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1/20

6.3.1 IntroduzioneI mari e gli oceani del pianeta costituiscono una immen-sa riserva di energia che si manifesta in molte forme. Traqueste, le pi conosciute e pi liberamente disponibilisono lenergia delle onde e lenergia delle maree. Nes-suno sa realmente quanta energia si possa ricavare in prati-ca dagli oceani, ma nel Regno Unito il Marine ForesightPanel, in un rapporto al governo, ha affermato che sistima che se meno dello 0,1% dellenergia rinnovabiledisponibile dagli oceani si potesse convertire in energiaelettrica, si sarebbe in grado di soddisfare oltre cinque

volte lattuale richiesta energetica a livello mondiale(UK Office of Science and Technology, 1999). Si trattachiaramente di una risorsa immensa e tanto i governiquanto lindustria privata stanno compiendo sforzi cre-

scenti per sviluppare le tecnologie necessarie al suo sfrut-tamento. Salvo poche eccezioni, i mezzi per ricavareenergia dalle onde e dalle maree sono del tutto differen-ti, il che riflette le caratteristiche molto diverse di que-ste due fonti di energia.

Lenergia delle onde si deve al movimento dellac-qua in prossimit della superficie marina. Lazione delvento sulla superficie dellacqua determina la forma-zione e lo sviluppo delle onde; poich il vento deriva dal-lazione del Sole sullatmosfera, le onde rappresentanodi fatto una riserva di energia solare. Sotto la superficie,le singole particelle dacqua compiono movimenti cir-

colari, mentre la trasmissione di energia avviene nelladirezione della propagazione dellonda. In assenza dicorrenti non si ha alcun movimento netto di acqua duran-te il trasporto di energia; questo in netto contrasto con

575VOLUME III / NUOVI SVILUPPI: ENERGIA, TRASPORTI, SOSTENIBILIT

6.3

Generazione elettrica dalle onde

e dalle maree

6740 64

49

41

38

15

13

14

11

16

20

24

242733

40

40

40

78

26

1217

13 13

4153

50

3867

64

70

36

40

50

7497

29

33

25

15

1713

18

10

24

3349

49 45

29

19

26

82

48

65

636292

92

11 12

21

5023

38

15

34

17

14

fig. 1. Risorse di energia resa disponibile dalle onde (valori espressi in kW/m).

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lenergia delle maree, in cui acqua ed energia si sposta-no insieme.

Lenergia delle maree deriva dal movimento di enor-mi masse dacqua nei mari e negli oceani associato allemaree stesse. Queste sono originate essenzialmente dal-

lattrazione gravitazionale della Luna sulle masse dac-qua combinata alla rotazione della Terra intorno al Sole;

la potenza dissipata dai moti di marea determina a livel-

lo infinitesimale sia una riduzione della distanza tra la

Terra e la Luna, sia un rallentamento della Terra. In que-

sto modo la Terra e il suo primo vicino nello spazio ali-

mentano le maree perdendo sia energia potenziale sia

energia cinetica. Con il flusso e il riflusso della marea

muta laltezza dellacqua in prossimitdella costa, offren-do coslopportunitdi ricavare energia dalle variazioni

di energia potenziale associate alle differenze di altezza

dellacqua. Inoltre, a causa del profilo delle coste e dellabatimetria, i flussi di marea non sono uniformi sul pia-

neta e in alcune zone si concentrano in forti correnti di

marea; queste posseggono grandi quantitdi energiacinetica, che puessere catturata e convertita.

Anche se qualcuno potrebbe dissentire, probabil-mente corretto affermare che, al momento, non esisto-

no progetti commercialmente maturi per la produzione

di energia dalle onde o dalle maree. Ci sono installazio-

ni per lo sfruttamento delle maree, come quelli a La

Rance, vicino St. Malo in Francia, e ad Annapolis, nella

baia di Fundy in Canada, che danno un contributo signi-

ficativo allapprovvigionamento locale di elettricit, elimpianto a onde di Limpet, sullisola scozzese di Islay,che alimenta la rete elettrica locale da quando entratoin funzione nel 2000.

Stiamo ora entrando in unera in cui si ritiene che lagenerazione di energia dalle onde e dalle maree possa

fornire un contributo importante ed economicamente

conveniente alla generazione di energia nei paesi costie-

ri. La prima decade del 21 secolo ha visto un esplo-sione di interesse per le tecnologie di estrazione delle-nergia e una pletora di dispositivi prototipali attende lin-stallazione e la messa in esercizio.

