Diapositiva 1

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Università Degli Studi Di Bologna Facoltà di
Ingegneria Principi di Ingegneria
Elettrica Professore Francesco Negrini
The sea, a new energy source
Elisa Bertocchi Fabio Stefanini
2
Panorama energetico globale

• Prospettive del World Energy Outlook per il 2030
• Il fabbisogno energetico globale supererà di
  quasi il 60 del livello attuale (105 TWh oggi)
• Rischi crescenti riguardo la sicurezza energetica
• Saranno necessari ingenti investimenti per
  rendere disponibile lapprovvigionamento
  energetico crescente
• I paesi in via di sviluppo contribuiranno ai 2/3
  dellaumento della domanda mondiale di energia
• Emissioni di CO2 cresceranno più del 60

Unazione decisa dei governi potrebbe orientare
il mondo verso un percorso energetico molto
diverso
. UNO SCENARIO ALTERNATIVO
3
Verso uno sviluppo sostenibile
LUE si impegna a sviluppare una politica
energetica sostenibile e sicura
Obiettivi per il 2010
22 dellenergia elettrica consumata proveniente
da energia rinnovabile
5,75 del combustibile usato nei trasporti
proveniente da bio-combustibile
-8 nelle emissioni di gas serra
Investimenti dellUE per oltre 100 milioni /anno
tra il 1995 e il 2004 per la ricerca e lo
sviluppo di energie rinnovabili
4
Il Valore del KWh

• Valore KWh valore del servizio reso
• ? Entità capacità di effettuare lavoro ?
  uguale per tutti
• ? Qualità affidabilità di fornitura ?
  diversa a seconda della fonte
• In un mercato Ideale libero da vincoli
  protezionistici
• Valore KWh Prezzo Costo Profitto
• Costo
  Premio per la Qualità

Preponderanza del Termoelettrico

• Per la competitività del KWh Rinnovabile
• Valore (KWh rinnovabile) Valore (KWh
  Termoelettrico)

Uguaglianza dei Costi di produzione
Uguaglianza dei Premi per la Qualità
5
Il Valore del KWh I Costi Evitati
Valore del KWh Rinnovabile
Credito di Energia
Credito di Potenza
Credito Ambientale

• Spesa evitata per risparmio di combustibile
• Nullo, a causa dellintermittenza della fornitura
  di potenza, che impedisce un sottodimensionamento
  della potenza fornita da fonti tradizionali
• Benefici derivanti per lambiente e per la
  collettività derivanti da una mancata immissione
  nellambiente di sostanze inquinanti
• Ogni KWh rinnovabile evita il rilascio di
• 750 g di CO2
• 4,4 g di SOx
• 1,7 g di NOx
• 0,13 g di polveri fini

6
Il Valore del KWh I Costi Evitati

• La soluzione problemi ambientali solo quando le
  rinnovabili saranno su larga scala
• Allaumentare di potenza da rinnovabile immessa
  nella rete cala laffidabilità
• Esiste limite tecnico per laccettazione di
  potenza intermittente da parte della rete (max
  10-20 )

ESEMPIO - fattori utilizzo 0,3 eolico e 0,2
solare - caso migliore del 20 -
potenza richiesta in Italia 50.000 MW -
domanda elettricità pari al 29 del fabbisogno
totale di energia
Potenza intermittente accettabile 10.000 MW 22
TWh/anno di en. rinnovabile 7 del fabbisogno di
elettricità Rimozione di 16 milioni di ton di
CO2 Solo il 2 del bilancio energetico nazionale
Necessità di un sistema di accumulo (Vedi H2) che
possa ridurre lintermittenza per un utilizzo su
larga scala di fonti rinnovabili
7
Perchè energia dal mare
1) È pulita 2) È rinnovabile 3) È largamente
disponibile 4) È poco o per nulla sfruttata 5)
E altamente prevedibile 6) Ha alta densità
specifica
8
Il Panorama mondiale
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Mappa Concettuale

