Energia dal mare

In linea di principio è possibile convertire almeno cinque tipi di energia presenti nel mare: quella delle correnti, delle onde, delle maree, delle correnti di marea e del gradiente termico tra superficie e fondali.

Esiste poi la possibilità di recuperare, per osmosi, l'energia dissipata quando l'acqua dolce dei fiumi si versa in mare miscelandosi all'acqua salta.

Attualmente esiste solo un impianto per lo sfruttamento delle maree in Francia, mentre sono in corso esperimenti per lo sfruttamento del potenziale energetico delle onde nel Regno Unito, in Norvegia e in Giappone e del gradiente termico negli Stati Uniti. L'Unione Europea ha di recente concluso uno studio che identifica circa 100 siti suscettibili di essere utilizzati per la produzione di energia elettrica dalle correnti marine. In Italia è lo stretto di Messina ad essere stato identificato tra i siti più promettenti.

 

Energia dalle onde

La strada di sfruttare il moto delle onde del mare per ottenere energia elettrica, nonostante i problemi, non smette di solleticare la fantasia degli ingegneri. Ci sono allo studio ipotesi per concentrare e focalizzare le onde in modo da aumentarne l’altezza e il potenziale di conversione in energia elettrica. Altre ipotesi prevedono invece di utilizzare le variazioni di pressione che sì riscontrano al di sotto della superficie del mare, altre utilizza dei galleggianti che "copiano" il moto ondoso trasferendolo a dei generatori per mezzo di pistoni idraulici.


Il principio della colonna d'acqua oscillante (OWC)

E' adottato dalla scozzese Wavegen e dalla australiana Energetech per degli impianti dimostrativi.

Il turbogeneratore ha la proprietà di mantenere lo stesso senso di rotazione indipendentemente dalla direzione del flusso d’aria, quindi le turbine ricevono la spinta sia nella fase di compressione che in quella di decompressione.

Gli impianti sono progettati per una potenza di 2 MW e non sono necessariamente costieri. Con piattaforme al largo si potrà raccogliere la spinta, ben più elevata, delle onde lunghe del mare. Possono inoltre essere abbinati agli impianti eolici “offshore” rendendo migliore la rendita commerciale di entrambe le tecnologie.

Ogni metro di fronte ondoso può sviluppare mediamente 70 kW al largo e 20 kW sottocosta, il progetto LIMPET (Land-Installed Marine-Powered Energy Transformer), in Scozia, è collegato alla rete elettrica e il costo del kWh è di 0,075 € , non male per un prototipo assoluto del genere, per fare un paragone basti pensare che i primi impianti eolici producevano un kWh al costo di 0,16 € mentre oggi si hanno costi di 0,04 € con la prospettiva di arrivare a meno di 3 centesimi. L'efficienza del sistema è buona, circa il 50%, il fronte dell'impianto (sottocosta) è di 18 metri e le due turbine da 300 kW producono in un anno circa 2300 MWh , i migliori aerogeneratori con la stessa potenza producono mediamente in un anno circa 1300 MWh, i costi del prototipo sono 4 volte maggiori di quelli delle turbine eoliche attuali che però godono di una certa industrializzazione.


Colonna d'acqua oscillante
OWC
 
          
Sezioni turbine Wavegen

Turbina

Foto di turbina
Possono essere integrati come frangiflutti...
Integrazione frangiflutti
 


...o come Protezioni litoranee di porti e darsene.
Integrazione protezioni litoranee di porti e darsene

Un altro progetto basato sulla "colonna d'acqua oscillante"
www.sperboy.com

News
www.waveenergy.no




Sistemi con apparati galleggianti

Il progetto Pelamis è un sistema  con galleggianti  ed utilizza  l'ampiezza dell'onda , è basato da una struttura semisommersa che grazie al movimento dettato dalle onde agisce su dei pistoni idraulici accoppiati a dei generatori.
In genere la singola struttura è composta da 5 elementi congiunti , ha un diametro di 3,5 m ed è lungo 150 metri , la potenza è di 750 kW

Particolare dello snodo, i materiali devono essere resistenti all'azione corrosiva dell'acqua di mare e sono previsti accessi alla struttura per eventuali interventi di manutenzione e/o riparazione

Particolare del pistone idraulico, una pompa ad olio ad alta pressione aziona dei motori idraulici accoppiati al generatore

Impianti di prova saranno installati al largo della Scozia (750 kW) e al largo dell'isola di Vancouver in Canada (2 MW), gli impianti commerciali dovrebbero essere di 30 MW e "coprirebbero" un Km quadrato di mare. I  primi sistemi commerciali saranno installati davanti alle coste del Portogallo, il primo impianto sta per essere completato ed ha una potenza di 2,25 MW



Prototipo pelamis
Prototipo Pelamis

Snodo sistema pelamis
Pistone del sistema

Pistone sistema pelamis
Snodo Pelamis
In Brasile sarà sperimentato un sistema in cui dei galleggianti sono  collegati  ad  una banchina tramite un braccio snodato, meccanicamente accoppiato ad un generatore.
Il progetto è sviluppato dall' Università Federale di Río de Janeiro, il costo dell'energia elettrica così prodotta è previsto nello stesso ordine di grandezza degli impianti idroelettrici tradizionali
www.planeta.coppe.ufrj.br