Cpienergia nei mari di quanta luomo ne possamai ragionevolmente utilizzare, ma sfortunatamente, con

le tecnologie attualmente in via di sviluppo, solo una mi-

nima parte saraccessibile. Lenergia delle onde si cal-

cola in termini di potenza per ogni metro del fronte don-da e viene misurata di solito in kW/m. La fig.1 fornisce

576 ENCICLOPEDIA DEGLI IDROCARBURI

GENERAZIONE ELETTRICA DA FONTI RINNOVABILI

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 120100

potenzadellonda(kW/m)

profonditdellacqua (m)

fig. 2. Variazione dellenergia con la profonditpresso South Uist, isole Ebridi (Fonte: Wavegen).

7m

7m

5

10m20

4m5

5m80

7m20

8m18

15

7m

15

5m12

6m8

5m10

5m10

6m5

5m30

5m1

ALASKA

CANADA

STATI UNITI

AMERICAMERIDIONALE

AFRICA

EUROPA

ASIA

AUSTRALIA

NUOVAZELANDA

Groenlandia

O

C

E

A

N

O

A

T

L

A

N

T

I

C

O

O C E A N O

I N D I A N O

O C E A N O

P A C I F I C O

O C E A N O

P A C I F I C O

possibili siti per impiantia sbarramento di marea

entitapprossimativa dellerisorse a costi ragionevoliin GW

escursione media di mareaidonea rispetto alla potenzainstallata

fig. 3. Zone adatte allinstallazione di impianti a sbarramento di marea.

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3/20

unindicazione della potenza resa disponibile dalle ondein diverse localitdel pianeta con fondali profondi.

Le onde generate in acque profonde perdono pochis-

sima energia fino a quando cominciano a sentire il fon-dale; a questo punto lenergia viene dissipata per attri-to sul fondale stesso. Tipicamente, cidiventa signifi-cativo quando la profonditdellacqua scende al di sottodella metdella lunghezza donda. La fig.2 mostra comela diminuzione dellenergia con la profonditdipendedalla batimetria locale, e in particolare dalla pendenza

del fondale. Un fondale lungo e piatto dissiperpiener-gia di uno corto e ripido. La maggior energia che si ha

nelle acque profonde le rende interessanti per molti pro-

gettisti, ma anche vero che lambiente, in acque profon-de, pidifficile che in prossimitdella costa e di con-seguenza gli aspetti tecnici presentano potenzialmente

maggiori problemi.

Lenergia disponibile dalle maree varia con il qua-drato dellescursione di marea. La fig. 3 mostra le zoneche sono state identificate come adatte per impianti a

sbarramento di marea, e queste corrispondono com-

plessivamente a 239 GW. Sebbene il diagramma in figu-

ra evidenzi i siti ottimali del pianeta, non assolutamenteesaustivo e rappresenta soltanto una piccola parte del-

lenergia insita nelle maree. I dispositivi che utilizzanole correnti di marea necessitano di una forte corrente,

piuttosto che di una grande escursione di marea, e di soli-

to si cita un picco di velocitdi marea equinoziale pariin media a 2,5 m/s come valore necessario per una gene-

razione efficiente.

Classificazione generale delle tecnologie

per la generazione di energia dalle onde

Non esiste una classificazione univoca dei sistemi di

generazione di energia dalle onde. Quella adottata in que-

sta sede in realtarbitraria e assolutamente non onni-comprensiva, ma descrive comunque la maggior parte

dei dispositivi attualmente in via di sviluppo. Le cate-

gorie scelte sono: a) dispositivi a tracimazione; b) zat-

tere articolate; c) dispositivi a colonna dacqua oscillante(OWC, Oscillating Water Columns); d) boe e galleg-

gianti; e) dispositivi a galleggiamento controllato;f) tur-bine sottomarine. Nella tab. 1 sono elencati esempi di

dispositivi di generazione di energia dalle onde, esistenti

o proposti, appartenenti alle diverse categorie.

