Tecnologie – Energia dal mare
A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia
1. Principi
2. Tipologie
a)
b)
c)
d)
Correnti e Maree
Osmosi salina
Gradienti temperatura
Moto ondoso
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Quadro generale
Energia
naturale
Geotermica
Solare
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calore
solare
termodin.
osmosi
salina
idroelettrico
Gravitazionale
fluidi
caldi
gradienti
temperat.
luce
fotovoltaico
energia
cinetica
vento
materia
biomassa
moto
ondoso
correnti
marine
maree
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Correnti marine / correnti di marea
Principio: utilizzare turbine sommerse spinte dalle correnti marine
(legate ai grandi movimenti delle acque – correnti marine – o movimenti
locali – correnti di marea)
Per turbine orizzontali:
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1
Potenza = ρAv 3
2
come per le turbine eoliche
Vento
Densità:
Velocità:
Diametro pale:
Correnti
ρ = 1.23 kg/m3
v = 10 m/s
d = 70 m
ρ = 1 × 103 kg/m3
v = 2.5 m/s
d = 15 m
1 MW
0.6 MW
813
⇒ (0.25)3 = 1.5 × 10−2
⇒ (0.214)2 = 4.6 × 10−2
0.6
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Turbine marine
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Vantaggi:
• Alto grado di utilizzo: 40÷50% contro 10÷20% delle turbine a vento
• Turbine più piccole
Svantaggi:
• Cavitazione (succede quando la pressione parziale scende sotto la
pressione di vapor saturo dell’acqua): limite alla velocità delle pale
• Turbolenze: causano vibrazioni e implicano una struttura più robusta
• Crescita di alghe (fouling)
• Grande effetto sul flusso a valle: limite sul grado di utilizzo
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Velocità correnti marine
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Velocità medie < 0.8 m/s
Velocità fino a 3 m/s
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Esempi
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Turbina marina ad
asse verticale
KOBOLT – Artist’s
view
Turbina marina ad asse orizzontale
Progetto GEM – Artist’s view
Turbina marina ad asse verticale
KOBOLT (120 kW) – Esemplare
installato nello Stretto di Messina
Turbina marina ad asse orizzontale
Progetto GEM (prototipo 100 kW
per le bocche del porto di Venezia)
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Esempi
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Sistemi molto più invasivi sono costituiti da sbarramenti sulle foci dei fiumi.
Bretagna, foce del fiume Rance, fra Saint-Malo e Dinard
Turbine a bulbo (indifferenti al senso di flusso)
24 turbine: 240 MW
Efficace dove
l’ampiezza
delle maree è
di una decina
di metri.
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Osmosi salina
Principio:
La differenza nella concentrazione di sali tra acqua marina e acqua dolce produce un flusso
di acqua attraverso una membrana.
Questo flusso può essere usato per generare una pressione (Pressure Retarded Osmosis –
PRO) o un flusso di cariche (Reverse ElectroDialysis – RED).
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PRO
RED
Salinity-gradient power: Evaluation of pressure-retarded osmosis and reverse electrodialysis, Journal of Membrane Science,
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Volume 288, Issues 1–2, 1 February 2007, Pages 218–230
Potenziale
L’energia teoricamente ricavabile mescolando 1 m3 di acqua di mare (0.5 mol/l
NaCl) e 1 m3 di acqua dolce (0.01 mol/l NaCl) a T=293 K è 1.5 MJ.
Mescolando 1 m3 di brina (5 mol/l NaCl) e 1 m3 di acqua dolce l’energia
teoricamente ricavabile è più di 16.9 MJ.
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In realtà l’energia massima ricavabile da un sistema reale potrebbe essere attorno
al 50% di quel valore.
Problemi da superare:
PRO
caratteristiche delle membrane (migliore permeabilità e migliore
supporto)
RED
resistenza interna
entrambe
crescita vegetale, costo delle membrane
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PSO
Prototipo da 4 kW
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Gradiente temperatura
25°C
4°C
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Esempi
Kailua-Kona Power Plant
Operativa dal 1992
Massima Potenza: 255 kWe
Autoconsumo (pompe, ecc.): 152 kWe
Produzione netta: 103 kWe
Flussi: 0.57 m3/s acqua a 27°C dalla superficie e 0.40
m3/s di acqua a 6.1°C da una profondità di 700 m.
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Fluido alla turbina: acqua – ciclo aperto.
Limite: pochi MW a causa delle grandi quantità di
acqua richieste.
Tamil Nadu (Tuticorin Port) Floating Power Plant
Operativa dal 1992
Massima Potenza: 1 MWe
Flussi: 29°C dalla superficie e 7°C da una
profondità di 1000 m.
Fluido alla turbina: ammoniaca – ciclo chiuso.
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Forza delle onde
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Come per le onde di marea, è nel Mare del Nord e nell’Atlantico che c’è il
massimo di densità di energia. Fonte: Future marine energy, Carbon Trust (2006)
Fonte: Quaderno: energia dal mare, ENEA, Luglio 2011
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Onde – impianti fissi a terra
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Riempimento e svuotamento
(attraverso una turbina) di
vaschea diverse altezze
Compressione e depressione
di aria che viene spinta in
una turbina (500 kWp,
Limpet , isola di Islay,
Scozia)
(www.wavegen.co.uk)
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Onde – sistemi galleggianti
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Pelamis Wave prototipo P2:
• 180 m di lunghezza (5 sezioni), 1500 tonnellate, 750 kWp, efficienza: 75%
• fondo: >50 m
http://www.pelamiswave.com
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Onde – sistemi galleggianti
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Archimedes Wave Swing (AWS), installato in
Portogallo nel 2004:
• diametro: 9.5 m
• altezza: 21 m
• peso: 400 t
• potenza: 2 MWp
Aria
Statore
magnetico
http://www.awsocean.com
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Onde – sistemi semigalleggianti
Aquamarine Power ha installato il prototipo Oyster 1
a Orkney nell’estate 2009:
• fissato al fondo della spiaggia in 13 m di acqua.
• grandezza della parte mobile: 18 m larghezza, 11 m
altezza, 315 kW.
• 4 milioni di cicli/anno
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Prototipo Oyster 2:
• grandezza della parte oscillante (limitata
da questioni strutturali): 26 m, 0.7 MW
www.aquamarinepower.com
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