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CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli

I CONVERTITORI DI ENERGIA ONDOSA: STATO ATTUALE IN EUROPA E PROSPETTIVE ITALIANE

Luca Martinelli ([email protected])

Dip. IMAGE - Università di Padova

AIOMAIOMAIOMAIOMStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria OffStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria OffStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria OffStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria Off‐‐‐‐Shore e MarinaShore e MarinaShore e MarinaShore e Marina

30 Giugno 30 Giugno 30 Giugno 30 Giugno –––– 1 Luglio 20111 Luglio 20111 Luglio 20111 Luglio 2011


Contenuti

• Obiettivi• Principi di funzionamento dei C E O• Classificazione (principio, grado di sviluppo)

• Alcuni concetti europei• I dispositivi Italiani

• Disponibilità della risorsa• Le prospettive di sviluppo in Italia

OUTLINE

OBIETTIVI

PRINCIPI

ESEMPI

RISORSA

PROSPETTIVE


Obiettivi

• Stimolare la curiosità verso le tecnologie cha hanno possibilità concreta di estrarre energia dalle onde

• Delineare le potenzialità della risorsa ondosa (1000 M€/anno in Italia)

• Evidenziare le prospettive per l’Italia, compresa l’opportunità di fare ricerca e sviluppo in questo ambito


Energia ondosa

Energia cinetica Energia potenziale


15% 50% 45%

70% 90%

1974 Edimburgo, Salter’s duck


Salter’s duck

Obiettivo aperto 1 sec


Classificazione dei WECs

Attenuators

Point absorbersTerminators


Tracimazione

Movimenti:fra la struttura e il fondo, o movimenti relativi

Camera d’aria oscillante

Shoreline Nearshore Offshore


Flussi di marea

Correnti Marine

Gradienti di salinità

Gradienti termici

Moto ondoso

(W.E.C.)

Energia dal mare

Wave ActivatedBodies (WAB)

“Pelamis®”VIDEO

Oscillating Water Columndevices (OWC)

“Pico®”

Costruito nell’Isola di Pico, Azzorre (PT), tra il 1995 e il 1999. 400 kW

WaveOVerTopping

devices (OVT)

“Slot Cone Generator®”

CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)

Classificazione in base allo stato di avanzamento• Fase 1 : verifica dell’idea (proof of concept)

• prove in laboratorio con onda regolare finalizzata a verificare se il dispositivo funziona. Nessuna misura di laboratorio.modello in piccola scala con simulatore di PTO

• report fotografico/video• Costo: costruzione del modello (500-3’000 €)


Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo:

(proof of scalability) • mira ad ottenere una grezza stima dell’energia

annua convertibile. Onde irregolari.Modello usato in Fase 1 o migliorato. Misura dell’onda generata e della potenza producibile

• Report di circa 20 pagine.• Costo orientativo: 10’000-20’000 €


Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità (feasibility study)

• Stima dei costi/Ricavi• Impatto ambientale• Piano industriale preliminare (scelta delle

sperimentazioni, costi e tempi, risorse)• Scelta dei possibili siti di installazione

• Elaborato di circa 30 pagine.• Costo orientativo: 5’000-10’000 €


Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità• Fase 4 : Studi specifici (concept refinement)

• N modelli fisici e numerici per dimensionare e ottimizzare il PTO, gli ancoraggi, gli spessori delle membrature, ecc. Si stimano le sollecitazioni, i movimenti, si sceglie il generatore, la strategia di gestione, ..

• N Reports di circa 100 pagine.• Costo orientativo: N * 20’000-50’000 €


Classificazione in base allo stato di avanzamento• Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità• Fase 4 : Studi specifici• Fase 5 : Studio in sito su modello in scala 1:4-1:10

(quarter scale modelling)• finalizzato ad esaminare le tecnologie scelte

(meccanismi, cavi, valvole, apparato elettrico, strategie di gestione del PTO, ecc)Generazione di energia senza connessione alla rete

• Costo orientativo di progetto, realizzazione, sperimentazione: 0,5-5 Milioni di €


Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità• Fase 4 : Studi specifici• Fase 5 : Studio in sito su modello in scala 1:4-1:10• Fase 6 : Dimostrazione (demostration)

• Studio in sito in scala 1:1 o 1:2 finalizzato a dimostrare le reali attese economiche.Connessione alla rete con possibilità di avere forti incentivi se la produzione è maggiore delle attese.

• Costo orientativo di progetto, realizzazione, monitoraggio: 5-20 Milioni di €


Laboratori per la fase di Dimostrazione

Wave Hub, Cornovaglia (capacità rete 250 MW)

EMEC, Orkeney (Scozia)


Convertitori di energia ondosa basati sul principio dell´overtopping

OTD

Convertitori di Energia Ondosa (CEO) in fase di dimostrazione


Wave Dragon (OTD)


Wave Dragon

Turbine outlet

Reservoir

Waves overtopping the doubly curved ramp

Riflettori


WAVEPLANE

La turbina sfrutta ilmomento di quantita’ di moto oltre allapressione idrostatica


Convertitori di energia ondosa che sfruttano il movimento relativo fra punti diversi

WAB


Ocean Power Technology (Powerbuoy)


2007Oregon, USAScala 1:2

AcquaBuoy


Wavebob 2006 (scala 1:2), Irlanda

Wavebob


Scale 1:40 testing at AAU

The Wave Energy Converter Wave Star

Scale 1:10 testing in Nissum Bredning

A multi point absorber system

www.wavestarenergy.com


Test in scala 1:4 al porto di Hanstholm


Sono stati venduti ad un consorzio portoghese 3 macchine Pelamis da 750kW ciascuna, installate nel 2006 ad Agucadora (PT). Nuovo P2 attualmente all’EMEC. Costo 3.5 €/W (stimato 0.265 €/kWh), manutenzione 8%