Dispositivi a tracimazione. Questi dispositivi si basa-

no sullazione delle onde che spinge lacqua su una rampa,dalla quale si rovescia in un bacino. In alcuni sistemi si

usa una rampa piatta di larghezza costante e in condi-

zioni operative tipiche lacqua si pusollevare di 3 m.Lacqua raccolta nel bacino viene scaricata poi nuova-mente in mare attraverso una turbina (di solito di tipo

Kaplan), utilizzando una tecnologia idraulica conven-

zionale a bassa caduta, adattata alle condizioni marine.Il primo sviluppo importante di questo tipo stato la

configurazione Tapchan (Tapered Channel), progettata

per uso costiero, che utilizza un bacino sulla terraferma.

La tecnologia stata successivamente adattata alluso inmare aperto, utilizzando bacini e rampe galleggianti.

Zattere articolate. Questi dispositivi si basano sul

moto relativo dei segmenti snodati della zattera per la

generazione di energia. La possibilitdi un segmentodella zattera di esercitare uninterazione con lelementovicino dluogo a un sistema autonomo ed evita la neces-sitdi vincolare rigidamente le parti attive del disposi-tivo al fondale per dar loro un supporto con cui intera-

gire. Di solito si sistema una pompa idraulica tra ogni

coppia di segmenti; questa rifornisce un accumulatore,

da cui il fluido pressurizzato aziona un motore e un gene-

ratore. Le zattere sono di solito collocate perpendico-

larmente al fronte donda e le onde risultano attenuatedopo aver superato la zattera. Per questo motivo le zat-

tere vengono raggruppate a volte con altri tipi di dispo-

sitivi posizionati ad angolo retto rispetto alle onde e sono

chiamate attenuatori. Diversamente avviene per dispo-

sitivi posti parallelamente al fronte donda, che forni-scono una totale ostruzione al passaggio delle onde; tali

dispositivi si definiscono terminatori.

Dispositivi a colonna dacqua oscillante. Si tratta di

uno dei tipi pidiffusi di dispositivi per la produzionedi energia dalle onde. Una colonna dacqua oscillante(OWC) comprende una struttura parzialmente sommer-

sa (collettore), aperta al di sotto della superficie del mare.

Sotto lazione delle onde lacqua scorre dentro e fuori

dallapertura il che, a sua volta, comprime e rarefla-ria allinterno del collettore al di sopra della superficiedel mare. Laria, sotto lazione di un pistone, passa attra-verso una turbina che estrae energia e aziona un gene-

ratore. La turbina piusata la turbina Wells autoretti-ficante che, sebbene possieda unefficienza di piccominore di altre, guadagna in termini di semplicite diprestazioni. A partire dalla metdegli anni Ottanta sonostati posti in funzione prototipi di unitOWC in diversisiti nel mondo e i progettisti hanno sviluppato per que-

sta tecnologia una esperienza maggiore che per qualsia-

si altra.

Boe e galleggianti. Questi dispositivi sono stati uti-lizzati come collettori di energia in molti sistemi per la

produzione di energia dalle onde. Si dimostrato, siamatematicamente sia praticamente, che boe relativamente

piccole possono raccogliere energia da una porzione di

fronte donda maggiore del loro diametro e questo effet-to di assorbitore puntiformeuno degli elementi su cuisi concentra maggiormente lattenzione dei progettisti.Alcuni sistemi utilizzano boe rigide e sfruttano la spin-

ta idrostatica per azionare un meccanismo di estrazione

di energia; si putrattare di un cilindro idraulico tra laboa galleggiante e il fondale, o tra la boa e una piastra

frenante, o puessere un riferimento inerziale come unamassa dacqua. In un particolare progetto si utilizzato


GENERAZIONE ELETTRICA DALLE ONDE E DALLE MAREE

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tab. 1. Impianti per la produzione di energia da onde in corso di sviluppo (marzo 2005)

TipologiaDenominazionedellimpianto

Societ/organizzazione

SitoStadio

di sviluppoNazione

Dispositivoa tracimazione

Wavedragon Wave Dragon ApS Galleggiante Prototipo Danimarca

Seawave Slot-coneGenerator (SSG)

WAVEenergy Fisso Idea progettuale Norvegia

WavePlane Waveplane Production Galleggiante Prototipo a scala ridotta Danimarca

FWPV SeaPower Galleggiante Prototipo Svezia

Zattere articolate

Waveberg Waveberg DevelopmentGalleggiante, con

ancoraggioPrototipo Stati Uniti

McCabe Wave Pump Hydam TechnologyGalleggiante, conancoraggio e con

piastra di reazione

Prototipo Irlanda

Pelamis Ocean Power DeliveryGalleggiante, con

ancoraggio

Prototipo collegato

alla distribuzione elettricaRegno Unito

Colonna dacquaoscillante (OWC)

