Quale e quanta energia
disponibile nei nostri mari?
Renata Archetti (1), Nadia Pinardi(1), (2), Alberto Lamberti(1), Franco
Cesari(1), Giuseppe Passoni(3) e Daniele Pettenuzzo (2)
(1) Università di Bologna
(2) Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
(3) Politecnico di Milano
I mari e gli oceani contengono una fonte inesauribile di energia
rinnovabile, in diverse forme, attualmente poco sfruttate.
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Energia dal vento
Energia dalle onde
Energia dalle maree
Energia dalle correnti marine
Energia dal gradiente termico
Offshore wind farm: lo stato dell’arte
Fattibilità
6000
5000
output [KW]
Risorsa Vento
Profondità
Power curve 5MW
4000
3000
2000
1000
0
0
5
10
15
20
wind speed [m/s]
Fonte EWEA
25
30
Offshore wind in Europa: Potenza installata
600
3
500
2.5
400
300
200
100
0
Meuro/MW
MW
700
2
1.5
1
0.5
GWh/MW [hours]
0
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
DesignEnvironmenta
and
Projectl analysis
Others
management3%
1%
6%
Foundations
21%
Internal grid
between
turbines
5%
Turbines
48%
Transformer
station and
main cable to
coast
16%
Offshore wind farm….….e in Italia???
-Consumi 350000 GWh per anno
-Potenza installata 92 GW
-Potenza media richiesta 42 GW
-Massima potenza richiesta 55 GW
Termoli
Tricase
Gela
Fonte EWEA
Offshore wind farm: il futuro
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Aerogeneratori con potenza fino a 10 MW
Fondazioni su fondali > 40 m
Turbine galleggianti o semigalleggianti
Altri dispositivi
www.kitewindgenerator.com
www.magenn.com
www.green-power.net
Energia da onde: principi
2
2
1
E

gH S
[J / m ]
8
F  E  c g [W / m]
Siti con mediamente più di
15 KW al metro hanno la
potenzialità di generare energia
a prezzi competitivi
Energia da onde: dispositivi
Il principio della colonna d'acqua
oscillante (OWC)
Sistemi con impianti sommersi
Sistemi di superficie con bacino di raccolta
Energia da onde: dispositivi
Energia da onde: dispositivi
Devices
AquabuOY
COST (EUR)
AWS
CETO
500,000
Technology
Oyster
337,500
Point Absorber
250
2500
Offshore distance
6 km
+ 50 m
Water depth (m)
>50
50
D=6 m
10m under free
surface
no
no
no
array layout
array layout
array
layout
directionality
150
50
lenght scale (m)
Life time (yr)
Company
Specific Power Cost
(EUR/kW)
3,568,000
OWSC
Power max (kW)
Sizes
Energetech OWC
20
2000
AWS Energy
-
1,750,000
OWC
Pelamis
SSG (500 m)
WaveDragon
1,666,667
8,000,000
Attenuator
Overtopping
300
1000
665
750
20000
5900
10-15 m
2-10 m
shoreline
km
shoreline
+ 50 m
12
5--50
10
>50
10
>25
18 x 12 x 2
B=35 m, L=25 m
B=6 m,
L=6m
L=150 m D=3,5 m
si
si
si
no
si
si
array
layout
60-90 ??
single
150
single
700
Wave Energy AS
Wave Dragon Ltd
30
AquaEnergy
Group, Finavera
LIMPET
20
Renewabl
e Energy
Holdings
Aquamarin
e Power
2250
-
B=260-300 V=50008000 m3
20
Energetech
3568
Wave Gen
2632
Ocean Power
Delivery
2222
-
1356
Energia da correnti marine
Un metro quadrato
di area, intercettata
con una turbina, in
una corrente
d'acqua che viaggia
a 3 m/s ha una
potenza di 3 kW.
