ENERGIA DELLE ONDE: STORIA, COME FUNZIONA, VANTAGGI, SVANTAGGI - AMBIENTE - 2025

L' energia dell'onda o potenza dell'onda è l'energia meccanica generata dall'onda e che viene trasformata in energia elettrica. È l'energia cinetica dell'acqua, prodotta dall'energia del vento nel suo attrito con la superficie dei corpi d'acqua.

Questa energia cinetica viene trasformata dalle turbine in energia elettrica, essendo un'energia rinnovabile e pulita. La storia dell'utilizzo di questa energia risale al diciannovesimo secolo, ma è alla fine del ventesimo secolo quando inizia a fiorire.

Potenza delle onde. Fonte: Mostafameraji

Oggi sono numerosi i sistemi proposti per sfruttare le forme di energia del moto ondoso. Questi includono oscillazione dell'onda, shock da onda o variazioni di pressione sotto l'onda.

Il principio generale di questi sistemi è simile e consiste nel progettare dispositivi che trasformano l'energia cinetica delle onde in energia meccanica e quindi in energia elettrica. Tuttavia, la progettazione e l'implementazione sono molto variabili e possono essere installate sulla costa o in mare aperto.

L'attrezzatura può essere sommersa, semisommersa, galleggiante o costruita sulla battigia. Esistono sistemi come Pelamis, dove il movimento ascendente delle onde attiva per spinta sistemi idraulici che attivano motori accoppiati a generatori elettrici.

Altri sfruttano la forza delle onde quando si infrangono sulla costa, spingendo pistoni idraulici o colonne d'aria che muovono le turbine (Esempio: sistema OWC, Colonna d'acqua oscillante).

In altri progetti, la forza dell'onda viene utilizzata quando si rompe sulla battigia per incanalarla e riempire i serbatoi. Successivamente, l'energia potenziale dell'acqua immagazzinata viene utilizzata per spostare le turbine per gravità e generare energia elettrica.

L'energia del moto ondoso presenta indubbi vantaggi, poiché è rinnovabile, pulita, gratuita ea basso impatto ambientale. Tuttavia, comporta alcuni svantaggi legati alle condizioni ambientali in cui lavora l'apparecchiatura e alle caratteristiche delle onde.

Le condizioni dell'ambiente marino sottopongono le strutture alla corrosione del salnitro, all'azione della fauna marina, all'elevata radiazione solare, al vento e alle tempeste. Pertanto, a seconda del tipo di sistema, le condizioni di lavoro possono essere difficili, soprattutto in sistemi offshore sommersi o ancorati.

Allo stesso modo, la manutenzione è costosa, soprattutto nei sistemi offshore, poiché gli ancoraggi devono essere controllati periodicamente. D'altra parte, a seconda del sistema e dell'area, possono avere un impatto negativo sulle attività nautiche, di pesca e ricreative.

Storia

Ha i suoi antecedenti nel XIX secolo, quando lo spagnolo José Barrufet brevettò quello che chiamava "marmotor". Questa macchina produceva elettricità dall'oscillazione verticale delle onde e non fu commercializzata fino agli anni '80 del XX secolo.

L'apparato di Barrufet consisteva in una serie di boe che oscillavano su e giù con le onde, azionando un generatore elettrico. Il sistema non era molto efficiente ma, secondo il suo inventore, era in grado di generare 0,36 kW.

Oggi ci sono più di 600 brevetti per sfruttare la forza delle onde per generare energia elettrica. Queste possono funzionare per mezzo della forza prodotta dall'oscillazione verticale o di quella generata dall'impatto dell'onda sulla costa.

Come funziona l'energia delle onde?

Convertitore Pelamis a Peniche, Portogallo. Fonte: Ing. Ing. Guido Grassow

Il funzionamento dei sistemi di alimentazione delle onde dipende dal movimento che si desidera sfruttare dalle onde. Esistono sistemi galleggianti o ancorati a terra, che sfruttano l'oscillazione verticale dell'acqua, mentre altri catturano la forza dello shock delle onde sulla costa.

Allo stesso modo, ci sono quelli che usano la variazione di pressione sotto la superficie dell'onda. In alcuni casi, l'energia cinetica delle onde permette di immagazzinare l'acqua di mare e sfruttare la sua energia potenziale (caduta per gravità) per attivare le turbine elettriche.

In altri sistemi, l'energia meccanica delle onde produce movimenti di pistoni idraulici o masse d'aria che attivano motori idraulici o turbine per generare elettricità.