Altri sistemi che prevedono galleggianti per l'utilizzo di energia dalle onde
www.owec.com  
www.technologystudent.com  
www.biopowersystems.com
www.finavera.com
www.aquamarinepower.com   
www.sde.co.il 
www.hidroflot.com








Sistemi con impianti sommersi  

Anche il principio di Archimede si presta allo sfruttamento del moto ondoso, sono più di uno i sistemi che si basano sui principi idrostatici,tra i quali l'AWS (Archimedes Wave Swing), in maggio del 2004 ha installato un impianto pilota al largo delle coste Portoghesi

Questo progetto consiste in una struttura ancorata al fondo marino nella quale una camera d'aria è compressa al momento del passaggio dell'onda sopra il sistema e risale quando l'onda è passata, nel sistema commerciale si dovrebbe avere una potenza di 2 MW, con una struttura (completamente sommersa) alta 30 metri e 10 metri di diametro, la massima efficienza si ha con onde che abbiano una ampiezza di 5 metri.

A marzo 2004 l'americana Ocean Power Technologies, che sta mettendo a punto un sistema simile, ha annunciato la realizzazione di un impianto pilota al largo delle coste Spagnole, a differenza del sistema AWS quello della OPT prevede un elemento affiorante

Il costo del kWh per questa tecnologia è stimato in 3-4 centesimi per un impianto di 100 MW

Altri sistemi a boa
www.fujitaresearch.com   
www.wavebob.com

 

      
       AWS


OPT

Sistemi di superficie con  bacino di raccolta

Un'altro modo per utilizzare le onde è studiato dalla società danese Wave Dragon e affronta la questione in modo più tradizionale: cattura l'acqua dell'onda in un bacino sopraelevato tramite una "rampa" e la fa passare per delle turbine ad elica posizionate poco sopra al livello medio/inferiore dell'onda e al centro del "bacino".

La realizzazione di un impianto precommerciale è prevista per i primi mesi del 2008

Altro sistema con raccolta dell'acqua
www.waveenergy.no


 

Progetto italiano per frangiflutti a recupero energetico

Viene descritto un sistema frangiflutto in grado di attuare anche lo sfruttamento della forza d'urto delle onde del mare per produrre energia elettrica. Si tratta di una struttura del tutto simile a quelle in corso di sperimentazione da molto tempo ma dalle quali si distingue per la presenza di un serbatoio idropneumatico, finora mai utilizzato in applicazioni del genere ma che si ritiene essere in grado di regolarizzare il flusso e cioè di trasformare un'energia pulsante come quella delle onde in energia che si mantiene costante per periodi di una durata compatibile con una sua utilizzazione ai fini idroelettrici.

www.altratecnicabis.3000.it
www.it.geocities.com/altratecnica/idromarea.html



 

Sistema wavedragon








Energia dalle maree

È noto che la luna esercita una forte forza d’attrazione sull’acqua della Terra. Dall’innalzamento e dall’abbassamento regolare delle masse d’acqua si ricava energia. Per costruire una centrale di marea, l’estuario è sbarrato in direzione del mare con una diga artificiale. La tecnica energetica sfrutta il dislivello tra l’alta marea e la bassa marea : la cosiddetta ampiezza di marea. Una premessa è ovviamente un’ampiezza della marea sufficiente, come si verifica ad esempio nella Francia settentrionale, presso St. Malo, dove la differenza tra il livello minimo e il livello massimo dell’acqua è di 12-13 metri.

Le centrali di marea costiere hanno il limite nell'erosione che esercitano nelle coste e nella abondante sedimentazione all'interno del bacino, per questi motivi si sta pensando a degli impianti offshore che hanno anche il vantaggio di poter modulare la produzione di energia elettrica dividendo la struttura in più bacini.Con le opportune griglie di sbarramento e data la non elevata velocità delle turbine di questi sistemi può essere salvaguardata anche la flora e la fauna all'esterno dei sistemi.

Ad oggi sono stati individuati, a livello globale, 21 siti dove le caratteristiche delle maree sono adatte alla installazione di questo tipo di centrali mareomotrici

Nella sola Inghilterra il potenziale stimato è di 6.000 MW di impianti realizzabili

Il progetto pilota proposto dalla Tidalelectric è di 60 MW, il costo stimato per l'impianto è di 120 milioni di Euro, il ricavo stimato annuo è di 12 milioni di Euro ( senza contributi pubblici), il costo di generazione sarebbe già competitivo anche a livello di prototipo.

Fonte:
www.tidalelectric.com

Un diverso sistema per l'utilizzo del gradiente di marea che  non prevede bacini artificiali è in fase sperimentale
www.cleantechcom.com 

Descrizione e dati della centrale di marea in funzione a La Rance in Francia
www.esru.strath.ac.uk

 

schema impianto di marea


Ciclo impianto di marea

Progetto off-shore tidalelectric
Progetto Tidalelectric

 


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.

