Le onde possono essere considerate una riserva di energia solare, esse infatti sono una conseguenza dell’azione esercitata sulle acque del mare dal vento, il quale è, a sua volta, un prodotto dell’azione del sole sull’atmosfera.
La caratteristica peculiare delle onde consiste nell’oscillazione delle particelle idriche intorno a un punto di equilibrio; ciò determina la deformazione della superficie marina a seguito della propagazione del moto oscillatorio, senza alcun trasporto di acqua.321 L’energia si trasmette, invece, nella direzione della propagazione dell’onda. Essa viene calcolata in termini di potenza per ogni metro del fronte d’onda ed è solitamente misurata in kW/m.
L’energia contenuta nelle onde viene dissipata per attrito con il fondale marino, da ciò si deduce che le onde che sorgono in acque profonde disperdono quantità minime di energia; mentre quando la profondità dell’acqua è inferiore al 50% della lunghezza d’onda, la quantità di energia dissipata diviene notevole. Il decremento dell’energia con la profondità è strettamente correlato alla batimetria del luogo e, in maniera particolare, alla inclinazione del fondale; nel caso in cui esso sia corto e molto scosceso l’energia dispersa sarà minore rispetto al caso di un fondale lungo e pianeggiante. Le acque profonde sono, quindi, molto interessanti sotto il profilo energetico, tuttavia, presentano dal punto di vista tecnico criticità tali da rendere preferibili installazioni in prossimità delle coste.
La possibilità di generare energia elettrica dal moto ondoso è stata presa in considerazione molti anni or sono. Il primo brevetto sulla conversione dell’energia delle onde risale al 1799322; in seguito, nel 1909, in California fu sperimentato un sistema di illuminazione portuale alimentato mediante l’energia ricavata dal moto ondoso. Tuttavia, l’attività di ricerca e sviluppo finalizzata a individuare e sperimentare la conversione dell’energia delle onde è entrata a pieno regime solo negli ultimi anni; in realtà, c’è stato un rinnovato interesse per tale fonte energetica dopo la crisi petrolifera del 1973, ma terminato il periodo di emergenza l’attenzione nei confronti dell’energia del moto ondoso è calata nuovamente per riaccendersi solo molto recentemente.
321 Federici P.R. e L. Axianas, 1990, op. cit., pp.236-243.
322 Marketpress,Una rete tematica europea propone di rivoluzionare la produzione energetica sfruttando l’energia marina, Bruxelles, 17 novembre 2003.
Disponibile on line all’indirizzo:
http://www.marketpress.info/archivio_notiziari/somnews/11%20NOVEMBRE%202003/17%20novembre%202003% 20lu/pag%2001%20Lu%2017%20novembre%202003.htm (accesso: 09-10-09).
151
Oggi, la conversione in energia elettrica dell’ energia contenuta nelle onde è studiata in diversi paesi dell’Unione Europea e in Canada, Cina, India, Giappone, Russia e Stati Uniti. Molte imprese emergenti operanti nel settore energetico sono intensamente impegnate nello sviluppo di soluzioni tecnologiche innovative ed efficaci per la conversione dell’ energia dalle onde.
L’obiettivo più importante per il settore energia dalle onde è quello di implementare prototipi realistici e dimostrare le prestazioni in mare, per portare la tecnologia a un punto di comparabilità con altre tecnologie energetiche rinnovabili quali, ad esempio, l’energia eolica. Questo passaggio è fondamentale al fine di acquisire maggiore fiducia nell’energia oceanica quale fonte affidabile di energia. Ovviamente, per conseguire il target enunciato sono necessari opportuni finanziamenti alla ricerca e sviluppo nel settore in esame.
Le tecnologie per lo sfruttamento del moto ondoso possono essere, sostanzialmente, suddivise in tre gruppi:
• sistemi con impianti sommersi • sistemi con apparati galleggianti • sistemi a colonna d’acqua oscillante
I sistemi con impianti sommersi sono, sostanzialmente, dispositivi offshore che sfruttano le potenti onde disponibili in acque profonde (> 25 m di profondità).
L’Archimedes Wave Swing (AWS) è un tipico esempio di sistema sommerso che si basa sul principio di Archimede; esso consiste in una struttura immersa completamente e ancorata al fondo marino. La sommità dell’impianto è costituita da un cilindro cavo che si muove verticalmente, utilizzando il mutamento della pressione idrostatica generato dal moto ondoso. L’energia meccanica che ne deriva è convertita in elettricità mediante un generatore. La potenza ideale di questi impianti, di cui esiste un esemplare in esercizio lungo le coste del Portogallo, è di circa 2 MW.
