburante viene dispersa in molti modi durante il processo di combustione e il funzionamento del motore. Pompa dell'acqua, turbocompressore, alternatore, ecc. consumano energia e si verificano perdite meccaniche lungo tutto il percorso. Gran parte dell'energia viene sprecata sotto forma di calore, attraverso i gas di scarico del motore e il sistema di raffreddamento.

Efficienza del motore
Utilizzando un generatore da 500 kVA che funziona con un'efficienza ottimale del 40% (potenza frenante all'albero motore), si ottengono circa 400 kilowatt. Si verificano 50 kilowatt di perdite meccaniche, che rimangono invariate indipendentemente dal carico. A questi si aggiungono 600 kilowatt sprecati in calore. "In pratica, bruciamo carburante per produrre mille kilowatt, per ricavarne 400 kilowatt di energia utile".
Applicando questo concetto a un'applicazione di gru a torre, dove il motore lavora alla massima efficienza ma con un carico medio di circa il 2,5%. "In questo caso, otteniamo circa il 7% di potenza utile e il 93% viene semplicemente trasformato in calore. Ora torniamo alle perdite meccaniche: ora rappresentano circa il 38% dell'energia nel carburante, semplicemente superando l'attrito del motore e tutti gli altri fattori."
La maggior parte della potenza di avviamento viene trasformata in perdite meccaniche, con un'efficienza complessiva del 7%. Torniamo al generatore da 500 kVA: ci sono 10 kilowatt di lavoro utile e 50 kilowatt di perdite meccaniche. Anche in questo caso, il numero è lo stesso, e 140 kilowatt finiscono per uscire dal motore sotto forma di calore di scarto.
Se pensate che questo sia un problema, può essere ancora peggio con i motori EU Stage Five. "Ho visto nei cantieri un generatore da 500 kVA con un banco di carico da 100 kilowatt, e molti generatori hanno anche banchi di carico [permanenti] integrati. Quindi ora abbiamo il 3% di lavoro utile e il banco di carico ne assorbe il 28%. Siamo al 3% di efficienza e il 97% dell'energia nel combustibile viene semplicemente trasformato in calore di scarto. La conclusione è che con EU Stage Five possiamo peggiorare notevolmente l'efficienza".
Quali sono i costi?