LIMPET Wavegen Posizionato a rivaPrototipo collegato


LIMPET ST Wavegen Integrato nei frangifluttiPrototipo collegato


EnergetechImpianto costiero,

posizionato sul fondalePrototipo Australia

Guangzhou Institute of

Energy ConversionPosizionato a riva Progetto in corso Cina

JApanese Marine Science

and TEchnology Centre

(JAMSTEC)

OWC galleggiante Prototipo Giappone

National Institute of

Ocean Technology

Impianto costiero,

posizionato sul fondalePrototipo India

Grampus Ocean Wave Energy OWC galleggiante Idea progettuale Regno Unito

Pneumatically Stabilized

Platform (PSP) Float

Sistemi OWC incorporati

in una zattera articolata digrandi dimensioni

Idea progettuale Stati Uniti

Sperboy Embley EnergyBoe ancorate, OWC

multi-risonantiPrototipo collegatoalla rete elettrica

Regno Unito

MRC100 OREConBoe ancorate, OWC

multi-risonantiPrototipo collegatoalla rete elettrica

Regno Unito

Galleggianti/boe

WaveMillWavemill Energy

CorporationImpianto costiero,

posizionato sul fondalePrototipo su scala ridotta Stati Uniti

AquaBuoy AquaEnergy GroupBoa con ancoraggio.Riferimento inerziale

Prototipo su scala ridotta Stati Uniti

WaveBob ClearPower TechnologyBoa con ancoraggio,

con piastra di reazionePrototipo su scala ridotta Regno Unito

SDE Energy Piastra frenata Prototipo su scala ridotta Israele

Wave Rider SeaVolt Technologies Galleggiante, conancoraggio

Test in vasca Stati Uniti

Scientific Applications

and Research Associates

(SARA)

Posizionato sul fondale Prototipo di laboratorio Stati Uniti

Salter Duck University of Edinburgh Test del modello effettuati Regno Unito

Galleggiamentocontrollato

Archimedes Wave Swing AWS Ocean Energy Posizionato sul fondalePrototipo collegato

alla rete elettricaRegno Unito

SeaDog PumpIndependent Natural

ResourcesPosizionato sul fondale Test in vasca Stati Uniti

Wave Master Ocean WaveMaster Posizionato sul fondaleTest in vasca su unit

lunghe 20 mRegno Unito

Power BuoyOcean Power

TechnologiesBoa ancorata Prototipo Stati Uniti

Turbine sottomarine WaveRotor Ecofys UK Posizionato sul fondale Verifica del modello Regno Unito

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come pompa un tubo elastomerico al posto di un picon-venzionale cilindro idraulico. Alcune boe contengono

una colonna dacqua e, sfruttando il movimento relati-vo della boa rispetto alla superficie dellacqua per agiresulla colonna dacqua, estraggono energia attraverso ilmeccanismo di turbogenerazione sopra descritto. Nella

tab. 1 queste boe sono incluse nella sezione OWC. Unadifficoltnotevole nella progettazione di una boa per lagenerazione di energia dalle onde consiste nel fornire le

forze che azionano il collettore denergia e ottenere unareazione adeguata a esse senza trasmettere tali forze alle

fondamenta o agli ormeggi.

Dispositivi a galleggiamento controllato. Nella boa

immersa la variazione di altezza dellacqua allesternodella boa provoca una variazione della spinta di galleg-

giamento che genera una forza sul sistema. Se una boa

rigida completamente sommersa, il passaggio di unon-da non influisce sulla sua spinta idrostatica e non ne viene

tratta alcuna forza. Se invece la boa flessibile, la varia-zione di pressione causata dal passaggio di unonda pro-vocheruna variazione di volume della boa, con un con-seguente cambiamento della spinta idrostatica. Questo

principio viene utilizzato in diversi dispositivi per la pro-

duzione denergia, in cui si ha un volume daria intrap-polato, ma esposto alla pressione locale del mare. Tipi-

camente si ha una boa riempita daria e aperta alla base;laria sotto pressione in modo che la boa galleggi inequilibrio a una quota prescritta al di sotto della super-

ficie. Al passaggio della cresta di unonda, la pressione

dellaria aumenta, si perde spinta idrostatica a causa dellacompressione dellaria e la boa affonda. Una limitazio-ne imposta allo spostamento della boa mantiene la situa-

zione sotto controllo. Al passaggio del cavo dellondasuccede il contrario e la boa viene spinta verso lalto.Lestrazione di energia avviene per via idraulica o attra-verso un generatore lineare. Sono stati proposti anche

sistemi simili che utilizzano pattini a pressione montati

sul fondale.