I sistemi con apparati galleggianti, di cui l’esempio più noto è il sistema Pelamis, anch’esso sperimentato in Portogallo, sono formati da strutture tubolari galleggianti ancorate al fondo marino che utilizzano l’ampiezza delle onde in mare aperto. Il moto ondoso aziona dei pistoni idraulici collegati ad un generatore di elettricità. I sistemi Pelamis generano energia con costanza, ma non sono privi di aspetti problematici; le principali criticità di tale soluzione tecnologica sono attribuibili all’impatto visivo e all’occupazione di superficie marina, di intralcio e potenzialmente rischiosa per la navigazione marittima.Tale tecnologia è ancora in fase sperimentale; finora un prototipo che ha riscosso un discreto grado di successo è composto da cinque grandi cilindri collegati che nel complesso raggiungono una lunghezza di cento metri.
I sistemi che sfruttano il principio della colonna d’acqua oscillante, noti con la terminologia inglese Oscillating Water Column (OWC) costituiscono una tecnologica molto interessante e in fase di intensa sperimentazione. Tale tipologia di impianti viene, solitamente, installata lungo le coste, anche se talvolta sistemi OWC possono essere installati su piattaforme off-shore, per sfruttare la maggiore potenza delle onde al largo delle coste. Ciò comporta notevoli vantaggi rispetto ai sistemi installati in mare aperto, innanzitutto, i costi di costruzione sono più bassi, in quanto non si rivelano necessari complessi sistemi di ancoraggio ai fondali, né occorre la costruzione di condutture elettriche sottomarine; inoltre le operazioni di manutenzione risultano enormemente più agevoli che non per gli impianti lontani dalla costa.
152
Dal punto di vista strutturale, solitamente, gli impianti OWC sono composti da strutture in acciaio o calcestruzzo, parzialmente sommerse. L’elettricità è ottenuta mediante un processo di tipo pneumatico, combinato con il peculiare principio di funzionamento delle turbine Wells, le quali pur funzionando con due flussi d’aria in direzioni opposte (compressione e decompressione) non mutano il senso di rotazione. Le onde in fase ascendente determinano una compressione dell’aria all’interno delle camere nelle quali sono installate le turbine, azionandole. Allo stesso modo le onde discendenti determinando un calo pressorio nelle camere dell’impianto e innescano anch’esse il funzionamento delle relative turbine. Il funzionamento di tipo pneumatico ha l’enorme vantaggio di limitare l’usura dell’impianto, infatti la parte meccanica e la turbina non subiscono l’azione corrosiva dell’acqua marina. I principali svantaggi della tecnologia OWC sono dati dall’impatto visivo poco gradevole e dalla rumorosità delle turbine.
Esistono diversi casi di impianti OWC perfettamente funzionanti; per tale motivo la tecnologia basata sul principio della colonna d’acqua oscillante è considerata attualmente la soluzione più vantaggiosa per generare elettricità dalle onde. La potenza degli impianti, ad oggi, esistenti varia tra i 60 kW e i 1000 kW.
Nel mondo sono stati costruiti vari impianti pilota basati su questa tecnologia; tra questi si possono menzionare: Pico nelle Azzorre da 400 kW (costruito tra il 1995 e il 1999), Limpet sull’isola di Islay Island in Scozia da 500 kW323, Trivandrum in India da 150 kW, Sakata in Giappone da 60 kW. Un impianto di 500 kW, progettato da Energetech nel 2006 è in fase di sperimentazione in Australia, a Port Kembla.
La risorsa globale di energia del moto ondoso in acque profonde (profondità superiore a 100 metri) è stimato in circa 110 TW324. La risorsa economicamente sfruttabile varia tra i 140 e i 750 TWh annui per gli attuali progetti 325 e potrebbe arrivare a circa 2.000 TWh annui326, nel caso in cui fossero realizzati i potenziali miglioramenti auspicabili per i dispositivi esistenti.
Da tali considerazioni si desume che le onde potrebbero fornire fino a circa il 13% del consumo di energia elettrica del mondo, l’equivalente di circa il 70% dell’energia attualmente fornita dai sistemi idroelettrici.
Nella figura 4.3 sono illustrate le risorse di energia resa disponibile dalle onde nel mondo.
323 Esso alimenta la rete elettrica locale da quando è entrato in funzione nel 2000.
324 Panicker N.N., Power resource estimate of ocean surface waves, in «Ocean Engineering», 1976, 3, 6, pp. 429-439. 325 Wavenet, Final report of the European Thematic Network on Wave Energy, E.E.S.D., European Community, 2003. Disponibile on line all’indirizzo:
http://www.wave-energy.net/Library/WaveNet%20Full%20Report%2811.1%29.pdf
153
Figura 4.3 : Risorse di energia resa disponibile dalle onde (valori espressi in kW/m).
Fonte: Treccani - Enciclopedia degli idrocarburi 2005 - p.575
Costi
I costi relativi alla generazione di energia elettrica dal moto ondoso hanno mostrato un miglioramento significativo negli ultimi 20 anni; un kilowattora di elettricità prodotta mediante la fonte in esame ha raggiunto un prezzo medio inferiore a 10 centesimi di euro. Rispetto al prezzo medio dell’energia elettrica nell’UE, tale valore è ancora elevato, ma si prevedono ulteriori riduzioni con il progredire del relativo sviluppo tecnologico.