- Sistemi galleggianti o ancorati a terra

Questi sistemi possono essere semi-sommersi o sommersi e sfruttare il movimento oscillatorio causato dalle onde a terra. Alcuni sistemi utilizzano la forza del rigonfiamento superficiale e altri il movimento profondo.

Rigonfiamento superficiale

Esistono sistemi di segmenti articolati, come il Pelamis o “serpente marino”, in cui le onde muovono moduli articolati che attivano sistemi di motori idraulici accoppiati a generatori elettrici.

Altra alternativa è il Salter Duck, dove boe fissate ad un asse eseguono un movimento di beccheggio con le onde, attivando anche motori idraulici. C'è invece tutta una serie di proposte basate su boe la cui oscillazione attiva anche i sistemi idraulici.

Movimento a dondolo profondo

L'Archimedean Wave Oscillator è costituito da due cilindri montati in serie su una struttura ancorata al fondale. Il cilindro superiore ha magneti laterali e si muove verticalmente verso il basso con la pressione dell'onda.

Quando il cilindro scende, preme sul cilindro inferiore che contiene l'aria e, al cedere della pressione dell'onda, la pressione dell'aria spinge il sistema verso l'alto. Il movimento oscillante verticale del cilindro magnetizzato consente la generazione di elettricità tramite una bobina.

Drago delle onde

È costituita da una piattaforma galleggiante legata al fondo con alette che le permettono di ricevere l'acqua mossa dalle onde, provocando l'allagamento della struttura. L'acqua si accumula e viene quindi fatta circolare attraverso una colonna centrale attraverso una turbina.

- Sistemi costieri

Questi sistemi sono installati sulla costa e sfruttano l'energia generata dalle onde che si infrangono. Il limite di questi sistemi è che funzionano solo su coste con onde forti.

Un esempio è il sistema progettato dall'ingegnere basco Iñaki Valle, che consiste in una piattaforma ancorata alla costa in pendenza con un magnete su binari. L'onda spinge il magnete verso l'alto, scende per gravità e il movimento induce una bobina a produrre elettricità.

Sistema

È costituito da un sistema di piastre che oscillano avanti e indietro con il flusso e riflusso delle onde e questo movimento, tramite una pompa a pistoni, attiva la turbina elettrica.

Sistema di

In questo caso si tratta di placche galleggianti ancorate alla costa che ricevono la forza di rottura dell'onda e attivano un sistema idraulico. Il motore idraulico a sua volta aziona una turbina che genera elettricità.

Sistema CETO

È costituito da una serie di boe sommerse ancorate al fondale e la cui oscillazione attiva pompe idrauliche che trasportano l'acqua di mare verso la costa. L'acqua pompata attiva una turbina per generare elettricità.

Sistemi che sfruttano l'energia potenziale

Esistono numerosi sistemi che immagazzinano l'acqua di mare in serbatoi e quindi, per gravità, possono attivare le turbine Kaplan e generare elettricità. L'acqua raggiunge le vasche sospinte dall'onda stessa come nel sistema TAPCHAN (Tapered Channel Wave Power System) o nell'SSG Wave Energy (Sea-wave Slot-cone Generator).

Sistemi di colonne acqua-aria

In altri casi, la forza dell'acqua spinta dalle onde viene utilizzata per muovere una colonna d'aria che, passando attraverso una turbina, genera elettricità.

Ad esempio, nel sistema OWC (Oscillating Water Column) l'acqua nel flusso ondoso entra attraverso un condotto e convoglia l'aria interna. La colonna d'aria sale attraverso un camino e passa attraverso la turbina per uscire.

Quando l'acqua si ritira nel riflusso delle onde, l'aria rientra nel camino, muovendo nuovamente la turbina. Questo ha un design che lo fa muovere nella stessa direzione in entrambi i flussi.

Un altro sistema simile è l'ORECON, dove l'oscillazione dell'acqua all'interno della camera aziona un galleggiante che a sua volta preme l'aria per passare attraverso la turbina. Questo sistema funziona allo stesso modo spostando l'aria in entrambe le direzioni.

Vantaggio

Fattoria delle onde. Fonte: P123

Energia rinnovabile

È un'energia proveniente da una fonte naturale praticamente inesauribile come le onde dell'oceano.

La fonte di energia è gratuita

La fonte di energia delle onde sono le onde dell'oceano, sulle quali non viene esercitata alcuna proprietà economica.

Energia pulita

L'energia del moto ondoso non genera rifiuti e nemmeno i sistemi fino ad ora proposti per il suo utilizzo generano rifiuti rilevanti nel processo.

Basso impatto ambientale

Qualsiasi interferenza nell'ambiente acquatico o costiero genera un impatto ambientale, ma la maggior parte dei sistemi proposti sono a basso impatto.

