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1 Energia dal mare Ocean Energy Conversion OEC Technologies Alessandro Corsini La Sapienza, Università di Roma e.mail: [email protected] Gruppo SEA@Sapienza Indice della lezione (i) 1. Energia dal mare, ocean power Le fonti energetiche in ambiente marino: definizioni e classificazioni Energia dal moto ondoso: Aspetti generali del suo sfruttamento Analisi del potenziale, dati Ww e dati per l’area mediterranea 2. Tecnologie mare-motrici per Wave Energy Conversion Cenni storici Classificazione delle tecnologie On-, Off- e near-shore: Principio di funzionamento Tipologie impiantistiche e prestazioni Tecnologie “on-shore”: Oscillating Water Column (OWC) Principio di funzionamento Tipologie impiantistiche e prestazioni I componenti Gli impianti pilota Gruppo SEA @ Latina-Sapienza Indice

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Energia dal mare

Ocean Energy Conversion OEC

Technologies

Alessandro Corsini

La Sapienza, Università di Roma

e.mail: [email protected]

Gruppo SEA@Sapienza

Indice della lezione (i)

• 1. Energia dal mare, ocean powerLe fonti energetiche in ambiente marino: definizioni e classificazioni

Energia dal moto ondoso:

Aspetti generali del suo sfruttamento

Analisi del potenziale, dati Ww e dati per l’area mediterranea

• 2. Tecnologie mare-motrici per Wave Energy ConversionCenni storici

Classificazione delle tecnologie On-, Off- e near-shore:

Principio di funzionamento

Tipologie impiantistiche e prestazioni

Tecnologie “on-shore”: Oscillating Water Column (OWC)

Principio di funzionamento

Tipologie impiantistiche e prestazioni

I componenti

Gli impianti pilota

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Indice

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Indice

Indice della lezione (ii)

• 3. Impatto ambientale delle tecnologie mare-motrici

• 4. Analisi economicaAnalisi dei costi

Il mercato delle tecnologie mare-motrici, stato dell’arte

Le barriere di mercato

• 5. OWC applicazione ad un’isola minore del MediterraneoModello time-dependent

Simulazione delle prestazioni

• 6. Riferimenti bibliografici e www

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Energia dal mare, origine e classificazione (i)1. Energia dal mare

Formazione degli

elementi

fusione

reazioninucleari

fissione

isotopi radioattivi

CampoGravitazionalesole-terra-luna

maree

gradiente termico terrestre

Caloreendogeno

calore da attività vulcanica (soffioni, etc.)

Formazionedel sistema

solare

Energia di rivoluzione della terra

Radiazionesolare

irraggiamento utilizzato direttamente

gradiente termico degli oceani e di salinità dei mari

effetti termicidello

irraggiamento

evaporazione e condensazione

di acqua

effetti meccanicidelloirraggiamento

vento (sorg. eolica)

correnti e onde marine

effetti biologicidello

irraggiamento

combustibili solidi,liquidi e aeriformi

fotosintesi marina

Fonti primarie

Sorgenti Tipo di energia utile ottenibile

E.M.

E.T.

E.M.

E.T. (E.E.)

E.M.

E.T.

E.M.

E.T. (E.E.)

E.T. (E.E.)

E.T. (E.E.)

da C. Caputo, Gli impianti convertitori di energia, Mason, 1997

Legenda: E.E. - Energia elettricaE.M. - Energia meccanicaE.T. - Energia termica

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Energia dal mare, origine e classificazione (ii)

interazione con il sole

Interazione con il

moto della luna

from Bloss and Kappelmeyer “Survey of Energy Sources”, 1980

29,7% 45,8%

0,003%

0,2%

0,023%

0,001%

0,002%

0,018%

0,004%

22,9%

1. Energia dal mare

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En. “potenziale” termica

En. “potenziale” meccanica

Energia elettrica

cinetica potenziale

maree

correnti

sottomarine

moto

ondoso

maree

moto ondosogradiente

termico

conversione en. meccanica

processo di conversione diretto

(e.g. simile idro-elettrico), elevate

eff. di conversione è determinata

dalla tecnologia

conversione en. termica

bassa qualità entalpica

dell’accumulo di calore sensibile

nelle masse d’acqua,

limite di Carnot per il passaggio

termo-meccanico

interazione con rete di potenza

discontinuità della disponibilità

della fonte energetica, i.e.

condizioni meteo, cicli stagionali,

cicli di rivoluzione planetari

sistemi di accumulo di energia da RES

En. Meccanica

Energia dal mare, origine e classificazione (iii)

1. Energia dal mare

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Energia dal mare

En. “potenziale” termica

En. “potenziale” meccanica

Energia elettrica

cinetica potenziale

maree

correnti

sottomarine

moto

ondoso

maree

moto ondosogradiente

termico

En. Meccanica

Descrizione delle tecnologie mare-motrici per fonte primaria

Energia dalle maree

Energia dalle correnti sottomarine

Energia dal gradiente termico oceanico

Energia dal moto ondoso

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Maree 300 TWh/anno

Onde 80.000 TWh/anno

Correnti 800 TWh/anno

Gradiente termico 10.000 TWh/anno

Gradiente salino 2.000 TWh/anno

Forma di energia

marina

Stima della risorsa

globale

Produzione elettrica globale attuale

17.400 TWh/anno

Fonti: Policy Report, IEA-OES, 2006

IEA Statistics for 2004

1. Energia dal mare

Energia dalle maree (i)Lunar power

Struben, A. M. A., Tidal Power. London: Sir Isaac Pitman & Sons, Ltd., 1921.

La sorgente di energia è prodotta dal moto di rivoluzione della Luna

l’attrazione gravitazionale provoca il periodico

sollevamento delle masse d’acqua terrestri e, per

questo tramite, l’accumulo di energia in forma potenziale (sollevamento) ovvero la creazione di correnti di marea

Due modalità di conversione energia dalle maree

Energia cinetica delle correnti indotte dalle maree

Energia potenziale generata dal dislivello

La conversione di energia dalle maree è caratterizzata da cicli di conversione prevedibili

Il sistema di conversione è operativo in intervalli di 6 – 12 h, con periodo di 24 h

La differenza tra periodo di rivoluzione lunare e quello terrestre comporta un leggero sfasamento tra la

disponibilità (maree) e la domanda di potenza dalla rete bacini di accumulo

L’efficienza di conversione è legata all’altezza delle maree, e.g. 10 m – 17 m in ragione del sito

1. Energia dal mare

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Energia dalle maree (ii)

