Tecnologie – Energia dal mare
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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 VII - 0 Quadro generale Energia naturale Geotermica Solare A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia calore solare termodin. osmosi salina idroelettrico Gravitazionale fluidi caldi gradienti temperat. luce fotovoltaico energia cinetica vento materia biomassa moto ondoso correnti marine maree VII - 1 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: A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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 VII - 2 Turbine marine A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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 VII - 3 Velocità correnti marine A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia Velocità medie < 0.8 m/s Velocità fino a 3 m/s VII - 4 Esempi A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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) VII - 5 Esempi A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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. VII - 6 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). A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia PRO RED Salinity-gradient power: Evaluation of pressure-retarded osmosis and reverse electrodialysis, Journal of Membrane Science, VII - 7 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. A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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 VII - 8 A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia PSO Prototipo da 4 kW VII - 9 A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia Gradiente temperatura 25°C 4°C VII - 10 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. A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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. VII - 11 Forza delle onde A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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 VII - 12 Onde – impianti fissi a terra A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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) VII - 13 Onde – sistemi galleggianti A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia Pelamis Wave prototipo P2: • 180 m di lunghezza (5 sezioni), 1500 tonnellate, 750 kWp, efficienza: 75% • fondo: >50 m http://www.pelamiswave.com VII - 14 Onde – sistemi galleggianti A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia 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 VII - 15 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 A. Contin - Energie Rinnovabili e Gestione dell’Energia Prototipo Oyster 2: • grandezza della parte oscillante (limitata da questioni strutturali): 26 m, 0.7 MW www.aquamarinepower.com VII - 16
