Energia del moto ondoso

Energie rinnovabili

Eolica Geotermica Idroelettrica Marina Solare

L'energia del moto ondoso è una fonte di energia classificata tra le cosiddette "energia alternative" e "rinnovabili" derivando appunto dallo sfruttamento dell'energia cinetica contenuta nel moto ondoso. Il moto ondoso del nome fa riferimento alla classificazione dell'energia per tipo di generazione.

L'energia del moto ondoso è una fonte di recente sperimentazione in vari progetti europei di ricerca nel campo energetico; in particolare se il moto ondoso viene sfruttato per la produzione di energia elettrica, il sistema è denominato cimoelettrico.

Tipologie di impianti cimolelettrici

Vi sono varie tecniche di sfruttamento del moto ondoso e la trasformazione dell’energia delle onde in energia elettrica è oggetto di vari studi e realizzazioni, basati su vari principi fisici:

Salto idrico

Attraverso il passaggio delle onde in un canale di larghezza progressivamente decrescente (come avviene ad esempio in un’insenatura tra le rocce), o mediante particolari rampe, le onde raggiungono altezze superiori ed è quindi possibile riempire un bacino a quota superiore rispetto al livello del mare. Il principio è detto anche concentrazione o focalizzazione delle onde. Il deflusso continuo dell’acqua raccolta, tramite opportune opere civili, e il passaggio attraverso turbine idrauliche (simili a quelle usate per gli impianti idroelettrici con salti idrici contenuti), permette la generazione di energia elettrica. Un prototipo precompetitivo ha potenza di 4-7 MW, ingombro orizzontale nell’ordine dei 200-300 metri (comprensivi del bacino, dello “scivolo” e delle paratie laterali per il convogliamento dell’acqua in arrivo)

Colonna d’acqua oscillante

Il sistema sfrutta la variazione di pressione dell’aria, causata della onde, in una apposita camera. La camera è una sorta di contenitore, posto a una quota fissa, semi-immerso nel mare, completamente aperto nel fondo, e chiuso nella parte superiore. Le onde causano una variazione ciclica del livello dell’acqua nel contenitore, quindi della pressione dell’aria intrappolata nella parte superiore del vano. Se nel cielo della camera si operano aperture di sezione ridotta, l’aria ha possibilità di defluire nei due sensi, in base al moto ondoso. È possibile sfruttare questa corrente d’aria tramite particolari turbogeneratori ad aria, in grado di ricevere la spinta sia nella fase di compressione che in quella di decompressione, mantenendo inoltre lo stesso senso di rotazione. Esistono impianti dimostrativi di questa tecnologia, anche per potenze interessanti (ci sono progetti per impianti da 2 MW). Il sistema è sfruttabile anche al largo (le onde lunghe permettono una spinta maggiore); è interessante, per il rientro economico degli investimenti, la possibilità di integrare questi sistemi con impianti eolici offshore degli impianti dimostrativi.

Sistemi ad ondata

I sistemi ad ondata sono concettualmente simili: una sacca d’aria flessibile, ancorata ad esempio a una boa, quando è investita dalle onde si gonfia e sgonfia; l’aria entra ed esce dalla sacca, attraverso un’apertura superiore nella quale è installato il turbogeneratore.

Sistemi basati sull'ampiezza dell'onda

Il movimento delle onde può azionare dei motori idraulici da accoppiare a un generatore elettrico. Uno studio recente fornisce un esempio del meccanismo: una struttura galleggiante semisommersa, costituita da vari elementi lunghi collegati in serie con appositi snodi (si immagini un convoglio ferroviario, come forma e dimensioni) viene mossa dalle onde variando l’inclinazione relativa dei vari elementi. Appositi pistoni idraulici posti in corrispondenza dei giunti mettono in moto un fluido, in pressione in un circuito interno, che aziona il motore idraulico, posto all’interno di uno degli elementi. Sono attualmente in fase di installazione impianti con potenza di 750 kW e 2 MW, e si stima che la taglia di un impianto “full scale” da commercializzare sia di circa 30 MW.

Sistemi basati sul principio di Archimede

Una struttura sommersa ancorata al fondo marino, dotata di camera d’aria, è soggetta a cicli di compressione-decompressione dovuti alla variazione, originata dalle onde, della colonna d’acqua soprastante. Al largo delle coste del Portogallo, ad esempio, è stato testato con esito positivo un impianto pilota con potenze di picco di 1500 kW. La forma dell’apparato è quella di un grosso cilindro, avente la base ancorata al fondo e un “cappello” mobile in senso verticale; è stato sviluppato, per la conversione dell’energia meccanica in elettrica, un apposito generatore lineare, in grado di semplificare e ridurre al minimo i componenti del sistema. Si prevede che l’impianto commerciale, di potenza 2 MW, dovrà avere altezza 30 metri, diametro 10 metri; per quanto concerne il sito di installazione le caratteristiche tipiche sono con fondali di 80-90 m di profondità, con onde di ampiezza 5 m.

Sistemi simili possono essere costituiti da un galleggiante, ancorato al fondo tramite un sistema in grado di trasferire l’energia meccanica del moto relativo tra il fondo e la “boa”, tramite appositi meccanismi, a un generatore. L’azionamento di un generatore per opera di un elemento galleggiante è possibile anche con dispositivi oscillanti, tipo paratoie sbattute dalle onde. Una problematica comune di questi sistemi è la bassa frequenza del moto ondoso, mentre per l’azionamento dei generatori elettrici sono preferibili alte velocità.

Turbina Pelamis

Un altro esempio noto è quello delle turbine Pelamis (sperimentate in Portogallo), costituite da strutture tubolari galleggianti ancorate al fondo marino. All'interno delle strutture vi sono delle turbine messe in moto dall'acqua che entra ed esce dalle strutture al ritmo del moto ondoso in cui il generatore si trova. Tali generatori generano energia con costanza, ma mostrano un ingombro non indifferente.

Generatore a colonna d'acqua oscillante

Un altro tipo di impianto è quello a colonna d'acqua oscillante. Anch'esso raccoglie l'acqua che entra grazie al moto ondoso all'interno di una struttura cava (In genere una colonna in calcestruzzo, ma l'impianto si presta ad essere adattato a varie forme, anche sfruttando la naturale conformazione delle coste rocciose). Il movimento delle onde che alzano e abbassano il livello dell'acqua nella struttura mette in moto la colonna d'aria che sta sopra la superficie dell'acqua. L'aria, uscendo e rientrando così dall'apertura superiore della colonna, mette in moto una turbina. Per non perdere molta energia con la continua inversione del verso del movimento dell'aria (che esce e rientra continuamente), si usano turbine Wells, in grado di ruotare sempre nello stesso verso qualunque sia il verso del fluido che le alimenta.

Bibliografia

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Voci correlate

• Energie rinnovabili
• Energia delle correnti marine
• Energia a gradiente salino
• energia mareomotrice
• energia talassotermica

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