• Il progetto sviluppa unanalisi delle tecnologie
  attualmente in fase di sviluppo e prototipazione
  sotto tre aspetti principali
• 1) Descrizione Tecnologica
• 2) Analisi economica
• 3) Analisi di Impatto ambientale
• Le tecnologie presentate si possono inserire in
  due macrocategorie
• Tidal Energy conversion Devices
• Wave Energy conversion Devices

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Tidal Energy Aspetti fisici

• Il livello dellacqua del mare varia in seguito
  allazione delle forze gravitazionali esercitate
  dal sole e dalla luna
• Tale forza è inversamente proporzionale al
  quadrato della distanza tra i corpi secondo la
  legge di Newton (F G m2 m1 / R2)
• Ne consegue che il campo gravitazionale
  esercitato dal sole è pari a un 46 di quello
  esercitato dalla luna nonostante le differenze di
  massa
• Le particelle dacqua sono libere di muoversi e
  reagiscono allattrazione spostandosi nella
  direzione della forza risultante

Distribuzione delle forze
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Tidal Energy Aspetti fisici

• Dalla combinazione di effetti dei campi
  gravitazionali di Sole e Luna hanno origine due
  tipi di maree
• Neap tide di minore intensità
• Spring tide di maggiore intensità
• Il periodo di questo ciclo spring-neap tide è
  allincirca 28 gg cioè passano 14 gg da una
  spring e una neap tide piena.
• Altri fattori di periodicità meno significativi
  
• I movimenti e le configurazioni planetarie sono
  prevedibili con alta confidenza

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Tidal Energy la risorsa

• La possibilità di convertire energia dal mare si
  presenta solo in alcuni siti specifici
  caratterizzati da particolari condizioi
  geografiche che influenzano direttamente
• Laltezza della marea
• La velocità dellacqua del mare

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Tidal Energy la risorsa

• Ne consegue che una piccola parte dellenergia
  globalmente disponibile risulta economicamente
  estraibile
• Potenziale Europeo 105 TWh/anno concentrato
  prevalentemente in UK(50TWh/anno) e Francia (44
  TWh/anno)
• Potenziale Mondiale 500-1000 TWh/anno ? 3-7
  energia totalmente dissipata nelle maree
• Le tecnologie di conversione dellenergia dalle
  maree possono essere classificate in due gruppi
• Tidal Barrage sistemi a paratoia che sfruttano
  la differenza di altezza dellacqua nel caso di
  alta e bassa marea
• Tidal Stream devices Sistemi che sfruttano
  lenergia cinetica del flusso dacqua

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Tidal Stream Energy Conversion

• Questo gruppo di dispositivi produce energia
  sfruttando le correnti marine generate
  dallalternarsi di alte e basse maree
• Tali correnti hanno generalmente basse velocità
  (0,5m/s) ma in casi particolari vengono
  incanalate e raggiungono velocità anche molto
  elevate (oltre 3m/s).
• Elevatissima prevedibilità dellenergia
  estraibile
• Potenziale globale stimato in 5TW (stesso ordine
• del consumo di energia mondiale)? piccola
  parte
• effettivamente sfruttabile.
• Potenziale europeo effettivamente estraibile
  stimato
• in 48 TWh/anno distribuiti in 106 siti
  (European
• Union CEC 1996/98) principalmente in
• - UK
• - Irlanda
• - Francia
• - Italia
• - Grecia

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Tidal Stream le tecnologie

• Tecnologia concettualmente molto simile a quella
  utilizzata nelleolico.
• Non esiste ancora uno standard accettato ? molti
  concetti sviluppati

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Tidal Stream le tecnologie

• E comunque possibile distinguere due
  macrocategorie
• ? Tecnologie ad asse Orizzontale
• Tecnologie ad asse Verticale
• Nel paper si è scelto di prendere in
  considerazione due casi specifici di sviluppo
  ritenuti particolarmente significativi
• Marine Current turbine LTD esempio di tecnologia
  ad asse orizzontale
• 
  attualmente in fase di sviluppo in UK
• 2) Kobold turbine Tecnologia ad asse verticale,
  gia sviluppata ad opera della società Ponte di
  Archimede e attualmente connessa alla rete
  elettrica della città di Messina

