Tecnologie Energia dal mare

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1 Tecnologie Energia dal mare 1. Principi 2. Tipologie a) Correnti e Maree b) Osmosi salina c) Gradienti temperatura d) Moto ondoso VII - 0

2 Quadro generale Energia naturale Solare Geotermica Gravitazionale calore solare termodin. osmosi salina idroelettrico fluidi caldi luce energia cinetica materia fotovoltaico vento biomassa gradienti temperat. moto ondoso correnti marine maree VII - 1

3 Correnti marine / correnti di marea Principio: utilizzare turbine sommerse spinte dalle correnti marine (legate ai grandi movimenti delle acque correnti marine o movimenti locali correnti di marea) Per turbine orizzontali: Potenza = 1 2 ρav3 come per le turbine eoliche Densità: Velocità: Diametro pale: Vento Correnti ρ =1.23 kg/m 3 ρ = kg/m v = 10 m/s v =2.5m/s (0.25) 3 = d = 70 m d = 15 m (0.214) 2 = MW 0.6 MW 0.6 VII - 2

4 Turbine marine Vantaggi: Alto grado di utilizzo: 40 50% contro 10 20% delle turbine a vento Turbine più piccole Svantaggi: Cavitazione (succede quando la pressione parziale scende sotto la pressione di vapor saturo dell acqua): limite alla velocità delle pale Turbolenze: causano vibrazioni e implicano una struttura più robusta Crescita di alghe (fouling) Grande effetto sul flusso a valle: limite sul grado di utilizzo VII - 3

5 Velocità correnti marine Velocità medie < 0.8 m/s Velocità fino a 3 m/s VII - 4

6 Esempi Turbina marina ad asse verticale KOBOLT Artist s view Turbina marina ad asse orizzontale Progetto GEM Artist s view Turbina marina ad asse verticale KOBOLT (120 kw) Esemplare installato nello Stretto di Messina Turbina marina ad asse orizzontale Progetto GEM (prototipo 100 kw per le bocche del porto di Venezia) VII - 5

7 Esempi Sistemi molto più invasivi sono costituiti da sbarramenti sulle foci dei fiumi. Bretagna, foce del fiume Rance, fra Saint-Malo e Dinard Turbine a bulbo (indifferenti al senso di flusso) 24 turbine: 240 MW Efficace dove l ampiezza delle maree è di una decina di metri. VII - 6

8 Osmosi salina Principio: La differenza nella concentrazione di sali tra acqua marina e acqua dolce produce un flusso di acqua attraverso una membrana. Questo flusso può essere usato per generare una pressione (Pressure Retarded Osmosis PRO) o un flusso di cariche (Reverse ElectroDialysis RED). PRO RED Salinity-gradient power: Evaluation of pressure-retarded osmosis and reverse electrodialysis, Journal of Membrane Science, Volume 288, Issues 1 2, 1 February 2007, Pages VII - 7

9 Potenziale L energia teoricamente ricavabile mescolando 1 m 3 di acqua di mare (0.5 mol/l NaCl) e 1 m 3 di acqua dolce (0.01 mol/l NaCl) a T=293 K è 1.5 MJ. Mescolando 1 m 3 di brina (5 mol/l NaCl) e 1 m 3 di acqua dolce l energia teoricamente ricavabile è più di 16.9 MJ. In realtà l energia massima ricavabile da un sistema reale potrebbe essere attorno al 50% di quel valore. Problemi da superare: PRO caratteristiche delle membrane (migliore permeabilità e migliore supporto) RED resistenza interna entrambe crescita vegetale, costo delle membrane VII - 8

10 PSO Prototipo da 4 kw VII - 9

11 Gradiente temperatura 25 C 4 C VII - 10

12 Esempi Kailua-Kona Power Plant Operativa dal 1992 Massima Potenza: 255 kwe Autoconsumo (pompe, ecc.): 152 kwe Produzione netta: 103 kwe Flussi: 0.57 m3/s acqua a 27 C dalla superficie e 0.40 m3/s di acqua a 6.1 C da una profondità di 700 m. Fluido alla turbina: acqua ciclo aperto. Limite: pochi MW a causa delle grandi quantità di acqua richieste. Tamil Nadu (Tuticorin Port) Floating Power Plant Operativa dal 1992 Massima Potenza: 1 MWe Flussi: 29 C dalla superficie e 7 C da una profondità di 1000 m. Fluido alla turbina: ammoniaca ciclo chiuso. VII - 11

13 Forza delle onde Come per le onde di marea, è nel Mare del Nord e nell Atlantico che c è il massimo di densità di energia. Fonte: Future marine energy, Carbon Trust (2006) Fonte: Quaderno: energia dal mare, ENEA, Luglio 2011 VII - 12

14 Onde impianti fissi a terra Riempimento e svuotamento (attraverso una turbina) di vaschea diverse altezze Compressione e depressione di aria che viene spinta in una turbina (500 kwp, Limpet, isola di Islay, Scozia) ( VII - 13

15 Onde sistemi galleggianti Pelamis Wave prototipo P2: 180 m di lunghezza (5 sezioni), 1500 tonnellate, 750 kwp, efficienza: 75% fondo: >50 m VII - 14

16 Onde sistemi galleggianti Archimedes Wave Swing (AWS), installato in Portogallo nel 2004: diametro: 9.5 m altezza: 21 m peso: 400 t potenza: 2 MWp Aria Statore magnetico VII - 15

17 Onde sistemi semigalleggianti Aquamarine Power ha installato il prototipo Oyster 1 a Orkney nell estate 2009: fissato al fondo della spiaggia in 13 m di acqua. grandezza della parte mobile: 18 m larghezza, 11 m altezza, 315 kw. 4 milioni di cicli/anno Prototipo Oyster 2: grandezza della parte oscillante (limitata da questioni strutturali): 26 m, 0.7 MW VII - 16