DEXA

Sistema di PTO e scatola del generatore Strumentazione di misura

indiretta delle forze agenti

Pesi aggiuntivi


WaveRoller (finlandese)

Installazione a Peniche (PT)


Convertitori di energia ondosa basati sul principio della colonna

d’aria oscillante (OWC)


LIMPET

Isola di Islay, Scozia, 2000.500 kW OUTLINE

PRINCIPI

ESEMPI

RISORSA

ITER

PROSPETTIVE

CONCLUSIONI


OE Buoy


Cavi elettrici analizzati(umbilicals)

Umbilical U1 Umbilical U2

Externar silicone rubber

core with with 90 wires

core with 110 wires


Configurazioni

UMBILICAL:

200+80+120cmCATENARY:

400 cm

Lazy wave

Floating section

80 cm long hog bend

sag bend

TDP

hangoff point

WEC


Lazy wave (P2)


Flexcom

VIDEO FLEXCOM UMBILICAL LAZY

VIDEO FLEXCOM UMBILICAL LAZY

• Tensione eccessiva all’attacco al dispositivo

• Compressione eccessiva al fondo

• Eccessiva piegatura

• Fatica

• Possibilità di contatto con OE-Buoy e catene di ancoraggio


Leancon


Prove in vasca


DISPOSITIVI ITALIANI brevettati

• REWEC3 (dimostrazione)• 40SouthEnergy (dimostrazione)• ISWEC (ottimizzazione)• SeaBreath (studio fattibilità)• WEM (1 proof of concept at full scale)


Boccotti et al. Ocean Engineering 34 822 (2007) 820–841

Costo: 7% costo digaCAPTURE WIDTH 60-110%

lunghezza digaProssima installazione:

Marina di CiceroneAltre concrete ipotesi realizzazione

REWEC3

www.wavenergy.it


ISWEC (Inertial Sea WEC)Giovanni Bracco, Ermanno Giorcelli, Giuliana Mattiazzo

PhD

• Non presenta parti mobili immerse in acqua• Ampio campo di funzionamento (pendenza, frequenza, velocità volano)

Possibilità installazione di un dispositivo a 64 kW in un sito fra:La SpeziaAlghero Pantelleria


SeaBreathDr. Luigi Rubino (Gruppo Merighi), www.seabreath.it


Funzionamento


Funzionamento

Inventore: Luigi Rubino Patent n. PCT/IB2009/051646

Priority: PR2008A000027

Direzione dell’onda


Sea Breath


WEM/WOMWave Energy Module – Wave Osmosis Module

Ing. Eugenio Bozzi

www.wempower.itPrototipo full scale (7 kW)Peso 1.4 t + 6 gallegg da 1 t


DISPONIBILITÀ DI ENERGIA


Wave Atlas


Distribuzione della potenza ondosa media (integrata su tutte le direzioni)


Suddivisione della costa in tratti

270 km,2 GW medi17 TWh/y

“campo prova"

40% calma


Italia

Consumo: 330 TWh/y330 109 kWh/y x 0.15 €/kWh � 50 Miliardi di €/anno

270 km di barriere costa occidentale Sardegnaa 9 kW/m medi = 2’400’000 KW medi

2.4 GW x n°ore anno = 21 TWh/anno (6%)

assumendo efficienza 30% � 2% consumo annuo

6.3 109 kWh/y x 0.15 €/kWh � 1 Miliardo di €/anno


Europa

Sviluppo fronte oceanico sfruttabile ca. 10’000 kmPotenza media > 50kW/m=50MW/km

�500 GW in media nell’anno500GW*n°ore anno= 4000 TWh/y ( η=0.3� 180 T€/y)

Consumo mondiale annuo(International Energy Agency, 2007):

16695 TWh/annoca. 25% consumo mondiale

entro il 2015 è prevista* l’installazione 150 MW picco!

*The World Wave and Tidal Market Report 2011-2015


Legge di scala

Energia prodotta in 1 anno � [H2 cg b] x 1 anno= L3.5

Europa: 50kW/m Italia 1~10 kW/m(50/1~10)1/3.5 � scala lunghezze 1:3~1:1.5

Costo � L3

Beneficio/Costo � L0.5

All’aumentare delle dimensioni del dispositivo, l’investimento è più vantaggioso

Rispetto alla costa occidentale della Sardegna, il rapporto Benefici/costi è di 1.50.5 = 1.22


Ad oggi la tecnologia dei Convertitori di Energia Ondosanon è matura e vi sono continuamente nuovi dispositivi. Ipochi già sviluppati hanno potenze di ca 1 MW.

I dispositivi italiani sono molto promettenti.

Per convertire molta energia, dell’ordine del 2% di quellanecessaria, è necessario posizionare centinaia di chilometridi dispositivi (al largo, dove l’impatto è inferiore).

Per la fase della sperimentazione in situ in scala ridotta,l’Italia ha condizioni ideali: vi sono diverse zone idonee, conmolti lunghi di calma, in periodi ben prevedibili.

La fase di dimostrazione potrebbe essere svolta al largodella costa occidentale della Sardegna (10 kW/m). Mancanoperò le infrastrutture per immettere importanti quantità dienergia in rete senza creare squilibri nella distribuzione.

Conclusioni


grazie dell’[email protected]

Wave Dragon in scala 1:4,5 - Nissum Bredning (DK)

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