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Tidal Stream Energia estraibile
Lenergia estraibile dipende sostanzialmente da
due parametri 1) Velocità dellacqua 2) Diametro
del rotore o più in generale area intercettata
dal rotore
18
Tidal Stream Energia estraibile
Lenergia cinetica potenzialmente disponibile
nellarea interessata è
Si introduce il Coefficiente di potenza Cp che
limita secondo la legge di Betz il max potere
estraibile teoricamente da un fluido
incomprimibile a 0,593. Si introducono anche i
rendimenti meccanico e del generatore
Assumendo landamento della velocità di corrente
come sinusoidale avremo
? ? 2p / T ? Vmax max velocità di
corrrente ? T periodo tipicamente di 12h 25min
dove

• Tipicamente sono presenti due velocità da
  considerare
• Cut in speed
• Rated Speed

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Tidal Stream Energia estraibile
Ne consegue quindi che il potere effettivamente
prelevabile è dato dallarea sottesa dalla curva
rossa in figura Più nello specifico il potere
estraibile in metà di ciascuna metà del ciclo di
marea sarà dato da
20
Tidal Stream MCT

• La tecnologia sviluppata consiste in
• Una macchina a doppio rotore ciascuno avente un
  diametro variabile tra i 15 e i 20 m
• Il tutto sostenuto da una struttura capace di
  scorrere lungo lasse verticale al fine di potere
  uscire dallacqua per la manutenzione
• Pale composte da fibre di vetro e di carbonio

• Lenergia generatà varierà tra i 750 e i 1500 KW
  per ogni unità installata farm comprendenti 15-20
  unità per distribuire i costi di trasporto
  dellenergia a riva.
• Vita prevista superiore ai 20 anni

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Tidal Stream MCT,Caratteristiche del sito

• Acqua sufficientemente profonda per
  linstallazione ma non troppo per
• - Evitare problemi di installazione
• - I siti a minore profondità hanno spesso
  maggiori velocità del fluido
• generalmente si cercano profondità comprese
  tra i 15 e i 50 m
• 2) Fondo marino possibilmente uniforme ? evita
  turbolenze e perdite di velocità
• 3) Flusso di acqua veloce ? considerati
  profittevoli siti con V gt 2m/s o con velocità
  minori ma flusso più continuo ? sufficienti 1,2
  m/s

4) Siti non troppo trafficati a livello di
turismo e navigazione 5) Vicinanza a una costa
con connessione alla rete elettrica
22
Tidal Stream MCT, Progetti RD

• Fase 1) SEAFLOW (1999-2006)
• Tale fase prevedeva lo studio e linstallazione
  di un primo prototipo da 300 KW al fine di
  analizzare la fattibilità tecnica del progetto.
• Installazione avvenuta con successo a largo della
  costa si North Evon in UK nel Maggio 2003.
• Il sito è distante dalla costa 1.1 km e ha una
  profondità di 25m
• Lenergia prodotta ha superato i 300 Kw in
  condizioni favorevoli
• Il progetto ha avuto un costo di 4.2 milioni di
  euro ed è stato supportato dai Governi dello UK,
  della Germania e dallUnione Europea.
• Fase 2) SEAGEN (2004-2007)
• Tale fase prevede lanalisi e linstallazione di
  una full size Turbine da 1MW al fine di
  verificare mediante una connessione alla rete la
  fattibilità economica dal progetto.
• Il costo previsto per questa fase è di 12 milioni
  di euro (6.1 finanziati dallo UK)
• Gli articoli parlano di una installazione nei
  prossimi mesi
• Fase 3) SEAGEN ARRAY (Entro il 2009)
• Installazione di più array da 10 unita ciascuna

23
Tidal Stream MCT, Valutazione Economica

• Il prezzo dellenergia prodotta mediante questi
  dispositivi dipende fortemente da alcune
  variabili
• Taglia della turbina
• Fattore di carico
• Costi di Manutenzione specifici
• Scelta dei parametri economici da utilizzare

0.28/KWh
0.14/KWh
0.07/KWh
0.04/KWh
24
Tidal Stream Altri Progetti, Hammerfest Storm