Componenti

sbarramenti (infrastrutture navali, banchine, chiuse), turbine idrauliche (tipo Kaplan

a basso carico idraulico e calettamento palare variabile),bacini di accumulo

Modalità di funzionamento

Fase a) alta marea: chiuse aperte, riempimento

del bacino con turbine in free-wheeling

Fase b) bassa marea: bacino pieno, generazione

di potenza

Possibilità di generazione bi-direzionale di potenza, efficienza ridotta per il de-rating di

prestazioni delle turbine

Possibilità di regolazione e modulazione potenza

negli impianti a bacino (e.g. come per generazione

idro-elettrica)

1. Energia dal mare

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Energia dalle maree (iii)

Paese Località Altezza media delle maree (m)

Area del bacino (km

2)

Potenza installata (MW)

Potenza specifica (MW/km

2)

Argentina San Jose 5.9 - 6800 -

Canada Cobequid 12.4 240 5338 22.2

Cumberland 10.9 90 1400 15.6

Shepody 10.0 115 1800 15.6

United States Knik Arm 7.5 - 2900 -

Turnagain Arm 7.5 - 6500 -

India Kutch 5.3 170 900 5.3

Cambay 6.8 1970 7000 3.6

Korea Garolim 4.7 100 480 4.8

United Kingdom Severn 7.0 520 8640 16.6

Mersey 6.5 61 700 114.7

Wyre 6.0 5.8 47 8.1

Conwy 5.2 5.5 33 6

France Mont Saint Michel 8.4 610 9700 15.9

La Rance 8.4 22 349 15.9

Arguenon 8.4 28 446 15.9

Russia Mezen 9.1 2300 15000 6.5

Penzhinskaya Bay 6.0 - 50000 -

Australia Secure Bay 10.9 - - -

Mexico Rio Colorado 6-7 - - -

United States Passamaquoddy Bay 5.5 - - -

impianti di potenza di

taglia elevata

costi in conto capitale molto elevati

bassi costi di esercizio

elevato impatto ambientale prodotto

dalle infrastrutture di

intercettazione

1. Energia dal mare

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Energia dalle correnti sottomarine (i)Generalità

L’energia delle correnti sottomarine, ad oggi inesplorata, è caratterizzata da un elevato potenziale, e.g. in Europa circa 75 GW

l’energia delle correnti è del tipo “non a barriera”, al contrario di quella ottenuta

sfruttando l’innalzamento e l’abbassamento delle

maree

riduzione dei costi e dell’impatto ambientale

connesso con le infrastrutture di centrale negli

impianti per le maree

Le turbine per lo sfruttamento delle correnti marine, in configurazione non intubata, sono (come per le tecnologie eoliche) ad asse orizzontale o ad asse verticale

turbine ad asse orizzontale adatte alle correnti marine costanti, quelle presenti in

Mediterraneo o nel canale della Manica

turbine ad asse verticale adatte alle correnti di marea caratterizzate da inversioni di moto

1. Energia dal mare

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Energia dalle correnti sottomarine (ii)Valutazione del potenziale

Valutazione del potenziale specifico: 3 kW per m2 di area spazzata per una corrente di acqua alla velocità di 3 m/s (i.e 11 Km/h)e.g. per un aeromotore 3kW per m2 di area si ottengono

per correnti d’aria alla velocità di 28 m/s (i.e. 101 Km/h)

Sfruttamento economicamente conveniente per correnti di velocità compresa tra 2.25e 2.5 m/s con fondali di profondità compresa tra 20 m e 30 m

per ottimizzare lo strato limite della corrente

e gli effetti di bordo esercitati dal fondale e

dalla superficie di separazione

La mappa mostra gli “hot spots” per lo sfruttamento delle correnti sottomarine nel

Regno Unito e nel nord della Francia

Per impianti sperimentali con turbine ad asse orizzontale, centrale di Hammerfest in Norvegia e a Lynmouth in UK, il COE è pari a 4 €cents/kWh

si calcola di raggiungere costi ancora più

competitivi nelle configurazioni di impianto a

rotori multipli (i.e. sea turbine farm)

1. Energia dal mare

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Energia dalle correnti sottomarine (iii)Progetti ed impianti

UK: progetto della Marine Current Turbines Ltd

Seaflow:1999 progetto, rotore ad asse orizzontale, 11m diametro, 300 kWinstallato nel 2003 al largo di Lynmouth, Devon

impiego stand-alone, e.g. carico di dump

Seagen:2007 progetto, rotore doppio ad asse orizzontale, 1 MWimpiego grid-connected

Seagen array:2007 progetto, 10 twin-rotors ad

asse orizzontale,

10 MW

concetto di sea turbines farm,

impiego grid-connected

1. Energia dal mare

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Energia dalle correnti sottomarine (iii)Curiosità

La Corrente del Golfo presenta nello stretto della Florida una portata di circa 30 milioni di m3/s (50 volte la portata di tutti i fiumi del mondo).

Potenza valutata: 25 GW.

Potenza prelevabile: 1 GW per evitare cambiamenti delle condizioni climatiche.

Stretto di Messina: correnti con velocità di 1,5 m/s.

1. Energia dal mare

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (i)

Principio di funzionamento

L'energia solare assorbita dalla superficie del mare in forma termica, crea una differenza di temperatura fra le acque superficiali, che possono raggiungere i 25 - 28 °C, e quelle in profondità, e.g. a 600 m alla temperatura di 6-7 °C.

Il primo riferimento documentale all’uso energetico del gradiente termico del mare appare nel 1870 in “Ventimila leghe sotto i mari”, di Jules Verne

L’energia termica delle acque superficiali può essere impiegata quale sorgente calda o superiore per l’alimentazione di un ciclo Rankine a vapore (e.g. con fluidi motori quali acqua, ammoniaca o fluoro), mentre l’energia termica a bassa temperatura delle acqua profonde costituisce la sorgente fredda per la condensazione

Una differenza di 20 gradi centigradi basta a garantire la produzione di una quantità di energia economicamente sfruttabile

Attualmente realizzati impianti di potenza massima pari a 250 KW, ma si pensa di poter arrivare a 2 MW pur con costi d’impianto molto alti