Turbine sottomarine. Questo sistema utilizza una tur-

bina autorettificante direttamente in acqua, eliminando

cosla necessitdi convertire lenergia idraulica in ener-

gia pneumatica prima dellestrazione.

Classificazione generale dei sistemi di generazione

di energia dalle maree

I sistemi per la generazione di energia dalle maree

ricadono in due categorie principali: impianti a sbarra-

mento e impianti a corrente di marea. Il funzionamento

di un sistema a sbarramento di marea richiede la costru-

zione di una barriera che ostruisca il flusso naturale della

marea. Tale limitazione genera una differenza di altezza

tra i due lati dello sbarramento, e questa altezza piezo-

metrica viene utilizzata per azionare un sistema idrauli-

co a bassa caduta. I sistemi a corrente di marea si basa-no sullestrazione diretta di energia cinetica. In generale

si distinguono le seguenti tre categorie di sistemi a cor-

rente di marea.

Turbine a corrente di marea. Questi dispositivi si

basano su un principio analogo a quello delle turbine a

vento e possono apparire in effetti molto simili. Si stu-

diano attualmente impianti ad asse sia orizzontale sia

verticale, a volte con i condotti e la cappottatura intor-no al rotore. La turbina puessere accoppiata diretta-mente a un normale generatore attraverso un organo di

trasmissione, o utilizzare un diverso schema di trasmis-

sione di energia.

Dispositivi a corrente di marea a pistoni. Questi

dispositivi sono dotati di alette che si muovono avanti e

indietro in un piano perpendicolare alla corrente di marea,

al posto delle pale rotanti. Uno di questi dispositivi uti-

lizza dei pistoni per alimentare un circuito idraulico, che

fa girare un motore idraulico e un generatore di energia.

Dispositivi a correnti di marea basati sulleffetto Ven-

turi. In questi dispositivi il flusso di marea viene con-

vogliato in un condotto che lo concentra determinando

una differenza di pressione. Questa a sua volta dluogoa un flusso secondario attraverso una turbina.

Oltre a queste categorie principali ci sono altri approc-

ci nuovi allestrazione di energia dalle maree, come lusodella magnetoidrodinamica per lestrazione diretta dienergia dal flusso e lapplicazione di zattere articolateinstabili. La tab.2 riporta un elenco riassuntivo dei siste-

mi a corrente di marea attualmente in corso di sviluppo.

6.3.2 Visione storica

La prima applicazione nota dellenergia delle maree stata lazionamento di un mulino nel 15 secolo. Si pensache il primo sfruttamento dellenergia delle onde si siaavuto nel settore degli ausili alla navigazione. Alla fine

del 19 secolo erano duso comune le boe a fischio, azio-nate dalle onde, in cui laria intrappolata nella calottadella boa galleggiante veniva espulsa con un fischio per

avvisare i marinai di pericoli circostanti, durante la notte

o in caso di nebbia in prossimitdella costa. Le boe a

fischio sono state i precursori di tutti i moderni sistemiOWC che sfruttano lenergia delle onde. Prima della loroadozione si usavano comunemente le boe a campana, in

cui le oscillazioni della boa sotto lazione delle ondefacevano suonare la campana. Sfortunatamente, nebbia

e bonaccia si presentano spesso insieme, cosicchle boea campana erano meno efficaci quando erano pineces-sarie. Per risolvere questo problema alcune campane,

come si verifica Whitehead, nel Maine (Stati Uniti) nel1830, vennero posizionate sulle spiagge e messe in fun-

zione manualmente. Nel 1837 il sistema fu adattato per

azionare le campane utilizzando le maree e, a parte i

mulini, questa risulta la prima applicazione dellenergiadelle maree. Dovette trascorrere oltre mezzo secolo prima



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6/20

del successivo sviluppo significativo nellutilizzazionedellenergia delle onde. Questo accadde di nuovo nelsettore delle boe per la navigazione, quando nel 1947