• - Hammerfes Storm è una compagnia è norvegese
• Linstallazione singola turbina da 300KW di picco
  avente 3 pale di 10m di diametro.
• La turbina è ancorata a una floating platform
• linstallazione è avvenuta nel settembre 2003
  nellestremo nord norvegese
• Fornisce energia a un villaggio isolato di 35
  case
• Il costo del progetto è stato di circa 9.7
  milioni di euro e il costo predetto è di
  0,04 /KWh
• I finanziamenti e la collaborazione allo
• sviluppo del progetto provengono anche
• da ABB, Rolls Royce, Sintef e Statoil

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Tidal Stream Altri Progetti, Verdant Power in
New York

• Installazione di cica 300 turbine da 36 KW
  nellEast River di New York per una capacità
  complessiva di 10 MW dal 2008.
• Le turbine prodotte da Verdant Power hanno un
  output variabile tra 25 e 250 KW a seconda delle
  condizioni e delle dimensioni
• Diametro turbine 4,8m, situate 2.4 metri sotto
  la superfice in unacqua profonda 9-12 m
• Velocità dellacqua nel sito 2,04 m/s picco
• Fase iniziale di test con 2 turbine per 18 mesi
  con lenergia prodotta convogliata a
  un parcheggio e a un supermercato.

• Il costo del progetto inclusi 2 milioni di
  dollari per monitoraggio pesci è stimato in 15
  milioni di dollari, con un conseguente costo del
  KWh installato pari a 1500 /KWh

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Tidal Stream Principali Ostacoli

• A) OSTACOLI TECNOLOGICI
• Trasmissione dellenergia alla rete
• Problemi di Installazione
• Alti costi di manutenzione dovuti alle ovvie
  difficoltà di intervento
• Esposizione a condizioni fisiche e atmosferiche
  avverse
• B) OSTACOLI PER VARIABILITA DEL POTERE PRODOTTO

27
Tidal Stream Principali Ostacoli
C) OSTACOLI AMBIENTALI 1) Interazione con
la Fauna Marina 2) Problemi per gli accessi
navali e quindi ostacoli al turismo e al
commercio 3) Inquinamento visivo anche se
marginale in molti casi
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Vertical Devices Kobold Turbine

• Studiata e prodotta dalla Ponte di Archimede
  S.p.A. società con sede a Messina dal 1983,nel
  progetto ENERMAR in collaborazione con
• - LUniversità di Napoli Federico II
• - Il CNR
• - Il Politecnico di Milano
• - UNIDO United Nations Development
  Organization
• Obiettivi di ENERMAR
• 1) Testare questo dispositivo sottoposto a
  condizioni di operatività reali
• 2) Migliorare il prototipo ottimizzandone i
  componenti
• 3) Promuovere lo sviluppo commerciale e
  industriale del progetto

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Vertical Devices Kobold Turbine Aspetti
Tecnologici

• La direzione di rotazione del rotore è
  indipendente dalla direzione della corrente
• Utilizza un generatore brushless sincrono da 128
  KW connesso al rotore mediante una scatola
  ingranaggi.
• La scatola ingranaggi è un riduttore
  epicicloidale con rapporto 190 e va ad
  incrementare la velocità di rotazione dai 18 rpm
  della turbina ai 1500 rpm del generatore
  necessari per ottenere una frequenza di 50 Hz.

30
Vertical Devices Kobold Turbine, Stato dellArte

• La turbina Kobold si trova nello stretto di
  Messina a largo della costa di Ganzirri dal 2001
• La velocità della corrente nel sito ha una media
  di 2 m/s e la cut in speed è 1.2 m/s
• Lefficienza del sistema è pari a un 23 ed è
  calcolata come

Potenza elettrica prodotta
Potenza elettrica teoricamente disponibile
- Il 27 marzo 2006 la turbina è stata connessa
alla rete elettrica Enel di Messina
31
Tidal Barrage
Questa soluzione implica la costruzione di una
barriera che isoli un bacino dal resto del mare
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Tidal Barrage Ebb generation
LEVEL OF THE BASIN
SEA LEVEL
Hmin
A
A
Standing
Filling
Pumping
Standing
Power Generation
Standing
33
Tidal Barrage Altre Configurazioni
1) Configurazione con produzione di energia in
entrambe le direzioni di flusso
2) Configurazione con doppio bacino
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Tidal Barrage Possibili configurazioni delle
turbine