La prima centrale per la conversione dell'energia termica degli oceani (OTEC) è attiva dal 1979 al

largo delle isole Hawaii

1. Energia dal mare

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (ii)Potenziale della risorsa

risorsa OTEC:acque equatoriali nella fascia 10°S – 10°N, temperatura superficiale 22°C – 24°C

costa orientale dell’Africa caratterizzata da temperature di fondo più elevate

acque equatoriali nella fascia 20°S - 10°S e 10°N – 20°N, temperatura superficiale 20°C – 22°C

costa occidentale del Sud-America zona particolarmente fredda

98 nazioni interessate dall’accesso a risorse termiche OTEC economicamente sfruttabili(i.e. 20°C di gradiente di temperatura entro 200 miglia dalla costa)

stima mondiale indica potenza di 577 GW fonte: US Dept of State, 1981

1. Energia dal mare Master Ridef

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (iii)Cicli motori

OTEC a ciclo aperto

OTEC a ciclo chiuso

Closed Cycle OTEC, CC-OTEC

D’Arsonval, 1881, cicli a vapore ad ammoniaca

richiede acqua di condensazione a profondità comprese tra 800 m e

1000 m

Vacuum pump

Open Cycle OTEC, OC-OTEC

Claude, 1921, cicli aperti a vapor d’acqua

il calore sensibile alimenta un

processo di evaporazione a flash

la condensa è impiegabile come

acqua dissalata, rappresenta un

sotto-prodotto utile

De-salinated water

1. Energia dal mare Master Ridef

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (iv)efficienze di conversione e prestazioni

efficienza di conversione, 24°C hot – 4°C cold

ciclo ideale 8%, ciclo reale 3% - 4%

consumo specifico di acqua

evaporatore 4 m3/s, condensatore 2 m3/s (ratio 2:1) per MW

perdite per pompaggio

tra il 20% e il 30%, per velocità media di 2 m/s

e.g. 100 MW:

400 m3/s acqua calda, D 16 m, profondità 20 m

200 m3/s acqua fredda, D 11 m, profondità 1000 m

de-rating prestazionale

output di potenza si riduce di circa 900 kW per 1°C di

riduzione della sorgente calda, i.e. sorgente fredda a T costante

Vacuum pump

De-salinated

water

taglia limite per cicli CC-OTEC, 100 MW, imposta dalle tubazioni dell’acqua di raffreddamento

taglia limite per cicli OC-OTEC, 2.5 MW, imposta dalla bassa pressione di vaporizzazione

1. Energia dal mare Master Ridef

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A Corsini, Milano 27 febbraio 2006

Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (v)Schemi impiantistici

Gli impianti OTEC possono operare in configurazione: land-based (o "inshore"), near-shore, o offshore (su battelli flottanti).

Impianti CC-OTEC:

Hawaii, USA, entrata in esercizio 1979

50 kW potenza lorda, 18 kW potenza netta

rendimento organico 0,36

impianto dimostrativo, di tipo land-based

Impianti OC-OTEC:

Hawaii, USA, periodo di esercizio 1993-1998

gradiente termico OTEC 26°C – 6°C

255 kW potenza lorda, 103 kW potenza netta, 0.4 l/s di acqua

dissalata

rendimento organico 0,40

impianto dimostrativo, di tipo land-based

Impianti ibridi CC&OC OTEC:

CC-OTEC produzione potenza e OC-OTEC produzione acqua

pre-commercial floating, gradiente termico OTEC 26°C – 6°C

7.9 MW potenza lorda, 5.2 MW netta, 2.3 103 m3/g acqua

1. Energia dal mare

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (vi)

Analisi dei costi economico-ambientaliVega L.A., Marine Soc. Jour., 6-4, 2003, pp. 25-35

tecnologie OTEC capital-intensive, limiti di convenienza economica devono considerare

gli eventuali prodotti-multipli o mercati di nicchia come i sistemi di potenza non elettro-connessi

tecnologie OTEC impatti ambientali

consumo di acqua, per 100 MW pari alla portata del fiume Colorado

per 60 GW 361.000 m3/s

alterazione del gradiente termico, conseguente alla sottrazione e

restituzione delle portate di evaporazione e condensazione

TG 700 - 900

IMV 800 - 1000

1. Energia dal mare

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (vii)

Progetto Energy Island (UK)

Corriere della Sera, 9 Gennaio 2008 Università di Southampton

4 Energy Island:

•1000 MW

= 1 piccola centrale nucleare

Piattaforma:

Lato 300 m

Area 234000 m2

Potenza nominale 250 MW

1. Energia dal mare

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Energia dal gradiente termico oceanico OTEC (viii)

Progetto Energy Island (UK)

500 m

2 MW/100 m

10 MWe

15 kW/m

600 m

9 MWp

3 MWe

6 MW idraulici

22 ha

0,9 kW/m2

54 MWp

13,5 MWe

20,25 MWt

CEA: Controlled Environment Agricolture

6 aerogeneratori

3 MWp/aerogeneratore

18 MWp

1. Energia dal mare

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La sorgente di energia da sfruttare si presenta in formameccanica potenziale e cinetica delle onde

Interesse nello sviluppo di un settore energetico wave power è legato

fattori di tipo energetico: energia dal moto ondoso è caratterizzata da un’elevata densità energetica (tra le più elevate nel settore delle RES)

fattori di tipo ambientale: Protocollo di Kyoto e l’insieme di politiche dedicate al

controllo dei cambiamenti climatici

fattori di tipo economico: il livello attuale e le previsioni di crescita del costo del barile

di petrolio unite all’importanza strategica del petrolio e dei suoi derivati

programmi EU di R&S nel settore del wave power a partire dal 1986 con il 4thFP

confermano la leadership europea (atlantica) nel settore

Italia, sviluppo di soluzioni prototipali (URLS) e studi di integrazione in SAPS in isole

minori del Mediterraneo (Corsini et al., 2005 e 2006)

Energia dal moto ondoso (i)

Introduzione

L’idea di convertire l’energia potenziale e cinetica delle onde in energia meccanica-elettrica è relativamente antica (primo brevetto 1799, Girard & Son, France)

il numero di tecnologie energetiche wave-powered tra il 1855 ed il 1973 conta 340

dispositivi (tra progetti, prototipi di laboratorio e dispositivi pre-industriali)

carattere peculiare è lo sviluppo di soluzioni energetiche innovative e non derivate

da altri settori

1. Energia dal mare

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Energia dal moto ondoso (ii)

Caratteristiche di interesse del moto ondoso

L’energia del moto ondoso deriva dall’effetto del vento sulla superficie libera del mare. Le onde che si generano sono:

onde capillari, increspature generate dall’attrito tra vento e superficie dell’acqua, provocando un moto circolatorio delle particelle superficiali;

onde di gravità, generate dalla pressione esercitata dal vento, provocando un moto oscillatorio.