Un generatore da 500 kVA EU Stage III A che alimenta una grande gru a torre consuma in media 15 litri di gasolio all'ora, per 60 ore settimanali. Ciò equivale a 45.000 litri di gasolio all'anno, ovvero 67.500 euro a 1,50 euro al litro, e a 120 tonnellate di CO2. Un gruppo elettrogeno Stage Five equivalente potrebbe consumare 200.000 euro di gasolio.
Del denaro speso per il carburante, solo 4.500 euro vengono trasformati in energia per azionare la gru. Il resto, ben 63.000 euro, viene sprecato in calore. "La domanda è quindi: come possiamo ridurre questi 63.000 euro di spreco? Se avessimo un motore diesel con un'efficienza del 40%, quel costo si ridurrebbe a 13.500 euro all'anno."
Per fare un paragone, se la gru funzionasse con l'elettricità della rete elettrica, il costo per lo stesso lavoro sarebbe di circa 7.500 € all'anno.
Come si può utilizzare il diesel in modo più efficiente? Un generatore da 500 kVA, che consuma 15 litri di carburante all'ora, ci fornisce i nostri 10 kilowatt, con un'efficienza del 5-10%, come accennato in precedenza. Se si utilizza un dispositivo di attenuazione transitoria, come un sistema a volano che riduce i picchi e li supporta, o dei supercondensatori, il generatore deve gestire il carico di picco per circa 10 secondi, ma ha anche bisogno di tempo per raggiungere quel carico di picco.
"Potremmo sostituire il generatore da 500 kVA con un gruppo elettrogeno da 200 kVA più volano. Questo riduce il consumo di carburante a circa sette litri all'ora. La nostra potenza frenante è ancora di 10 kilowatt, ma abbiamo portato la curva di efficienza al 15%.
"Se passiamo a un dispositivo a piena potenza, ad esempio un sistema di accumulo di energia a batteria o un volano di grandi dimensioni, in cui il sistema si ricarica sostanzialmente dal generatore ad alta efficienza, allora potremmo passare, ad esempio, a un generatore e una batteria da 25 kVA, che consumano meno di tre litri di gasolio all'ora. La potenza frenante è ancora di 10 kilowatt, ma l'efficienza è stata spostata proprio nella regione in cui otteniamo la massima efficienza dal motore."
La tecnologia delle batterie e dei volani può ridurre significativamente la quantità di carburante necessaria per alimentare la gru.
Big BESS e la rete
Ora prendiamo un altro esempio, in cui sul sito è presente un po' di corrente elettrica per le nostre cinque grandi gru a torre. Se la rete elettrica disponibile fosse di soli 100 kVA, uno o due sistemi a batteria sarebbero sufficienti, ma dipenderebbe da un paio di fattori. "Uno è la rapidità di risposta della batteria, perché deve proteggere la rete dai transitori. Non possiamo immettere la piena potenza sulla rete per brevi periodi di tempo perché farebbe semplicemente scattare l'interruttore di rete. Probabilmente finiremo per dover installare una o due batterie e tre generatori sul sito in questo caso".
Le batterie di grandi dimensioni contengono molto litio, quindi molta CO2 incorporata, e i carichi parassiti possono essere compresi tra 7 e 10 kilowatt. Il sistema BESS Dumarey PowerSkid può funzionare con una rete elettrica da 40 kVA, per alimentare grandi gru a torre.
Oppure possiamo optare per una batteria di dimensioni adeguate. Anche in questo caso, abbiamo a disposizione una rete da 100 kVA e utilizziamo batterie ad alta potenza. Queste sono diverse in quanto hanno un circuito di carica separato, il che significa che la rete è isolata dalla gru. La rete non riceve mai lo stesso carico della gru. Con queste batterie, una potenza di 20 kVA o 30 Ampere sarebbe sufficiente ad alimentare ciascuna delle gru a torre.
Lì abbiamo cinque gru a torre che funzionano con una potenza di 100 kVA anziché 1 o 1,5 MVA. Abbiamo eliminato il diesel dal sito per alimentare le gru a torre e ci sono altri vantaggi. Queste batterie sono piuttosto piccole, quindi contengono molto meno litio e meno carichi parassiti. È possibile utilizzare reti elettriche a bassa potenza, con il corretto sistema di accumulo di energia a batteria, per consentire al sito di essere alimentato con il minimo di emissioni. La tecnologia utilizzata in questo caso è la batteria Revolution, che può funzionare con una potenza di 10 o 20 kVA e ogni unità contiene meno di 30 kilowattora di batterie.
CO2 e costi
Riassumendo, la rete elettrica sarà sempre la soluzione migliore perché costa meno, non si brucia molto gasolio e, finché è in loco, è gratuita, e le emissioni di CO2 saranno le più basse.
La Fase Cinque sarà molto costosa e produrrà fino a circa cento chilogrammi di CO2 per kilowattora per i 10 kilowatt che utilizzeremo per questa applicazione.
Con un volano e una batteria, riduciamo le emissioni di CO2 in modo significativo, a seconda della tecnologia scelta. Il piccolo generatore emette circa il 10% di CO2 in meno rispetto al generatore Stage Five. In questo modo si ottiene un risparmio del 90%.
Il volano e la batteria sono leggermente più economici del generatore Stage III A. Questa soluzione non vi costerà di più implementando questa tecnologia rispetto al generatore diesel di base che tutti hanno scelto negli ultimi anni.
Tutte queste soluzioni non solo consentono di risparmiare CO2, ma consentono anche di risparmiare denaro al cliente finale.
Carburanti alternativi
Per quanto riguarda le alternative al diesel, esistono numerose opzioni, tra cui: olio vegetale idrogenato (HVO); celle a combustibile a idrogeno; combustione interna di idrogeno (IC); carburanti sintetici; e i colleghi di Deakin presso Dumarey in Italia collaborano con TecnoGen per realizzare un generatore IC di idrogeno con flusso integrato.
Oggi, circa il 99% dell'idrogeno è ancora grigio, quindi questo non aiuta. Se si brucia HVO, si tratta di sostanze come l'olio di palma, che sono meno ecologiche di quanto si possa pensare. Inoltre, il costo può essere relativamente elevato e rimarrà tale per un po'.
Se intendi utilizzare l'idrogeno, allora potresti ricevere un camion di gasolio una volta alla settimana presso il tuo sito, ma potrebbero volerci dieci camion di idrogeno ogni settimana per alimentare quelle gru a torre.
Sarà fondamentale utilizzare i carburanti alternativi in modo efficiente. L'utilizzo del BESS e dei volani per ottimizzare l'efficienza consentirà di sfruttare al meglio questi carburanti alternativi in futuro. Valgono sempre gli stessi insegnamenti tratti dal diesel.
In poche parole
Le gru a torre, in media, hanno un fabbisogno energetico compreso tra 1 e 12 kilowatt. I generatori operano con scarsa efficienza a causa del basso carico: dal 5 al 10% per una fase III A e fino al 3% per una fase V. La rete elettrica principale garantisce i costi più bassi e le minori emissioni di CO2.
I sistemi di accumulo di energia a batteria possono consentire alle piccole reti di alimentare più gru. Le nuove tecnologie che combinano volani e sistemi BESS possono rendere il tutto complessivamente più economico e ridurre le emissioni di CO2 di oltre il 90%. I combustibili alternativi saranno in grado di coprire anche questo ultimo 10%. La prima cosa da fare è assicurarsi che l'obiettivo del 90% venga raggiunto.

Informazioni sull'oratore
Il Dott. Andrew Deakin è direttore tecnico di Dumarey Green Power, con sede nel Regno Unito. Dumarey sviluppa e lavora con tecnologie innovative, tra cui l'accumulo di energia tramite volano, la seconda vita e le nuove batterie, per rendere più efficiente il funzionamento delle gru, in particolare delle gru a torre. Questo articolo è tratto da una presentazione tenuta da Deakin sull'argomento alla conferenza ITC del 2025 a Roma.
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