• BULB
• Generatore dentro al flusso dellacqua
• Manutenzione problematica
• Utilizzate a La Rance

• RIM
• Generatore montato nella barriera a 90 rispetto
  alle pale della turbina
• Non utilizzabile per il pompaggio

• TUBOLAR
• ?Rotore della turbina inclinato
• ? Generatore alloggiato nella barriera
• Utilizzabile per il pompaggio
• Proposto per Severn

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Tidal Barrage Analisi dellEnergia estraibile

• A ? Max tidal height
• A ? Max basin heigth difference
• ? ? water density
• S ? Basin area
• ? System efficiency
• Water mass ? A S
• Theoretical power Water Mass g ?haverage
• Cycle Energy Water Mass g ?haverage ?
• Cycle Energy 1000 0,7 A S 9,8 0,4A
  ?
• 2,7 A2 S ?
  KJ/Cicle

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Tidal Barrage Esempi e Progetti futuri

• Esistono due impianti di questo tipo attualmente
  presenti
• La Rance
• Situato in Francia
• Completato nel 1967
• Tidal range di 13,5 m
• Diga lunga 750 m e alta 13 che racchiude un
  bacino di 20 Km2
• Power Output di 240 MW ottenuto con 24 bulb
  turbine da 10 MW
• Costo equivalente agli attuali 51 milioni di
  dollari
• 2) Annopolis Tidal Power Plant
• Situato In Canada
• Costruito nel 1984
• Usa una sola rim turbine di 7.6m di diametro che
  produce 20 MW

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Tidal Barrage Esempi e Progetti futuri

• Decine di progetti sono stati presi in
  considerazione per un potenziale sfruttamento
  futuro (Vedi tabella sul paper per dettagli).
• Progetto di Severn (UK)
• Altezza media di Marea 7m
• Bacino di 500 Km2
• Barriera lunga 16 Km
• 216 Turbine Tubolar ciascuna
• da 40 Mw per un totale di 8640 Mw
• e 17 TWh prodotti ogni anno.
• Costo stimato tra i 14.7 e i 20 miliardi di euro
• Costo stimato di produzione dellenergia attorno
  ai 4 centesimi di euro.
• Progetto di Daebu Dong
• Annunciato a fine 2004 dalla korea previsione di
  termine lavori 2009
• 254 MW di Potere prodotto

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Tidal Barrage Considerazioni Economiche

• Costo del capitale iniziale troppo elevato
• Tale costo si distribuisce su periodi molto
  lunghi 120 stimati per la barriera e 40 per il
  resto dellimpianto
• Il costo specifico di produzione dellenergia può
  considerarsi competitivo nonostante sia funzione
  di diversi parametri specifici del sito
• Nel 1993 lIEA nellarticolo Tidal Power
  propone una formula per avere una stima del costo
  dellenergia prodotta con un sistema di questo
  tipo

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Tidal Barrage Impatto Ambientale

• Limpatto ambientale per sistemi di questo tipo
  può essere severo anche se limitato
  allecosistema locale
• Impatto sulla flora e la fauna locale in
  particolare sui pesci
• Salinità
• Sedimenti trasportati dai corsi dacqua
• Cambiamenti dellecosistema causati da un una
  diminuzione della materia sospesa in acqua che
  lascia passare più luce con effetti su varie
  forme di vita
• Maggiore accumulo di sostanze inquinanti
• Riduzione dellinquinamento globale in seguito a
  un mancato utilizzo di fonti tradizionali

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FONTI ENERGETICHE DIRETTE
Movimenti atmosferici
Lenergia dal moto ondoso

• FONTE ENERGETICA NATURALE (PRIMARIA)