Una corrente d'aria
che investe una
turbina eolica da un
metro quadrato per
produrre 3 kW deve
viaggiare a 28 m/s.
http://www.lunarenergy.co.uk/
http://www.openhydro.com/
Energia da gradiente termico
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L'energia solare assorbita dalla superficie
del mare la riscalda, creando una
differenza di temperatura fra le acque
superficiali, che possono raggiungere i 25 28 gradi, e quelle situate per esempio ad
una profondità di 600 m, che non
superano i 6-7 gradi.
Le acque superficiali, più calde,
consentono di far evaporare sostanze
come ammoniaca e fluoro; i vapori ad alta
pressione, mettono in moto una turbina e
un generatore di elettricità, passano in un
condensatore e tornano allo stato liquido
raffreddati dall'acqua aspirata dal fondo.
Una differenza di 20 gradi centigradi basta
a garantire la produzione di una quantità di
energia economicamente sfruttabile.
www.seasolarpower.com
Il ruolo della Oceanografia Operativa
• Fornire informazioni e statistiche in merito alle risorse:
–
–
–
–
–
Vento
Onde di superficie
Correnti da maree
Correnti marine
Temperatura
Per individuare i siti più idonei alla installazione di impianti per la
generazione di energia dal mare e per gli studi di fattibilità
Analisi del posizionamento :
batimetria, risorsa vento e onda
Risorsa Vento
Risorsa Onda
Dall’analisi combinata
batimetria e risorsa
energetica è chiaro
che l’offshore della Sicilia
è particolarmente attraente
Analisi preliminare risorsa vento: confronto condizioni di
vento tra Arklow Bank (Irlanda) e Mazara del Vallo
Area offshore Mazara del Vallo
Arklow Bank, offshore Ireland
Griglia eolica offshore: dimensionamento Mazara
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Turbine 5MW
Self starting at 4 m/s
Shut down at 25 m/s
N. totale turbine 60
Potenza totale 300 MW
Energia annua: 994 GWh
Load Factor 37%
Altezza del rotore 90 m
Raggio delle pale 61.5 m
Massima altezza 153 m slm
Distanza tra turbine 850 m
Profondità fondale : da 30 a
50 m
01/05/10
N
Turbina 5 MW
Griglia eolica offshore: dimensionamento Adriatico
South Adriatic
750 GWh
L.F 28%
North Adriatic
420 GWh
L.F. 16%
Analisi preliminare risorsa onde: altezza d’onda da dati
della rete Ondametrica Nazionale 1989 – 2001
2
2
F  1 gH S cg  H S  T
8
cg  1.56  T
Griglia per moto ondoso: dimensionamento
Griglia per moto ondoso: dimensionamento
Mazara del Vallo
Griglia per moto ondoso: dimensionamento
• Tipologia: Aquabuoy
• Potenza teorica: 240 Kw
• Energia prodotta = 0.35 MWh /MW
• Potenza totale: 24 MW
• Energia annua: 8.4 GWh
Costo 2 Meuro / MW
Analisi preliminare risorsa d’energia disponibile
per generatore magnetico da onda di 1MW
Calcolo teorico
Limite d’altezza d’onda per la zona
a Sud della Sicilia
Energia annua 530 MWh
da un generatore
‘teorico’
Griglia per moto ondoso: dimensionamento
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Tipologia: generatore magnetico
Potenza teorica: 1 MW
N. installazioni: 25
Potenza totale: 25 MW
Energia annua: 12.5 GWh
Idea di
Convertitore
Di energia
Delle onde
Considerazioni conclusive
• La sfida dei prossimi decenni è lo sfruttamento di energia
dal mare, mediante lo sviluppo e la commercializzazione di
nuove tecnologie
• In questo la disponibilità di dati di serie di dati lunghe e
affidabili è elemento fondamentale
• Il territorio del mare vicino costa sarà presto troppo
occupato dalle attività offshore già programmate negli
scorsi dieci anni
• Integrazione tra diverse competenze tecnologiche