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

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1 I CONVERTITORI DI ENERGIA ONDOSA: STATO ATTUALE IN EUROPA E PROSPETTIVE ITALIANE Luca Martinelli (luca.martinelli@unipd.it) Dip. IMAGE - Università di Padova AIOM Studi di Aggiornamento sull'ingegneria Off Shore e Marina CEO: stato attuale in Europa 30 Giugno e prospettive 1 Luglio Italiane 2011 Luca Martinelli

2 Contenuti OUTLINE OBIETTIVI PRINCIPI ESEMPI RISORSA PROSPETTIVE 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

3 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

4 Energia ondosa Energia cinetica Energia potenziale

5 1974 Edimburgo, Salter s duck 15% 50% 45% 70% 90%

6 Salter s duck Obiettivo aperto 1 sec

7 Classificazione dei WECs Terminators Point absorbers Attenuators

8 Shoreline Nearshore Offshore Tracimazione Movimenti: fra la struttura e il fondo, o movimenti relativi Camera d aria oscillante

9 Energia dal mare Flussi di marea Correnti Marine Gradienti di salinità Slot Cone Generator Gradienti termici Moto ondoso (W.E.C.) Wave OVerTopping devices (OVT) Wave Activated Bodies (WAB) Pelamis VIDEO Oscillating Water Column devices (OWC) Pico Costruito nell Isola di Pico, Azzorre (PT), tra il 1995 e il kw

10 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 ( ) Foto: Fezzano (SP)

11 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: Foto: Fezzano (SP)

12 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: Foto: Fezzano (SP)

13 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 * Foto: Fezzano (SP)

14 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 Foto: Fezzano (SP)

15 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 Foto: Fezzano (SP)

16 Laboratori per la fase di Dimostrazione EMEC, Orkeney (Scozia) Wave Hub, Cornovaglia (capacità rete 250 MW)

17 Convertitori di Energia Ondosa (CEO) in fase di dimostrazione Convertitori di energia ondosa basati sul principio dell overtopping OTD

18 Wave Dragon (OTD)

19 Wave Dragon Riflettori Reservoir Waves overtopping the doubly curved ramp Turbine outlet

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21 WAVEPLANE La turbina sfrutta il momento di quantita di moto oltre alla pressione idrostatica

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

23 Ocean Power Technology (Powerbuoy)

24 AcquaBuoy 2007 Oregon, USA Scala 1:2

25 Wavebob Wavebob 2006 (scala 1:2), Irlanda

26 The Wave Energy Converter Wave Star A multi point absorber system Scale 1:10 testing in Nissum Bredning Scale 1:40 testing at AAU

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28 Test in scala 1:4 al porto di Hanstholm

29 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 /kwh), manutenzione 8%

30 DEXA Sistema di PTO e scatola del generatore Strumentazione di misura indiretta delle forze agenti Pesi aggiuntivi

31 WaveRoller (finlandese) Installazione a Peniche (PT)

32 Convertitori di energia ondosa basati sul principio della colonna d aria oscillante (OWC)

33 LIMPET OUTLINE Isola di Islay, Scozia, kw PRINCIPI ESEMPI RISORSA ITER PROSPETTIVE CONCLUSIONI

34 OE Buoy

35 Cavi elettrici analizzati (umbilicals) Umbilical U1 Umbilical U2 Externar silicone rubber core with with 90 wires core with 110 wires

36 Configurazioni WEC hangoff point Floating section 80 cm long hog bend CATENARY: 400 cm Lazy wave UMBILICAL: cm sag bend TDP

37 Lazy wave (P2)

38 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

39 Leancon

40 Prove in vasca

41 DISPOSITIVI ITALIANI brevettati REWEC3 (dimostrazione) 40SouthEnergy (dimostrazione) ISWEC (ottimizzazione) SeaBreath (studio fattibilità) WEM (1 proof of concept at full scale)

42 REWEC3 Boccotti et al. Ocean Engineering (2007) Costo: 7% costo diga CAPTURE WIDTH % lunghezza diga Prossima installazione: Marina di Cicerone Altre concrete ipotesi realizzazione

43 ISWEC (Inertial Sea WEC) Giovanni Bracco, Ermanno Giorcelli, Giuliana Mattiazzo PhD Possibilità installazione di un dispositivo a 64 kw in un sito fra: La Spezia Alghero Pantelleria Non presenta parti mobili immerse in acqua Ampio campo di funzionamento (pendenza, frequenza, velocità volano)

44 SeaBreath Dr. Luigi Rubino (Gruppo Merighi),

45 Funzionamento

46 Funzionamento Direzione dell onda Inventore: Luigi Rubino Patent n. PCT/IB2009/ Priority: PR2008A000027

47 Sea Breath

48 WEM/WOM Wave Energy Module Wave Osmosis Module Ing. Eugenio Bozzi Prototipo full scale (7 kw) Peso 1.4 t + 6 gallegg da 1 t

49 DISPONIBILITÀ DI ENERGIA

50 Wave Atlas

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

52 Suddivisione della costa in tratti campo prova" 40% calma 270 km, 2 GW medi 17 TWh/y

53 Italia Consumo: 330 TWh/y kwh/y x 0.15 /kwh 50 Miliardi di /anno 270 km di barriere costa occidentale Sardegna a 9 kw/m medi = KW medi 2.4 GW x n ore anno = 21 TWh/anno (6%) assumendo efficienza 30% 2% consumo annuo kwh/y x 0.15 /kwh 1 Miliardo di /anno

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55 Europa Sviluppo fronte oceanico sfruttabile ca km Potenza media > 50kW/m=50MW/km 500 GW in media nell anno 500GW*n ore anno= 4000 TWh/y ( η= T /y) Consumo mondiale annuo (International Energy Agency, 2007): TWh/anno ca. 25% consumo mondiale entro il 2015 è prevista* l installazione 150 MW picco! *The World Wave and Tidal Market Report

56 Legge di scala Energia prodotta in 1 anno [H 2 c g b] x 1 anno= L 3.5 Europa: 50kW/m Italia 1~10 kw/m (50/1~10) 1/3.5 scala lunghezze 1:3~1:1.5 Costo L 3 Beneficio/Costo L 0.5 All aumentare delle dimensioni del dispositivo, l investimento è più vantaggioso Rispetto alla costa occidentale della Sardegna, il rapporto Benefici/costi è di = 1.22

57 Conclusioni Ad oggi la tecnologia dei Convertitori di Energia Ondosa non è matura e vi sono continuamente nuovi dispositivi. I pochi già sviluppati hanno potenze di ca 1 MW. I dispositivi italiani sono molto promettenti. Per convertire molta energia, dell ordine del 2% di quella necessaria, è necessario posizionare centinaia di chilometri di 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, con molti lunghi di calma, in periodi ben prevedibili. La fase di dimostrazione potrebbe essere svolta al largo della costa occidentale della Sardegna (10 kw/m). Mancano però le infrastrutture per immettere importanti quantità di energia in rete senza creare squilibri nella distribuzione.

58 grazie dell attenzione Wave Dragon in scala 1:4,5 - Nissum Bredning (DK)