ENERGIA MECCANICA
Radiazione solare

• Vento
• Moto ondoso

• Aspetti chiave dellenergia dalle onde del mare
• Alta densità di potenza
• Prevedibile per molte ore al giorno
• Risorsa largamente disponibile
• Minimo impatto estetico

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Aspetti chiave
1) Alta densità di potenza
Energia solare incidente 100-200 W/m2
Energia eolica 400-600 W/m2
Energia eolica 2-3 kW/m2
Le onde rappresentano unimmane risorsa energetica
2) La prevedibilità
La onde che si propagano al di fuori della zona
di generazione (storm) sono in grado, quando sono
in acque profonde, di viaggiare attraverso grandi
distese marine senza perdere la propria energia
(swells wave)
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Aspetti chiave
3) Ampia disponibilità della risorsa
Wave power distribution in kW/m of crest length
(IEA-OES Annual Report 2005)
La risorsa energetica derivante dalle onde
stimata per il nord-est Atlantico è
complessivamente di 290 GW
La risorsa energetica europea derivante dalle
onde è complessivamente di 320GW
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Cosè unonda parametri descrittivi
Londa è una forma denergia
Ampiezza A Lunghezza donda L Periodo
Il flusso energetico dellonda attraverso un
piano verticale (in kW/m di cresta donda) vale
Hs altezza media dellonda Te Tempo medio tra
due creste
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Le criticità dello sviluppo delle wave energy
technologies

• Irregolare ampiezza, fase e direzione dellonda
• Qualsiasi dispositivo realizzato deve sopportare
  i carichi delle più estreme condizioni ambientali
  (uragani)
• Regolazione e accoppiamento di un moto lento ed
  irregolare (0,1Hz) ad un generatore elettrico
  (50Hz)
• Affidabilità e manutenibilità in ambiente
  corrosivo e ostile come il mare

NON ESISTE UNO STANDARD
Il trend attuale supporta dispositivi generatori
di potenza fino a1,5-2MW, o sistemi più piccoli
ma modulari da 5-20 KW installati insieme in array
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Le tecnologie
Principalmente si dividono in

• Oscillating Water Column OWC
• sistema parzialmente sommerso con una parte
  aperta verso il mare
• Overtopping Devices
• lacqua dellonda incidente alimenta una o più
  turbine a bassa pressione
• Point Adsorbers (galleggianti o ancorati al
  fondale)
• trasformano il moto ondeggiante, attraverso
  sistemi meccanici e/o idraulici, in un moto
  lineare o rotazionale
• Surging device

Ulteriore classificazione in base alla
profondità dellacqua nelle condizioni operative
Shoreline Devices
Bottom-fixed Near-shore devices
Off-shore devices
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Shoreline Devices
I principali sistemi si basano su
OWC, colonna dacqua oscillante
TAPCHAN, TAPered CHANnel
Sfrutta il salto geodetico e tecnologie
relativamente mature
Dove Norvegia, 1985 impianto dimostrativo da
350kW
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Shoreline Devices
I principali sistemi si basano su
Pendulor
Il moto ondeggiante del pendolo è usato per
azionare una pompa idraulica ed un generatore
Dove Hokkaido (Giappone) impianto
pilota da 5 kW attivo dal 1983
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Vantaggi e svantaggi dei sistemi shoreline

• Sono facilitate le attività di installazione e
  manutenzione
• Non richiedono posa e ancoraggio di lunghi
  collegamenti elettrici sul fondale marino
• La minore quantità di energia contenuta nelle
  onde è parzialmente compensata degli effetti di
  rifrazione e concentrazione a riva delle onde

• Sviluppo circoscritto a zone costiere cui
  corrispondono determinati requisiti morfologici e
  determinati livelli delle maree
• Problemi di intervento nellalterazione del
  paesaggio costiero naturale
• Minore livello energetico delle onde dovuto alla
  bassa profondità dellacqua e allattrito

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Progetto Limpet

• Land Installed Marine Energy Transformer
• Università di Belfast in collaborazione con il
  DTI
• Prototipo da 75kW costruito a Islay sulla costa
  occidentale della Scozia
• Sviluppo dello stesso in un più grande impianto
  da 500kW operativo dal 2000
• Attualmente collegato alla rete elettrica
  dellisola al costo di 0,075/Kwh