1. Energia dal mare

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Altezza, intesa come distanza secondo la verticale tra la cresta e il ventre, cioè tra la parte più alta e più bassa dell'onda

Periodo, intervallo di tempo compreso fra due passaggi consecutivi di una cresta per lo stesso punto fisso

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Il meccanismo di trasferimento di energia tra vento e mare è efficace e garantisce una

naturale concentrazione di energia meccanica sulla superficie dell’acqua

una volta create le onde viaggiano su lunghe distanze con basse

perdite

e.g. le onde create dai venti prevalenti atlantici (Alisei) alimentano

naturalmente il versante europeo

La potenza delle onde è proporzionale al quadrato della loro ampiezza o altezza Hw

per il loro periodo caratteristico Tw

e.g. per onde di: periodo lungo ∼ 7 – 10 s

ampiezza media ∼ 2 m

in prossimità della costa tale valore di potenza è attenuato dalla presenza del

fondale

tale effetto dissipativo può essere compensato da fenomeni naturali legati alla

rifrazione e/o riflessione dei fronti d’onda creando concentrazioni di energia

(e.g. hot spots)

Energia dal moto ondoso (iii)

Formazione delle onde

potenza per unità di

lunghezza del fronte d’onda40 – 70 kW/m

1. Energia dal mare

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Energia dal moto ondoso (iv)

Il potenziale della risorsa

WEC nel 1996 ha stimato un potenziale energetico mondiale pari a 2.000 TWh/yr

circa il 10% domanda energetica

mondiale al 2002

potenza specifica onde kW/m in acque profonde

Source: based on Claesson, (1987)

frequenza annuale onde Hw > 5 m

WEC: World Energy Council

1. Energia dal mare

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zona di influenza degli Alisei

zona di influenza delle tempeste polari

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Energia dal moto ondoso (v)

Il potenziale della risorsa

Source: based on Claesson, (1987)

Ogni sito con potenza specifica di 15 kW/m è oggi

teoricamente sfruttabile in modo

economicamente conveniente

Effetto della profondità delle acque sulla

potenza e la producibilità energetica

RARW

0.125

0.222

0.194

0.006

0.142

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1. Energia dal mare

Energia dal moto ondoso (vi)

Livello di potenza delle onde su base-annuale

Area atlantica e Mare del Nord

25 kW/m, isole Canarie

75 kW/m, largo dell’Irlanda e della Scozia

30kW/m, largo della Norvegia

21 kW/m, mare del Nord

Potenza totale in acque profonde 290 GW

Bacino del Mediterraneo

4 – 11 kW/m, Mar Egeo

Potenza totale in acque profonde 30 GW

EU potenza complessiva 320 GW

potenza specifica onde kW/m in acque profonde

Il potenziale della risorsa, EU

e.g. UK

potenziale energetico da wave-energy disponibile al 2003 stimato in 840 TWh/anno, 260% domanda

potenziale energetico tecnologicamente ed economicamente sfruttabile pari al 15% - 25% domanda

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1. Energia dal mare

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Energia dal moto ondoso (vii)

Il potenziale della risorsa, Italia (i)rete ondametrica nazionale, APAT serv. Idromare

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12mesi

liv

ello

me

dio

di p

ote

nza

(k

W/m

)

1999 2000 2001

2002 2003

potenza max circa 12 kW/m

potenza media invernale 8 kW/m,

periodo ott. – febbr.

potenza min 2kW/m

surplus di energia RES è marcatamente stagionale

soluzioni per l’accumulo o il buffering stagionale dell’energia convertita

necessaria una potenza “rotante” di tipo convenzionale per coprire i vuoti di potenza rinnovabile

Boa APAT di Ponza, dati dal 1999 al 2003

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1. Energia dal mare

Potenziale energetico nel Mar Mediterraneo

G. Sannino ENEA REM Ravenna 2012

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Potenziale energetico nel Mar Mediterraneo

G. Sannino ENEA

Potenziale energetico nel Mar Mediterraneo

G. Sannino ENEA REM Ravenna 2012

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Potenziale energetico nel Mar Mediterraneo, modelli di climatologia marina

G. Sannino ENEA

Energia dal moto ondoso (viii)

Il potenziale della risorsa, Italia (ii)

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Altezza significativa spettrale del moto ondoso (m)

Ponza

Monopoli

Ancona

1. Energia dal mare

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Energia dal moto ondoso (viii)

Il potenziale della risorsa, Italia (iii)

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Ponza

Monopoli

Ancona

Altezza significativa spettrale del moto ondoso (m)

Particolare della stagione invernale

1. Energia dal mare

Energia dal moto ondoso (ix)

Il potenziale della risorsa, Italia (iv)

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Periodo di picco (s)

Ponza

Monopoli

Ancona

1. Energia dal mare

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19

Energia dal moto ondoso (viii)

Il potenziale della risorsa, Italia (v)

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Ponza

Monopoli

Ancona

Periodo di picco (s)

Particolare della stagione invernale

1. Energia dal mare

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Hs [m] 0.9 0.9 0.6 0.9 0.6 0.4 0.7 0.8 0.7 0.6 0.6 1

Tp [s] 7.3 4.8 5.7 5.7 5.1 4.5 5.3 5.4 5.5 4.8 5.1 5.9

Tm [s] 4.1 3.5 4 4 3.8 4.1 4.5 4.7 4.1 4.3 4.5 4.6

Boa: Datawell directional wavec MKIPosizione: 40°52’0.1”N 12°56’60.0”EProfondità Mare: 100 m

Valori tipici onde Oceano Atlantico

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Hs (m) 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.9 3.4 4.0 4.5

Ts (s) 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0

Z (%) 0.250 0.200 0.177 0.145 0.100 0.070 0.045 0.007 0.006

Valori tipici onde Mar Tirreno

A.F. de O. Falcão R.J.A.Rodriguez Stochastic modelling of OWC wave power plant performance Applied Ocean Research 2002 pp.59-71

Corsini A. et al Space-Time Mapping Of Wave Energy Conversion Potential In Mediterranean Sea States ASME-ATI-

UIT 2010

Condizioni meteo-marine

FMGroup @ DIMA-Sapienza

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20

Tecnologie mare-motrici per il moto ondoso (i)

Generalità e classificazione

Energia del moto ondoso in forma potenziale (e.g. gravitazionale) e cinetica

energia cinetica, posseduta dall’acqua nel suo movimento circolare: le particelle fluide si

muovono descrivendo traiettorie circolari con diametro pari all’altezza dell’onda;

energia potenziale, che l’acqua acquista quando è elevata sul livello del mare (e.g. come

negli impianti idroelettrici).

