Energia dal mare tra maree, moto ondoso e correnti marine

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.

Riconosciuti come leader nazionali dell'energia del moto ondoso del mare, von Jouanne e Wallace hanno sviluppato diverse boe oceaniche in grado di convertire la potenza delle onde oceaniche in energia elettrica. La costa vicino a Reedsport è stata identificata come il sito ottimale per la creazione di un sito di sviluppo per la creazione di energia dalle onde. L'energia potenziale ricavabile è sufficiente per coprire circa il 20 per cento della necessità totale di energia elettrica dello stato (secondo von Jouanne e Wallace). Con il corretto posizionamento delle boe e la corretta pianificazione delle attività, la conversione dell'energia delle onde in energia elettrica potrebbe essere uno dei sistemi con impatto ambientale più basso per la generazione di energia elettrica.

"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.

Energia dalle correnti marine e di mareaL'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.

Per la conversione d'energia, vi sono tre sistemi base:

• 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.

Il livello dell'acqua cambia regolarmente due volte al giorno (sale e scende) e questo porta a tentare di sfruttare quest'energia. Per convertire l'energia delle correnti delle maree in elettricità vengono generalmente utilizzati degli sbarramenti (vedi figura sopra). Lo sbarramento è costruito da un capo all'altro di un estuario, permettendo ai flussi delle maree di riempire un bacino di raccolta per mezzo di una serie di canali con chiuse. A livello alto dell'acqua le barriere sono chiuse, creando una sorgente d'acqua nella bassa marea. L'elettricità viene generata rilasciando l'acqua in una serie di lampade a turbina convenzionali. L'elettricità in questo tipo di centrali elettriche è prodotta solo per poche ore al giorno. Questo significa che, alla fine, l'efficienza è bassa. Le centrali energetiche a correnti delle maree producono solo un terzo comparabilmente agli impianti idrici classici. Una variante è la tecnologia dei corsi delle maree, che mira a sfruttare le forti correnti delle maree che vengono trovate in mari abissali dove esistono naturali costrizioni, come attorno a promontori o tra due isole.