• Elementi principali del sitema
• Il collettore OWC
• Unità di turbo generazione
• Stazione di controllo e monitoraggio

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Progetto Limpet
Il collettore Rettangolare Inclinato Larghezza
della base 21m
Le turbine
Ciascuna turbina è collegata ad un generatore
induttivo da 250 kW realizzato esplicitamene per
Limpet
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Progetto Limpet
Le turbine per la Wave energy Wells Turbine
sono turbine contro-rotanti in grado di
sfruttare il moto in entrambe le direzioni del
flusso daria
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Progetto Limpet
Controllo della velocità del generatore Un
Flywheel associato ad ogni turbina permette di
accumularne lenergia pneumatica
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Bottom-fixed near-shore devices
Principalmente si basano sul sistema OWC con
riflettori parabolici, ancorati al fondale e
vicini alla costa
Energetech OWC Dove Australia (300kW)
e Canada (1,5-2MW)
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Off-shore devices
Innumerevoli sono i dispositivi off-shore in fase
di studio, prototipazione e realizzazione in
scala.
Pelamis

• Sfruttano lenorme contenuto energetico delle
  onde che si trovano in acque profonde
• Ci sono buone prospettive di sviluppo commerciali
  per questi sistemi

Energia meccanica
Moto oscillante dei corpi

• Necessità di posa di cavi e ancoraggi sul
  fondale
• Minor agibilità manutentive, sopperite da
  elevati controlli remoti

Wave Dragon
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Lo schema distributivo per le Wave Power Off-shore
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Progetto Wave Dragon
Sviluppato in Nissum Brending (Danimarca)
Operativo da Marzo 2003 La CE ha approvato un
progetto fino al 2009 per lo sviluppo di un
Multi-MW Wave Energy Converter Si stima un costo
di generazione dellenergia, nel medio-lungo
termine, di 0,052 /kWh in un clima ondoso di 24
kW/m
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Wave Dragon caratteristiche tecnologiche
È un dispositivo galleggiante che si basa sul
principio tradizionale dellenergia idroelettrica
Assorbimento in superficie (bracci riflettenti)
Bacino di raccolta (8000m3)
Idroturbine a bassa pressione
Sfruttamento dellenergia potenziale
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Wave Dragon potenza estraibile
La potenza estraibile tramite il Wave dragon
dipende dalle caratteristiche del clima ondoso
marino in cui opera

• in un clima ondoso di 24kW/m 12 GWh/anno
• in un clima ondoso di 36kW/m 20 GWh/anno
• in un clima ondoso di 48kW/m 35 GWh/anno
• in un clima ondoso di 60kW/m 43 GWh/anno
• in un clima ondoso di 72kW/m 52 GWh/anno

In un clima caratterizzato da 36kW/m si stima che
il costo di generazione dellenergia elettrica
sarà di 0,04/kWh
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Progetto Pelamis
Sviluppato da una compagnia scozzese Dal 2006
nelle acque portoghesi di Pòvoa de Varzim 3
Pelamis da 750kW (Ocean Power Delivery)
Sviluppo di ulteriori 28 dispositivi per una
complessiva potenza installata di 22,5
MW Soddisferà la domanda di più di 15000
portoghesi
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Pelamis tecnologia
È un dispositivo semisommerso con snodi
galleggianti, i quali utilizzano lampiezza
dellonda per muovere dei pistoni idraulici che
trasferiscono il moto a dei generatori
Particolare dello snodo, i materiali sono
resistenti allazione corrosiva del mare
Il dispositivo è lungo 150 m, costituito da 5
elementi congiunti ad un diametro di 3,5 m
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Pelamis la prototipazione in scala
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Impatto ambientale dellEnergia dalle Onde

• Basso Inquinamento chimico
• Moderato impatto visivo
• Possibili ostacoli per la navigazione
• Nessuna controindicazione per la flora e fauna
  marina, né per la migrazione dei pesci
• Si estrae una piccola frazione del quantitativo
  di energia complessivamente contenuto nelle onde
  ? Basso impatto sulla costa
• Basso rilascio di CO2, SO2, e NOx,
• 11g, 0.03g, e 0.05g / kWh rispettivamente

