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:: Energia Rinnovabile / Energia dalle Maree
Energia
da maree, moto ondoso e correnti marine e fluviali
La
marea è il ritmico alzarsi (flusso) ed abbassarsi
(riflusso) del livello del mare provocato dall'azione gravitazionale
della Luna e del Sole. Si tratta di un fenomeno a carattere universale, persistente
e periodico, le cui cause sono prevalentemente astronomiche. La massima
elevazione dell'acqua è detta alta marea mentre bassa marea è lo
stato di estremo abbassamento. Il dislivello tra un'alta e una bassa
marea consecutive è l'ampiezza o escursione della marea. Nell'arco
di un giorno avvengono due cicli di alta e bassa marea. Già prima
di Newton, e fin dal tempo dei Greci, si conoscevano le dipendenze dei
ritmi delle maree dalle posizioni della Luna e dei Sole, ma si ignoravano
le cause di tali relazioni. La vera natura delle forze generatrici delle
maree apparve chiara solo dopo che fu scoperta la legge di gravitazione
universale. Le onde sono causate dal vento. L'azione di pressione e attrito
esercitata dal vento produce le onde forzate o marosi. Il moto ondoso
però non
cessa al calare del vento, ma si attenua lentamente per dispersione di
energia cinetica. Si hanno così le onde lunghe, di aspetto più liscio
ed arrotondato, che si propagano anche per lunghissime distanze senza
mutamenti apparenti, e il cosiddetto mare lungo. Il moto delle onde in
mare aperto è in qualche modo analogo a ciò che succede
alla superficie di un campo di grano su cui soffia il vento: durante
il moto ondoso viene trasmessa solo la forma dell'onda mentre l'acqua
rimane praticamente stazionaria.
Le correnti possono essere paragonate ad immensi fiumi che scorrono in seno al mare. Costituiti da masse d'acqua di densità diversa, questi fiumi marini non si mescolano tra loro ma scorrono a lungo l'uno accanto all'altro, sopra e sotto, seguendo una direzione quasi costante e con una caratteristica velocità. Le correnti marine si distinguono dalle acque circostanti sia per la temperatura che per la salinità, ed a volte anche per il colore e le concentrazioni di materiali sospesi. Esistono molti tipi di correnti marine: costiere, di mare aperto, superficiali e di profondità, stabili o stagionali, ecc.
Gli oceani tropicali si godono il Sole durante tutte le stagioni. La luce solare non penetra molto in profondità, la maggior parte viene assorbita dalla superficie in pochi metri d'acqua, riscaldandola. L'acqua calda è più leggera dell'acqua fredda che si trova sotto, per cui sta sopra. Gradualmente, vaporizza e diventa più salata. Questi due effetti influenzano la densità in direzioni opposte. Il calore diminuisce la densità, mentre l'aumento di salinità incrementa la densità. L'acqua superficiale calda è gradualmente trasportata verso il polo per la combinazione dei venti e del gradiente di densità termo-salino. Nelle regioni Artiche ed Antartiche, l'acqua è raffreddata e si deposita sul fondo. Poi si distende verso l'equatore, sollevandosi lentamente, completando il ciclo. Il risultato globale della previsione è che gli oceani tropicali consistono di uno strato superficiale caldo che copre un vasto serbatoio di acqua molto più fredda. La temperatura superficiale tipica è nel range di 22-27° C, mentre la tipica temperatura dell'acqua profonda è di circa 4° C. Ciò comporta una differenza di temperatura di 18-23° C. La termodinamica ci dice che se c'è una differenza di temperatura, c'è “energia libera”, cioè energia disponibile per ottenere lavoro. E' così possibile ottenere energia da maree, moto ondoso e correnti utilizzando adeguate macchine idrauliche e termodinamiche.
Energia
oceano meccanica: Creazione di energia da onde oceaniche (OSU -
wave park)
Reedsport, una tranquilla cittadina sulla costa meridionale dell'Oregon, grazie ad una partnership tra la comunità, gli ingegneri della Oregon State University, le agenzie statali e federali e i membri del settore privato, potrà ottenere nuova energia nuova energia.
Durante l'estate 2007, Annette von Jouanne e Alan Wallace, professori dell'OSU's School of Electrical Engineering and Computer Science, hanno presieduto il primo degli incontri comunitari centrati attorno all'energia producibile dal moto ondoso presente sulla costa dell'Oregon.
"La densità dell'energia in acqua è molto più elevato di quello nell'aria. Siamo quidni in grado di ottenere più potenza con meno spazio, e siamo in grado di sapere in una finestra di 10 ore quell'è la nostra capacità produttiva rispondendo all'effittivo bisogno".