Le tecnologie di conversione possono essere suddivise in tre categorie sulla base della distanza del sito d’installazione dalla costa:

off-shore devices: sono essenzialmente corpi oscillanti o flottanti posti in mare

aperto

shoreline devices: si tratta di strutture fisse costruite direttamente sulla costa

near-shore devices: sono dispositivi in genere galleggianti posti in diretta prossimità

della costa

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici per il moto ondoso (ii)

Generalità e classificazione

• On-shore:

strutture di facile manutenzione e installazione, non richiedendo

lunghi cablaggi o particolari strutture di ancoraggio, hanno

maggiore robustezza, semplicità e sono più economiche. (es.

OWC, Tapchan, Pendulor)

• Near-shore:

soluzioni intermedie tra le on-shore e le off-shore, nate con l’intento

di conciliare i pregi di entrambe. (es. OSPREY)

• Off-shore:

sfruttano acque più profonde e quindi potenze più elevate (per

profondità >40 m non interviene, se non marginalmente, l'effetto

dissipativo del fondale). A parità di potenze installate impianti più

compatti e con maggiori prestazioni.

2. Tecnologie mare-motrici

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

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Tecnologie mare-motrici per il moto ondoso (iii)

Peculiarità progettuali dei dispositivi

1. Irregolarità delle onde incidenti per ampiezza, fase e direzione: è difficile ottenere la massima efficienza per un dispositivo sull’intero intervallo delle frequenze eccitate

2. Struttura, i carichi che si verificano in condizioni meteo estreme possono essere in alcuni casi anche 100 volte maggiori di quelli medi previsti nella progettazione

3. Accoppiamento tra il movimento lento (≈ 0.1 Hz) delle onde con il più veloce generatore elettrico (frequenze ≈ 500 volte più grande)

Principali difficoltà nella realizzazione di dispositivi di conversione dell’energia da moto ondoso

L’insieme dei problemi individuati determina l’attuale indirizzo progettuale orientato verso le seguenti potenze:

dispositivi di potenza media 1.5 – 2 MW nominali

moduli di mini-generazione di taglia 5 – 20 kW nominali, ev. impiego in power arrays

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici off-shore

Introduzione

� Archimedes Wave Swing

� Floating wave power vessel

� Pelamis

� Wave Dragon

� Salter Duck

Questa classe di convertitori opera sui regimi d’onda di maggiore potenza (e.g. acque con profondità superiore a 40 m)

Tipologie di WECs

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici off-shore

Archimedes Wave Swing (i)

Progettato dalla Teamwork Technology BV (Paesi Bassi)

STRUTTURA:

Consiste in una struttura cava e sommersa, la cui parte superiore è

libera di muoversi verticalmente rispetto a quella inferiore che invece è

fissata al fondale.

FUNZIONAMENTO:

Il movimento è causato dal periodico cambiamento di pressione

idrostatica dovuto alle onde. Conversione potenza meccanica in

potenza elettrica attraverso un generatore.

VANTAGGI:Rimane completamente sommerso:

• non si risente delle grandi sollecitazioni dovute alle tempeste

• l’impatto visivo è praticamente nullo

SVANTAGGI:Presenza di parti mobili. Affidabilità e costi.

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici off-shore

Archimedes Wave Swing (ii)

2002 progetto definitivo sistema da 2 MW di potenza nominale

Impianto pilota a scala reale testato nel 2004 al largo della

costa portogheseGruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici off-shore

Floating Wave Power VesselProgettato dalla Sea Power International (Svezia)

STRUTTURA:

Dispositivo di superficie costituito da un bacino di raccolta

acque galleggiante e da vasche di zavorra

FUNZIONAMENTO:

L’onda incidente viene raccolta dal bacino e il sistema di

conversione sfrutta principalmente il contenuto di energia

potenziale per caduta

VANTAGGI:Dotato di un sistema di ancoraggio mobile, che ne

permette l’orientamento in ragione della direzione del

moto ondoso

1980 impianto pilota in prossimità di Stoccolma

2002 sistema da 1.5 MW di potenza nominale, 50 m profondità, 500 km offshore UK

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2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici off-shore

Pelamis (i)Sviluppato da Ocean Power Delivery Ltd, UK

STRUTTURA:struttura semisommersa composta da corpi cilindrici

articolati, liberi di ruotare tra loro e che ha una produzione

di potenza idraulica sfruttabile per acque con profondità

superiori ai 20 m.

FUNZIONAMENTO:Sfrutta l’ampiezza delle onde.

Le onde inducono il movimento dei giunti attivando degli

arieti idraulici che pompano olio ad alta pressione ai motori

idraulici i quali a loro volta azionano generatori elettrici.

VANTAGGI:

Più dispositivi connessi tra loro e legati alla riva attraverso un

singolo cavo sottomarino

La forma particolare a “serpentone” offre una sezione più

piccola resistente all’onda incidente, riducendo le

sollecitazioni.

SVANTAGGI:

Pericoloso per la navigazione e forte impatto visivo.

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2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici off-shore

Pelamis (ii)Sviluppato da Ocean Power Delivery Ltd, UK

Prototipi installati su fondali di 20 m

Progetto definitivo prevede l’installazione su fondali di 50-100 m

Commercializzazione del dispositivo di conversioneprevede l’installazione di dispositivi in serie:

fino a 39 Pelamis

potenza nominale 750 kW

regioni fino a 50 kW/m del fronte d’onda

impianto pilota 130 m lunghezza da 0,375 MW di potenza nominale

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2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici off-shore

Wave dragonSTRUTTURA:

dispositivo galleggiante rialzato sul livello del mare, over-topping.

Consiste in due deflettori per focalizzare le onde su di una rampa

corta e ripida tale da elevare l’altezza delle onde in modo da farle

riversare nell’adiacente bacino rialzato.

FUNZIONAMENTO:

l’energia delle onde viene immagazzinata come energia

potenziale dall’acqua contenuta nel serbatoio, quindi sfruttata per

produrre potenza elettrica con turbine idrauliche (di tipo Kaplan)

VANTAGGI:

non presenta parti mobili a parte le turbine: la struttura resiste

meglio alle forti mareggiate. Inoltre presenta elevati rendimenti.

SVANTAGGI:

Difficoltà di ancoraggio e costi.

prototipo largo 57 m in scala 1:4.5, corrispondentead un impianto di 4 MW scale 1:1, dal 2002 in servizio in Danimarca.