Nella sola Europa la disponibilità di questo tipo di energia è pari a circa 75 GW.

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 MW. www.bur.it  

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.
Alcune società che sviluppano questi sistemi:
www.tidalgeneration.co.uk  
www.scotrenewables.com
www.openhydro.com 
www.lunarenergy.co.uk   
www.neptunerenewableenergy.com  

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.

Per lo stesso motivo anche  i sistemi  a pompa sono adatti  alle correnti di marea, come lo Styngray, progetto curato da una società inglese.

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.

Nella prima immagine in alto un sistema di turbine ad asse orizzontale simili a quelle installate nella centrale di Hammerfest in Norvegia e a Lynmouth in Inghilterra.

I costi di questi  impianti sperimentali sono già ad un buon livello (0.07€/kWh), si calcola di raggiungere costi ancora più competitivi per impianti multipli, altre società che sviluppano sistemi simili sono la Marineturbines e la Swanturbines

Un metro quadrato di area, intercettata con una turbina, in una corrente d'acqua che viaggia a 3 metri al secondo (11 Km/h) dà una potenza di 3 kW.

Una corrente d'aria che investe una turbina eolica da un metro quadrato per produrre 3 kW deve viaggiare a 28 metri al secondo (100 Km/h).

A destra in basso una turbina ad asse verticale "Kobold" in un test in galleria del vento. E' simile alla turbina montata nell'impianto sperimentale nello stretto di Messina.

Un altro concetto per lo sfruttamento delle correnti di marea è studiato dalla società australiana Biopower:
www.biopowersystems.com



La
Swanturbines ha ideato un sistema telescopico utile per la manutenzione degli organi in movimento


Sistema progettato dalla inglese EB, studiato appositamente per le correnti di marea


Turbine ad asse verticale, adatte per correnti di marea, lo sbarramento è solo apparente,




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.

Le zone dal giallo al rosso nell'immagine a lato sono idonee per lo sfruttamento del gradiente termico per produrre energia elettrica, il potenziale di questa tecnologia è considerevole nelle zone adatte.

Fonte:
www.seasolarpower.com

      Progetto Otec

 


Potenziale energia dal gradiente termico

 

Sistemi per la coltivazione delle varie forme di energia present nel mare e negli oceani energia idroelettrica energia mare onde marea correnti gradiente fondale superficie marine

Energia da osmosi
Quando un fiume si versa in mare e l'acqua dolce si mescola con acqua salata vengono liberate enormi quantità di energia. Ciò non è evidente e non è intuitivo ma basti pensare che per ottenere acqua dolce dall'acqua salata serve energia, per contro quando l'acqua dolce viene salata si libera energia.

Teoricamente ci sono diversi modi per convertire in energia utile l'energia dissipata quando l'acqua dolce si miscela all'acqua di mare.
Le due tecniche più interessanti sono:
a) ritardo-pressione per osmosi (pressure-retarded osmosis, PRO)
b) elettrodialisi inversa (reverse electrodialysis, RED)
Le possibilità per una applicazione pratica di queste due tecniche dipendono molto dalla riduzione di costo della membrana osmotica necessaria ai due sistemi. Nel corso degli ultimi venti anni lo sviluppo di membrane osmotiche ha avuto un buon sviluppo grazie all'applicazione nella desalinizzazione dell'acqua per usi potabili ed irrigui e per la depurazione delle acque reflue, grazie a ciò ora si comincia a pensare seriaamente alla possibilità di utilizzare le membrane anche per la produzione di energia.


a)Pressure-Retarded Osmosis (PRO)

Questo fenomeno fisico fu notato per caso la prima volta nel 1784 quando il sacerdote e fisico francese Jean-Antoine Nollet mise una vescica di maiale riempita di vino in un barile d'acqua. L'effetto fu che la vescica si gonfiò fino a scoppiare. Il fisico olandese Van't Hoff nel 1899 descrisse il fenomeno trovando la formula per calcolare la pressione osmotica.

Il principio di funzionamento di un impianto basato sul PRO è descritto nell'immagine a lato.
Negli anni Cinquanta c'è stato un crescente interesse per la produzione di acqua potabile da acqua di mare.Un passo avanti è stato compiuto dagli americani Sidney Loeb producendo una membrana semipermeabile utile allo scopo. La produzione di acqua dolce per osmosi inversa è oggi una tecnologia consolidata ed utilizzata soprattutto in Medio Oriente. Le stesse membrane possono essere utilizzate in un impianto per la produzione di energia elettrica con la tecnica PRO. Attualmente questa tecnica è sperimentata in Norvegia dalla società Statkraft.

Fonte:www.leonardo-energy.org




L'acqua dolce è separata dall'acqua salata da una membrana semipermeabile, così si ha una sollevazione del livello del'acqua salata creando un salto sfruttabile con tecnologie idroelettriche tradizionali.