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Criticità dellEnergia dalle Onde

• Alti costi dinvestimento iniziale
• Alti costi di mautenzione
• Richiede clima ondoso favorevole
• Alti investimenti per il sistema di trasmissione
  di potenza e il cablaggio a riva
• Impatto ambientale visivo del panorama
  delloceano
• Interferenze con altri usi del litorale costiero
  e non (navigazione, pesca)

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Sistema di generazione energia elettrica

• Nei sistemi analizzati tre tipi di generazione
  elettrica sono possibili utilizzando
• Macchina in c.c.
• Macchina Asincrona
• Macchina Sincrona
• La scelta dipende dalle specifiche condizioni
  considerando in primis di operare lalimentazione
  di carichi isolati, piuttosto che una connessione
  alla rete elettrica

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Alimentazione di carichi isolati
Sono utilizzabili sia macchine in c.c. sia
generatori sincroni Nel caso si vogliano
utilizzare macchine asincrone è necessario
collegare mediante convertitori statici un banco
di condensatori in grado di fornire alla macchina
la potenza reattiva necessaria
Caso 1)
CARICHI IN C.C.
ROTORE
GENERATORE C.C.
INVERTER
CARICO ISOLATO
GENERATORE SINCRONO RADDRIZZATORE
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Connessione con la rete di potenza infinita

• Le soluzioni possibili sono
• Macchina in c.c. inverter (non usata per
  problemi di manutenzione e di scintillio)
• Macchina Sincrona
• Macchina Asincrona

• MACCHINA SINCRONA

• Velocità rotazione pale funzione frequenza rete
• Soluzione 1 collegamento in parallelo a rete
  turbina a vel costante imposta da frequenza rete
  (necessario dotare il generatore di un adeguato
  sistema di controllo delle pale)
• Soluzione 2 disaccoppiare frequenza
  alimentazione generatore sincrono da quella della
  rete di trasmissione (raddrizzatore inverter)
• Controllando la frequenza dellinverter è
  possibile variare la frequenza di alimentazione
  del generatore al variare della velocità del
  fluido ottenendo elevate prestazioni anche in
  assenza di controllo sulle pale)

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Connessione con la rete di potenza infinita

• MACCHINA ASINCRONA
• Il collegamento con la rete non presenta nessun
  problema in quanto
• - finchè Vrot lt Vsincronismo imposto dalla rete,
  la macchina si comporta da motore contribuendo
  allavviamento delle pale
• -quando Vrot gt Vsincronismo la macchina funziona
  da generatore con velocità variabili

Collegamento a rete a frequenza costante
Generatore alimentato a frequenza variabile per
mezzo di inverter e raddrizzatore
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Inverter

• Dispositivo per la conversione CC/CA
• Commutazione forzata attraverso avvio e
  spegnimento della conduzione ad intervalli T
  prefissati
• 4 SCR accoppiati due a due
• Variando T (tempo di ciclo di ogni tiristore) si
  controlla la frequenza della tensione
• Introducendo un ritardo td tra uninterdizione e
  unaccensione si controlla lampiezza della
  tensione
• Requisiti per inverter in un impianto
  fotovoltaico
• Alto rendimento
• Basso consumo in assenza di carico
• Bassa distorsione armonica
• Dimensioni e peso limitate
• Elevata affidabilità

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Macchina Asincrona

• Una volta alimentato con terna di tensioni
  concatenate e simmetriche di pulsazione ?,
  lavvolgimento di statore è percorso da terna di
  correnti
• Il campo induttore si richiude nel rotore, si
  concatena con avvolgimento rotore, con velocità
  angolare ?m
• Avviamento rotore fermo e le correnti di statore
  formano campo rotante
• A regime correnti statore mantengono pulsazione
  ? e correnti rotore girano con pulsazione ?S ?
  essendo lo scorrimento

Campo con vel angolare
Crea f.e.m. indotta che provoca le correnti di
rotore
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