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2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici off-shore

Salter duckProgettato da S. Salter, Univ. di Edimburgo, 1974

STRUTTURA:

sistema modulare costituito da più elementi uguali (camme)

montate su di un albero rigido e sostenute su di uno zatterone

disposto sulla superficie del mare perpendicolarmente alla

direzione delle onde prevalenti

FUNZIONAMENTO:

ogni camma possiede un profilo tale che oscillando angolarmente

intorno all’asse geometrico dell’albero assorbe l’onda incidente

lasciando calmo lo specchio d’acqua retrostante. Questo

movimento aziona un motore idraulico per produrre elettricità.

VANTAGGI:

converte sia l’energia cinetica che potenziale delle onde, con

efficienza di assorbimento prossima al 90%

SVANTAGGI:

la dimensione della camma deve essere comparabile

con l’altezza d’onda (sistema ingombrante e costoso).

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2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

Introduzione

� TAPCHAN

� Pendulor

� Oscillating Water Column OWC

Questa classe di convertitori è installata sulla costa, o integrate in opere civili lungo la linea di costa.

Riduzione dei costi di manutenzione ed esercizio (e.g. assenza di elettrodotti sottomarini, e sistemi di ancoraggio), riduzione del contenuto energetico del moto ondoso (e.g. da 3-8 volte)

Tipologie di WECs

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2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

TAPCHAN (i)WEC di tipo over-topping sviluppato da Norwave SA

TAPCHAN da Tapered Channel

STRUTTURA:

è composto da un canale che si ristringe gradualmente in

direzione del serbatoio

Le onde entrano dal lato più largo del canale e si propagano

all'interno di esso verso il restringimento subendo

un'amplificazione in ampiezza finché non si rovesciano

all’interno del serbatoio che è rialzato sopra il livello del mare

L’altezza dei muri del canale è

pari al livello di riempimento

del bacino, e.g 3 – 7 m

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2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

TAPCHAN (ii)WEC di tipo over-topping sviluppato da Norwave SA

TAPCHAN da Tapered Channel

FUNZIONAMENTO:

l’energia cinetica delle onde è convertita in energia

potenziale. L'acqua dal serbatoio ritorna a mare dopo essere

passata attraverso una turbina convenzionale (e.g. tipo

Kaplan).

VANTAGGI:

output stabile e continuo grazie alla riserva del serbatoio.

Inoltre, non presentando parti mobili, non necessita di grande

manutenzione

SVANTAGGI:

Richiede appropriate configurazioni della linea di costa e

regimi di marea significativi

Impianto dimostrativo costruito nel 1985 a Toftstallen, Norvegiadanneggiato nel 1991

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2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

PendulorSTRUTTURA:

camera del Pendulor a pianta rettangolare aperta ad una

estremità che la pone in collegamento con il mare

FUNZIONAMENTO:

La camera è chiusa sul fronte da una paratia (pendulum) in

grado di oscillare attorno ad un asse orizzontale

l'azione delle onde causa il suo oscillamento che viene usato

per azionare una pompa idraulica e un generatore elettrico

Entrambe le fasi del moto oscillatorio utili ai fini della

conversioneVANTAGGI:

dimensioni contenute

SVANTAGGI:bassa potenza prodotta (pochi kW)

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2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

Oscillating Water Column OWC (i)Sviluppato:

Instituto Tecnico Superior, Lisbona

Wavegen Ltd & Queen’s University, Belfast

STRUTTURA:

Si tratta di un apparato che sfrutta l’energia dell’onda per

comprimere dell’aria all’interno di una camera

processo di conversione di tipo penumatico, con due fasi utili

(e.g compressione – aspirazione)

FUNZIONAMENTO:

L’aria viene fatta fluire attraverso un dispositivo espansore

che permette la produzione di potenza meccanica-elettrica

VANTAGGI:

Si tratta attualmente della soluzione più promettente sia per la

fattibilità tecnica ed economica

Impianti già in servizio, esperienze di integrazione in Sistemi

di Potenza isolati

dispositivo di potenza compresa nel range di 60÷500 kW

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2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici shoreline o on-shore

Energetech OWC (ii)

Sviluppato Energetech, Australia

STRUTTURA:

Camera ed espansore simili a dispositivi OWC

Dispositivo di collezione ed amplificazione del moto ondoso

con barriera parabolica

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2. Tecnologie mare-motrici

Tecnologie mare-motrici near-shore

OSPREY

Il principale dispositivo per applicazioni near-shore (e.g. acque con profondità inferiore a 20 m) è l’OSPREY, sviluppato dalla Wavegen Ltd

STRUTTURA e FUNZIONAMENTO:

Si tratta di un OWC che prevede la possibilità di

integrazione con una turbina eolica

Sviluppato per l’impiego su fondali sabbiosi

VANTAGGI:

Questo sistema mira a massimizzare la quantità di energia

ottenibile in una zona di mare

SVANTAGGI:

Scarsa affidabilità e costi per l’ancoraggio.

Prototipo OSPREY I fu costruito nel 1996 a Dounray

(Scozia) ma fu distrutto l’anno successivo da una tempesta

OSPREY 2000, struttura in composito, progettato per

fondale da 15 m con potenza nominale di 2 MW

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2. Tecnologie mare-motrici

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Tecnologie mare-motrici

Impianti di potenza, stato dell’arte

Al 2003 circa 16 WECs shore-line e near-shore in esercizio

W-wide & EU-wide

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2. Tecnologie mare-motrici

Oscillating Water Column OWC

Composizione (i)

camera OWC

Turbina Wells

Valvola di by-pass

Generatore elettrico

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2. Tecnologie mare-motrici

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Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Oscillating Water Column OWC

Composizione (ii)

2. Tecnologie mare-motrici

Oscillating Water Column OWC

Principio di conversione

Onda

Energia meccanica cinetica e

potenziale

Compressione-depressione aria nella camera

Energia pneumatica

Turbina Wells

Energia Meccanica

Alternatore

Energia Elettrica

fase di compressione

fase di aspirazione

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2. Tecnologie mare-motrici

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31

Oscillating Water Column OWC

Turbina Wells (i), condizioni di lavoroTurbina Wells

La turbina è soggetta a condizioni molto più gravose e

difficili rispetto a qualsiasi altra applicazione, incluse le

turbine eoliche

Il flusso d’aria è oscillante in direzioni opposte ed inoltre, con una forte

connotazione stocastica (e.g. variabile nel

tempo su scale dei tempi dai secondi a quelle

stagionali)

Il macchinario è soggetto all’azione corrosiva della

salsedine, per questo il processo di conversione prevede

il passaggio di tipo pneumatico

la variabilità periodica del flusso d’aria tra valori positivi e negativi comporta rendimenti di conversione non ottimali per lo sfruttamento delle fasi di compressione ed aspirazione della

camera

La soluzione a tale problema data la metà degli anni ’70

Turbina Wells sviluppata dal Dr. A. Wells presso la Queen’s University di Belfast, UK