Ill sito di boe sarà neutrale e galleggiante in acqua. Sarà quasi impossibile da terra vederlo ad occhio nudo. Il team di ricerca immagina una serie di boe, o un "onda parco (wave park)", collocati all'interno di una sezione delimitata al largo ancora da determinare esattamente in dimensione. Si stima che 10 miglia quadrate potrebbe portare potenza sufficiente per coprire l'intero stato dell'Oregon.
"La chiave è la creazione di un sistema affidabile ed efficiente, in grado di sopravvivere in mare", dice von Jouanne, "Il mare è molto distruttivo, ma siamo a buon punto e riteniamo che la boe possa essere fabbricata facilmente per sopravvivere all'ambiente in oggetto".
Reedsport, Oregon ha già gran parte delle infrastrutture necessarie
per un impianto di energia del moto ondoso intatto.
Wallace aggiunge che lo sviluppo di energia del moto
ondoso è attualmente 15-20 anni indietro rispetto alll'energia eolica,
una tecnologia che deve solo raggiungere il suo rendimento ottimale.
Egli afferma che, proprio come è accaduto per l'energia eolica,
i costi degli impianti saranno abbattuti nel tempo dalla competitività
aziendale che affinirà i processi e il mercato rendendo i costi
sempre più bassi. Attualmente,
vi sono sistemi ad onda operativi in Europa
ma la tecnologia è diversa
rispetto a quella che si sta sviluppando in amrica presso
OSU.
"Questa è una ricerca rivoluzionaria che può essere di enorme valore per la società, ed è sorprendente scoprire quante persone desiderano essere coinvolte", dice Wallace.
(Fonte: Wave Park - Oregon University)
Leggi l'articolo pubblicato sul New York Times sul progetto "Wave Park" in Oregon
Energia
dalle onde (progetto Kaimei e Mighty
Whale)
I dispositivi ideati per convertire l'energia immagazzinata nelle onde sfruttano essenzialmente due caratteristiche:
- il dislivello nel profilo dell'onda
- il moto delle particelle d'acqua sotto la superficie.
Poiché il moto delle particelle d'acqua decresce rapidamente con
la profondità, tutti i dispositivi più studiati appartengono
alla prima categoria.
Nel più interessante dei casi l'aria contenuta in due setti
separati si espande quando l'onda decresce e viene compressa quando
l'onda cresce. In entrambi i casi la turbina è fatta rotare dal flusso d'aria
tra i due setti, la potenza media di uscita varia dai 70 ai 120 W.
Gli ostacoli principali per la costruzione di impianti su larga scala
sono i costi e le difficoltà di installazione in mare aperto.
Un progetto è stato iniziato nel 1978 con la partecipazione
del Canada, Stati Uniti, Irlanda, Giappone e Gran Bretagna. Sarà realizzato
a bordo di una piattaforma marina (Kaimei) ancorata a 3 km dalle coste
del Giappone; la produzione massima sarà di 2 MW.
Dallo stesso concetto deriva il progetto giapponese "Mighty Whale" nato offshore floating wave energy device.
Un progetto, denominato Weratlas, punta a valutare il potenziale energetico dei litorali europei. Sono stati individuati alcuni siti promettenti nelle Azzorre, in Irlanda e Scozia. L'impatto ambientale potrebbe essere costituito dal disturbo per i pesci e da possibili erosioni delle coste.
Energia dalle maree
Il fenomeno ciclico delle maree è caratterizzato dal periodico oscillare del livello marino con alternanza di flusso, l'alta marea, e di riflusso, la bassa marea. L'attrazione che i corpi celesti esercitano sulla Terra e la forza centrifuga, dovuta al moto di rotazione del sistema Terra-Luna, sono i fattori più significativi che determinano il periodico oscillare delle acque. In condizioni particolarmente favorevoli (ciò accade in pochi luoghi) l'alta marea può superare i 5 m. In mare aperto è, di solito, inferiore ad 1 m; nel Mediterraneo, in particolare, le maree hanno un dislivello medio di 30 cm. L'energia cinetica delle masse d'acqua soggette alla marea si trasforma per attrito in energia interna all'acqua. Questa energia, continuamente sottratta dagli attriti delle maree, è fornita dal rallentamento della rotazione della Terra su se stessa. La durata del giorno aumenta di 20 microsecondi all'anno e l'orbita della luna intorno alla Terra si espande di 3 cm all'anno. In base a questi dati si può calcolare che la potenza dissipata dalle maree e' dell'ordine di 10^12W, cioè pari a quella consumata nel mondo. Solo una piccola frazione di questa energia può essere sfruttata in un numero limitato di località, dove l'ampiezza della marea è sufficientemente elevata da consentirne la convenienza economica.