Associazione con altri scopi produttivi

Alcuni sistemi di alimentazione del moto ondoso consentono l'estrazione di acqua di mare per effettuare processi di desalinizzazione e ottenere acqua potabile, o per la produzione di idrogeno.

Ad esempio, quelli la cui operazione prevede la raccolta e lo stoccaggio dell'acqua di mare sulla costa, come il TAPCHAN e l'SSG Wave Energy.

svantaggi

La maggior parte degli svantaggi non sono assoluti, ma dipendono dal sistema d'onda specifico che stiamo valutando.

Forza e regolarità delle onde

Il tasso di produzione di energia dipende dal comportamento casuale delle onde in regolarità e forza. Pertanto, le aree in cui l'uso di questa energia può essere efficace sono limitate.

L'ampiezza e la direzione dell'onda tendono ad essere irregolari, quindi la potenza in ingresso è casuale. Ciò rende difficile per l'apparato ottenere le massime prestazioni su tutta la gamma di frequenze e l'efficienza di conversione dell'energia non è elevata.

Manutenzione

La manutenzione delle strutture coinvolte comporta alcune difficoltà e costi, visti gli effetti corrosivi del salnitro marino e l'impatto delle onde stesse. Nel caso di impianti offshore e sommersi, il costo della manutenzione è aumentato dalle difficoltà di accesso e dalla necessità di una supervisione periodica.

Condizioni climatiche e ambientali in generale

Le strutture per catturare l'energia delle onde e convertirla in energia elettrica sono soggette a condizioni estreme nell'ambiente marino. Questi includono umidità, salnitro, venti, piogge, tempeste, uragani, tra gli altri.

I temporali implicano che il dispositivo deve sopportare carichi 100 volte superiori al nominale, il che può causare danni o danni totali all'apparecchiatura.

vita marina

La vita marina è anche un fattore che può influire sulla funzionalità di attrezzature come grandi animali (squali, cetacei). D'altra parte, i bivalvi e le alghe aderiscono alla superficie dell'attrezzatura provocando un significativo deterioramento.

Investimento iniziale

L'investimento economico iniziale è elevato, a causa delle attrezzature richieste e delle difficoltà della sua installazione. L'attrezzatura necessita di materiali e rivestimenti speciali, sistemi ermetici e di ancoraggio.

Impatto sulle attività antropiche

A seconda del tipo di sistema utilizzato, questi possono influenzare la navigazione, la pesca e l'attrazione turistica della zona.

Paesi che utilizzano l'energia delle onde

Motrico Wave Power Plant (Spagna). Fonte: Txo

Spagna

Sebbene il potenziale del Mar Mediterraneo sia basso in termini di energia del moto ondoso, nel Mar Cantabrico e nell'Oceano Atlantico è molto alto. Nella città basca di Mutriku c'è una centrale elettrica costruita nel 2011 con 16 turbine (300kW di potenza).

A Santoña (Cantabria) c'è un'altra centrale a onde che utilizza 10 boe sommerse per sfruttare l'energia di oscillazione verticale delle onde e generare elettricità. Nelle Isole Canarie ci sono diversi progetti per aumentare l'energia del moto ondoso grazie alle condizioni favorevoli delle loro coste.

Portogallo

Nel 2008, la società Ocean Power Delivery (OPD) ha installato tre macchine Pelamis P-750 situate a 5 km al largo della costa portoghese. Questi si trovano vicino a Póvoa de Varim, con una capacità installata di 2,25 MW.

Scozia (Regno Unito)

La tecnologia OWC è in uso sull'isola di Orkney, dove dal 2000 è stato installato un sistema chiamato LIMPET. Questo sistema ha una produzione massima di 500 KW.

Danimarca

Nel 2004 un progetto pilota di tipo Wave Dragon è stato installato in Danimarca, le sue dimensioni sono 58 x 33 me con una potenza massima di 20 KW.

Norvegia

È in corso l'installazione di un impianto per il sistema SSG Wave Energy a Svaaheia (Norvegia).

NOI

Nel 2002 è stato installato nel New Jersey un progetto pilota per un dispositivo Power Buoy, con una boa offshore di 5 m di diametro, 14 m di lunghezza e con una potenza massima di 50 KW.

In Oregon è stato installato nel porto di Garibaldi un impianto pilota SSG Wave Energy. Allo stesso modo, alle Hawaii promuovono fonti energetiche rinnovabili e, nel caso dell'isola di Maui, la principale fonte rinnovabile è l'energia del moto ondoso.

Riferimenti

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   Weebly. In linea: taperedchannelwaveenergy.weebly.com