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Oscillating Water Column OWC

Turbina Wells (ii), disegno

profilo palare simile a quello di un’ala (i.e.

airfoil)

profilo palare simmetrico rispetto alla linea di

camber della pala

la turbina è detta auto-rettificante perché la sua coppia non è sensibile alla

direzione del flusso d’aria poiché il rotore-generatore ha una rotazione uni-

direzionale

efficienza di conversione è 80% contro 85%-

90% tipico delle turbine idrauliche

margine operativo molto stretto

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

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Oscillating Water Column OWC

Turbina Wells (iii)

Aspetti negativi

Potenze basse a piccole portate d’aria, i.e. basso contenuto di energia nel moto

ondoso incidente

Forte decadimento delle prestazioni al di sopra del flusso critico oltre il quale la

turbina va in stallo

Dimensioni del rotore abbastanza grandi per la potenza raccolta (2.3 m di

diametro per la turbina da 400 kW dell’impianto di Pico, 2.6 m per l’impianto

Islay II da 500 kW)

Soluzioni progettuali innovative

Guide statoriche, per ridurre le perdite aerodinamiche

Adozione di rotori multipli, riduce il rendimento ma incrementa il margine

operativo

Turbina con pale a geometria variabile

Wavegen Ltd

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Oscillating Water Column OWC

Impianti pilota (ii), dati prestazionali

Isola di Islay, shoreline atlantica

Potenza della sorgente, 37 – 45 kW/m direzionale

64 – 67 kW/m totale

Potenza turbina Wells, 420 kW nominali

Energia convertita per anno, 1850 MWh

Ore di esercizio per anno, 4400 h/anno

2. Tecnologie mare-motrici Master Ridef

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

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Oscillating Water Column OWC

Impianti pilota (i)

• Isola di Islay (Scozia), 500 kW

70 kW/m potenza disponibile

shoreline

• Isola di Pico (Azzorre, Portogallo), 1000 kW

40 kW/m potenza disponibile

shoreline

• Porto di Sakata (Giappone), 200 kW

10 kW/m potenza disponibile

integrazione nell’infrastrutture portuali

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Oscillating Water Column OWC

Impianti pilota (ii)

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

POSEIDONE consortium

An integrated procedure for the design of a wave energy converter developed for Mediterranean operation

FMGroup @ DMA-SapienzaCRAS Sapienza

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34

Altri dispositivi (i)

Sperboy, 2007 UKC Wave system, 2002 UK

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

WEC biomimetic concepts

Bio-wave, 2006 AUS

OYSTERTM system, 2001 UK

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2. Tecnologie mare-motrici

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Altri dispositivi (iii)

Pneumatically

Stabilized

Platform (PSP),

1993 UK

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

Altri dispositivi (iv)

Mighty whale, 1987

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

2. Tecnologie mare-motrici

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Altri dispositivi (v)

Seawave Slot cone Generator (SSG),

2005 EU

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2. Tecnologie mare-motrici

Impatto ambientale (i)

Considerazioni generali

Le tecnologie di conversione di energia dal mare sono considerate a basso impatto ambientale, e.g. zero emissioni di GHG durante la generazione di potenza

Aree di maggiore impatto

Ambiente marino, le strutture possono modificare la deposizione di sedimenti

le strutture possono costituire habitat artificiali per popolazioni marine

Rumore, peculiare dei sistemi on-shore principalmente legato alle turbine Wells nei dispositivi

OWC

Ostacoli per la navigazione, peculiare dei sistemi off-shore e near-shore richiede l’installazione di

sistemi di riconoscimento visivi o radar

Impatto visivo, nei sistemi di potenza on-shore e near-shore

Trasmissione di potenza, impatti visivi ed ambientali legati agli elettrodotti

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

3. Impatto ambientale delle tecnologie mare-motrici

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Impatto ambientale (ii)

Wave Energy Converters

Limite maggiore nella valutazione di impatto ambientale è il ridotto numero di informazioni ed esperienze

In letteratura studi dedicati a WECs, Thorpe, 1992

3. Impatto ambientale delle tecnologie mare-motrici

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Impatto ambientale (ii)

Impatti sul ciclo di vita

Dati indicativi degli impatti legati alle attività correlate

Natural gas, (CO2 kg/TJ) 230.000

PV Si-p, (CO2 kg/TJ) 55.000

Wind, (CO2 kg/TJ) 8.700

Dati ETH 1996

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

3. Impatto ambientale delle tecnologie mare-motrici

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Sviluppo tecnologico

Gruppo SEA @ Latina-SapienzaFonte: Review and analysis of ocean energy systems development and supporting policies, IEA June 2006

2003 2006

Tecnologie in fase di sviluppo nel 2003 e nel 2006

Progetti di ricerca, sviluppo e dimostrazione in atto al marzo 2006

4. Analisi economica

Sviluppo tecnologico

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Stato generale di sviluppo delle tecnologie marine, 2006

Fonte: Review and analysis of ocean energy systems development and supporting policies, IEA June 2006

UK

4. Analisi economica

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Analisi economica

Considerazioni generali

Tecnologie WECs in larga maggioranza in fase embrionale o prototipale in similitudine con le esperienze proprie del settore eolico

dispositivi one-off spesso over-engineered

riduzione dei costi impianto & conversione attesa dalla realizzazione di dispositivi large-

scale e dall’incremento dell’affidabilità

componenti

mancanza di standard industriali (i.e. selezione sito, tecnologie e taglie) per determinare

economie di scala

andamento del COE registrato una riduzione del

50% negli ultimi 10 anni

convenienza economica già raggiunta in applicazioni di nicchia quali SAPS di isole non elettro-connesse

COE ancor non competitivo con combustibili fossili,

ma già competitivo con altre RES

scenari di convenienza economica non legati all’introduzione di tecnologie WECs innovative

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

4. Analisi economica

Analisi economica

Analisi per tecnologia (i)

Tecnologie WECs, fattori di costo variabili in termini capitale, installazione, manutenzione ed esercizio

mercato WECs costituito principalmente da dispositivi on-shore e off-shore

on-shore caratterizzati da bassi costi di esercizio e semplicità di connessione e vettoriamento elettrico

off-shore caratterizzati dall’elevate potenze specifiche della sorgente maggiori ratei di riduzione COE

possibilità di usufruire delle tecnologie off-shore sviluppate nel settore idrocarburi