Energia dalle correnti marine e di marea
L'energia delle correnti di marea è una delle fonti più interessanti ed inesplorate tra le fonti di energie rinnovabili. Si pensi che nella sola Europa la disponibilità di questo tipo di energia è pari a circa 75 GigaWatts . Le forti correnti marine che attraversano lo Stretto di Messina hanno una potenzialità energetica pari a quella prevista dalla grande centrale idroelettrica in costruzione in Cina sul Fiume Azzurro: circa 15.000 MegaWatt. Le turbine per lo sfruttamento delle correnti marine possono essere (come per le tecnologie eoliche) ad asse orizzontale o ad asse verticale. Le turbine ad asse orizzontale sono più adatte alle correnti marine costanti, come quelle presenti nel Mediterraneo, le turbine ad asse verticale sono più adatte alle correnti di marea per il fatto che queste cambiano direzione di circa 180° più volte nell'arco della giornata.È bene notare che l'energia delle correnti di marea è del tipo “non a barriera”, al contrario di quella ottenuta utilizzando l'innalzamento e l'abbassamento delle maree come la centrale di La Rance in Francia che comunque produce 240 MW da circa 35 anni. La descrizione tecnica di una particolare turbina per lo sfruttamento delle correnti di marea, può essere adattata anche come turbina eolica dove ha migliori rendimenti a basse velocità del vento: turbina chirale. Le turbine ad asse orizzontale sono installate nella centrale di Hammerfest in Norvegia e a Lynmouth in Inghilterra, i costi di questi impianti sperimentali sono già ad un buon livello (4 centesimi/kWh) si calcola di raggiungere costi ancora più competitivi per impianti multipli. Con 1 solo metro quadrato di area intercettata in una corrente di acqua che viaggia a 3 metri al secondo (11 Km/h) si possono produrre circa 3 kW. Una corrente di aria che intercetta 1 metro quadrato di area, per produrre gli stessi 3 kW, deve viaggiare a 28 m/s (101 Km/h). Nel aprile 2006 in Italia è stato allacciato alla rete elettrica nazionale dell'Enel il primo generatore di elettricità al mondo che sfrutta le correnti marine. La potenza generata è esigua, soli 40 Kwatt (13 abitazioni a pieno carico) ma bisogna tener conto che si tratta di una tecnologia allo stato prototipale con ampissimi margini di sviluppo. Già dal prossimo step evolutivo dovrebbe raggiungere i 150 Kwatt ( oltre il 300% in più). Sul tetto, dato che non si butta via niente, sono stati installati dei pannelli fotovoltaici.
La
turbina Kobold, che ha l'aspetto di una piattaforma galleggiante
di circa 10 metri di diametro, dotata di una turbina ad asse verticale
con tre grandi pale immerse in acqua, è nata dall'idea di Elio
Matacena di sfruttare all'incontrario un moderno propulsore navale montato
sui traghetti Caronte. Posta da quasi due anni al largo di Ganzirri (a
Nord di Messina) dove le correnti hanno velocità medie di 2 metri
al secondo, Kobold ha dimostrato la fattibilità della conversione
dell'energia meccanica in elettrica.
La Ponte di Archimede S.p.A., ovvero l'azienda che lo ha sviluppato e
realizzato, ha già trovato un importante cliente disposto ad acquistarne
un gran numero: l'Indonesia. Il territorio indonesiano è composto
da tantissime isole di dimensioni alquanto ridotte sulle quali è quasi
impossibile portare o produrre energia, tanto che la maggior parte sono
ancora senza elettricità. Il governo indonesiano ha intenzione
di installare le Kobold (questo il nome delle turbine) tra queste isole
per sfruttare le fortissime correnti che le circondano in modo da poter
dare corrente ai tanti villaggi e paesi che ancora ne sono sprovvisti.
L'università "University
of Wales Swansea" e partner
(www.swanturbines.co.uk) stanno progettando turbine per produrre elettricità dalla
acqua marina corrente. Le turbine "Swanturbines" sono particolari
per una serie di aspetti. La prima differenza è il diretto accoppiamento
delle pale al generatore elettrico senza l'intermedio di una scatola
trasmissione.
Questa configurazione è più efficace ed elimina un potenziale
punto di guasti. Un'altra particolarità è l'uso di "gravity
base", un pesante blocco di cemento per tenere la turbina in piedi
anziché a mezzo trivellazione del fondo marino.
Impianti di sfruttamento delle maree
Nelle centrali mareomotrici l'energia elettrica viene prodotta
sfruttando l'energia sviluppata dall'alternarsi delle maree.
Da diversi anni è in funzione in Francia, alla foce del fiume
Rance sulla Manica, una centrale mareomotrice che sfrutta l'energia
prodotta dal dislivello dell' acqua che si forma tra l'alta e la
bassa marea e che ha una potenza di 240 MW.
In questa località il dislivello elevato raggiunto dalle maree
consente la caduta di grandi masse d'acqua di alcuni metri, permettendo
così di trasformare l'energia cinetica delle maree in energia
elettrica.
L'acqua affluisce e defluisce in un bacino di alcuni chilometri quadrati,
passando attraverso una serie di tunnel nei quali, acquistando velocità,
fa girare delle turbine collegate a generatori (alternatori).
Durante la bassa marea l'acqua del bacino defluisce verso il mare aperto,
mettendo in rotazione la turbina; quando il livello del mare comincia
a salire e l'onda di marea è sufficientemente alta, si fa fluire
l'acqua del mare nel bacino e la turbina si mette nuovamente in rotazione.
Una particolarità di questo sistema è la reversibilità delle
turbine che perciò possono funzionare sia al crescere sia al
calare della marea.
Se si sommano i contributi delle più favorevoli località si
arriva a una potenza di circa 50000 MW di cui al massimo il 25% può essere
convertito in energia elettrica.
I costi degli impianti sono elevati e possono essere usati solo come
fonte alternativa data la discontinuità della produzione.
L'impatto ambientale potrebbe essere costituito dal disturbo per i
pesci e dalla variazione delle coste limitrofe.
Energia dal gradiente termico
La prima centrale per la conversione dell'energia termica degli oceani (Otec) è nata nel 1996 al largo delle isole Hawaii e produce energia sfruttando la differenza di temperatura tra i diversi strati dell'oceano. L'energia solare assorbita dalla superficie del mare la riscalda, creando una differenza di temperatura fra le acque superficiali, che possono raggiungere i 25 - 28 gradi, e quelle situate per esempio ad una profondità di 600 m, che non superano i 6-7 gradi. Le acque superficiali, più calde, consentono di far evaporare sostanze come ammoniaca e fluoro; i vapori ad alta pressione, mettono in moto una turbina e un generatore di elettricità, passano in un condensatore e tornano allo stato liquido raffreddati dall'acqua aspirata dal fondo. Una differenza di 20 gradi centigradi basta a garantire la produzione di una quantità di energia economicamente sfruttabile. Attualmente si ha una potenza di 50 KW, ma si pensa di poter arrivare a 2 MW anche se i costi sono molto alti.
Energia oceano meccanica: Sistemi ad onde energetiche
La maggior parte dell'energia che arriva alla terra dal sole, è cambiata dal vento che di conseguenza trasferisce l'energia alle onde del mare. L'energia delle onde del mare è enorme ed è circa 70Kw/km del fronte piatto dell'onda. Queste onde si muovono per chilometri senza perdere la loro potenza. Le onde sono prodotte da una tempesta nel centro dell'Oceano Atlantico che normalmente migra verso le coste senza perdita di potenza. Tutta l'energia è concentrata vicino al livello dell'acqua e solo una piccola parte d'energia migra alla profondità di 50 metri sotto il livello dell'acqua. Questo significa che è una risorsa energetica molto concentrata che varia molto meno durante il giorno, comparata ad altre risorse rinnovabili (sole, vento). La tecnologia che fa uso di energia delle onde è basata sulla cattura delle onde in spazi ristretti e sulla trasformazione dell'energia cinetica in elettricità.
- Sistemi di canali – che incanala le onde nei serbatoi
- Sistemi di flusso – che guidano pompe idrauliche
- Sistemi OWC – che utilizzano le onde per comprimere l'aria in un container.
La figura sopra mostra il sistema della colonna oscillante dell'acqua (OWC). L'acqua sale ad una conca idraulica e forza l'aria fuori dalla conca. L'aria in movimento fa girare una turbina che può accendere un generatore. Quando l'onda si abbassa, l'aria fluisce attraverso al turbina e indietro nella conca idraulica attraverso porte che sono normalmente chiuse.
Energia oceano meccanica: Sistemi delle correnti energetiche
La potenza delle maree è differente dalle altre risorse energetiche perché ha origine nell'energia gravitazionale e cinetica che arriva dall'influenza della luna sul pianeta. La marea è un risultato di questa attività e si fa sentire su tutti i mari e tutte le coste oceaniche.
2006 -