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

4. Analisi economica

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Analisi economica

Analisi per tecnologia (ii)

Fonte IEA, 2003

on-shore

near-shore

off-shore

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

4. Analisi economica

Analisi economica

Prospezioni di mercato WECs

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

4. Analisi economica

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Analisi economica

Barriere di mercatoRischio industriale

Tecnologie non mature mancanza di track-record riguardo affidabilità, efficienza,

manutenibilità

criticità ambientali, condizioni severe di esercizio

CostoCOE indicano convenienza economica in mercati di nicchia (e.g. isole)

elemento di successo nel breve termine l’internalizzazione nel COE dei costi ambientali

Regolamentiintegrazioni ed armonizzazione normative necessarie per le fasi di installazione in

configurazioni on-shore e off-shore (i.e. normative nel settore ambientale, elettrico &c)

Industriaad oggi impegno limitato a poche attività industriali SME causa gli elevati costi di sviluppo

necessario alla commercializzazione il coinvolgimento di attori industriali di dimensioni

maggiori (e.g. oil companies (???))

Infrastrutturesiti ottimali per WECs spesso in posizione periferiche rispetto alle reti di trasmissione

necessari interventi di rinforzamento a carico dell’investitore (i.e. approx. 1.5 M€ per MW, UK)

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

4. Analisi economica

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

Legge finanziaria 2008

Le tariffe sono valide per impianti a fonti rinnovabili di potenza inferiore a 1 MW (o 200 kW per impianti eolici on-shore)

Analisi economica

Incentivi. Situazione italiana al xii/2008

4. Analisi economica

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OWC applicazione nei mari Tirreno ed Adriatico

Dati meteo-marini

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

h(m) media nel periodo invernale circa 2 m

T(s) medio nel periodo invernale circa 4 s

W(kW) media rispetto al periodo invernale circa 12 kW/m

Portata in volume d’aria per metro di fronte d’onda intorno 1 – 2 (m3/s)

Ponza

Monopoli

Ancona

5. OWC, caso studio

Time [3h]

Pow

er

[kW

]

1000 20000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Time [h]

Po

wer

[kW

]

2000 4000 6000 80000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5. OWC, caso studio

Time [3h]

Po

we

r[k

W]

1000 20000

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

OWC applicazione nei mari Tirreno ed Adriatico

Prestazioni, stima

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43

Ponza Ancona Monopoli

Anno di riferimento dati ondametrici 2003 2001 2000

Energia annua MWh/a 41,43 14,90 24,46

Energia primavera/estate MWh/a 9,65 3,30 8,37

Energia autunno/inverno MWh/a 31,79 11,60 16,10

Ore con P>5 kW h 2753 1314 1425

Ore con P<1 kW h 3242 6705 4350

Potenza media kW 4,73 1,70 2,79

Potenza massima kW 48,39 32,19 39,41

Potenza media (mesi invernali) kW 12 8 11,00

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OWC applicazione nei mari Tirreno ed Adriatico

Prestazioni, stima

5. OWC, caso studio

Consumo:8489 GJ/anno

Picco di potenza:

720 kW

Curva di domanda, anno 2000

Sistema di generazione: motori diesel

Isola di Ventotene, arcipelago ponziano

OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Carico delle utenze

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5. OWC, caso studio

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OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Schemi di integrazione OWC & SAPS

1. Singolo OWC nell’isola

2. Integrazione dell’OWC nel

sistema di potenza:

• Accoppiamento con

centrale, impianto

fotovoltaico e sistema

d’accumulo ad H2

• Interventi di risparmio

energetico

• 3 dispositivi OWC in

parallelo

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12mesi

livello

med

io d

i p

ote

nza (

kW

/m)

1999 2000 2001

2002 2003

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

5. OWC, caso studio

OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Prestazioni OWC, potenza e rendimento (ii)

Pmax= 160 kW

En.= 97 MWh/anno

ηηηηMAX = 0,6

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5. OWC, caso studio

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OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Integrazione OWC con il sistema di potenza (i)

OWC

Impianto fotovoltaico

Sistema d’accumulo ad idrogeno

Centrale a gasolio

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5. OWC, caso studio

OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Integrazione OWC con il sistema di potenza (ii)

Criterio di scelta:

Minimizzazione dei consumi di gasolio

Risultato ottimizzazione:

• Potenza di esercizio motori: 152 kW

• Potenza nominale celle a combustibile: 100 kW

• Potenza nominale elettrolizzatore: 100 kW

• Volume serbatoio: 400 m3

• Livello iniziale idrogeno: 50 %

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5. OWC, caso studio

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OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Integrazione OWC con il sistema di potenza (iii)

Settimana invernale Settimana estiva

Gruppo SEA @ Latina-Sapienza

5. OWC, caso studio

OWC applicazione ad un’isola minore del Mediterraneo

Integrazione OWC con il sistema di potenza (iv)

Funzionamento del sistema di accumulo:

Il livello di idrogeno Consumo = 372 t/annoConsumo = 372 t/anno

Risparmio = 79 t (-30%)

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5. OWC, caso studio

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Riferimenti (i)

World-wide & EU-wide

World Energy Council. "Renewable Energy Resources: Opportunities and Constraints 1990-2020", 1993.World Energy Council. "Survey of Energy Resources", 1998.

Commission of the European Communities, DG XVII. "An Assessment of the State of Art, Technical Perspectives and Potential Market for Wave Energy", prepared by ETSU and CCE, 1992.Commission of the European Communities, "The Renewable Energy Study. Prospects for Renewable Energy in the European Community and Eastern Europe up to 2010", DG XVII, 1994.

Falnes, L and Lovseth, J. "Ocean Wave Energy", Energy Policy, vol. 19, No. 8, p. 768-775, 1991.Mollison, D. "Wave Climate and the Wave Power Resource", in Hydrodynamics of Ocean Wave-Energy Utilization, Evans and Falcão (eds), Springer-Verlag, pp. 133-156, 1986.Thorpe, T.W., “A review of Wave Energy”, Vols. 1 and 2, DTI report, ETSU R-72, 1992.

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6. Riferimenti

Riferimenti (ii)

Web-wide

http://europa.eu.int/comm/energy_transport/atlas/htmlu/wave.html

http://www.iea.org

http://www.worldenergy.org/wec-geis/default.asp

http://www.eere.energy.gov/RE/ocean_wave.html

http://www.wave-energy.net

http://www.energoclub.it

http://www.wave-energy-centre.org

http://www.oceanpd.com

http://www.wavegen.co.uk

http://www.energetech.com.au

http://www.soton.ac.uk

6. Riferimenti

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