Masuda, in Giappone, progette pose in opera il pri-mo impianto OWC, che azionava una turbina per la

produzione di elettricit. Limpianto era situato nellabaia di Osaka e lelettricitprodotta forniva energia perle luci di navigazione. Il funzionamento era messo in

sicurezza da batterie ricaricabili che si alimentavanodal sistema turbina/generatore nei periodi di maggiore

disponibilt. Da questo prototipo fu sviluppata una seriedi boe commerciali, tuttora prodotte dalla ditta giappo-

nese Ryokuseisha. Anche se la potenza di ogni disposi-

tivo bassa (70-500 W), questa applicazione rappresentaancora lesempio picomune di impianto per la produ-zione di energia dalle onde.

Dopo lo sviluppo iniziale delle boe per le luci di navi-

gazione, linteresse per sviluppi ulteriori rimase scarso

fino al 1973, quando il brusco aumento dei prezzi delpetrolio, dovuto al conflitto che in quellanno vi fu in



tab. 2. Societattive nello sviluppo di impianti per la produzione di energia dalle correnti di marea (marzo 2005)

TipologiaDenominazionedellimpianto

Societ/organizzazione

Sito SistemaStadio

di sviluppoNazione

A corrente

di marea

Stingray Engineering Business

Posizionato

sul fondo

Sistema

ad alette oscillanti Prototipo Regno Unito

Tidal HydraulicGenerators

Posizionatosul fondo

Turbina orizzontale Prototipo Regno Unito

TidEl Soil Machine DynamicsGalleggiante,

con ancoraggioTurbina orizzontale

Test del modelloin vasca

Regno Unito

UnderwaterElectric Kite

UEK SystemsGalleggiante,


Test del modellosul campo

Stati Uniti

StatkraftGalleggiante,


Progetto

di ricercaNorvegia

Verdant Power

Costruito

su piattaformagalleggiante

Turbina orizzontaleTest del modello

sul campoStati Uniti

Tidal Fence Blue Energy Canada

Galleggiante,con ancoraggio,

o integratonei frangiflutti

Turbina

ad asse verticale

Prove sul campo,

a scala ridotta

Stati Uniti

GorlovHelical Turbine

Assemblaggioe supporto

non specificati

Turbinaad asse verticale

a spirale

Prototipo di turbinasperimentato

Stati Uniti

Open Centre Turbine Florida Hydro

Assemblaggio

e supporto

non specificati

Turbina

aperta al centro

Prototipo di turbina

sperimentatoStati Uniti

Blue Concept Hammerfest Str mPosizionatosul fondo

Turbina orizzontalePrototipo collegatoalla rete elettrica

Norvegia

Rochester VenturiImperial College

InnovationsAssemblaggio

a opzioni multipleTurbina ad ariaa effetto Venturi

Prototipo Regno Unito

HydroHelix HydroHelix EnergiesPosizionato

sul fondoTurbina orizzontale Modello di test Francia

Mechanical Eel Inocean AS UnitgalleggianteZattera articolata

sommersa Idea progettuale Norvegia

Various Kinetic Energy SystemsPosizionato

sul fondoTurbina orizzontale Idea progettuale Stati Uniti

Rotech Tidal Turbine Lunar EnergyPosizionatosul fondo

Turbina orizzontaleintubata

Modello di test;

pianificatala costruzione

del prototipo

Regno Unito

SeaFlowMarine Current

Turbines

Posizionato

sul fondo,con torre emergente

dalla superficie

Turbina orizzontale

Primo prototipo

costruito; secondoprototipo

in costruzione

Regno Unito

Mermade Mermade Energy SpeculativoTurbina a orientazione

variabileIdea progettuale Regno Unito

Conversione

magneto-idrodinamica

Neptune Systems Speculativo

MHD (Magneto-

HydroDynamics)con superconduttori

Idea progettuale Paesi Bassi

Laguna di marea Tidal Electric Proposte di progetto Regno Unito

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Medio Oriente, spinse i governi dei Paesi sviluppati a

riesaminare la loro dipendenza energetica dai carburan-

ti importati da zone politicamente instabili e a conside-

rare opzioni alternative e pisicure. In diversi Paesi siavviarono progetti sulla generazione di energia dalle

onde, e in particolare nel Regno Unito, dove tra il 1974

e il 1983 furono spesi dal governo 15 milioni di sterli-ne. Lobiettivo fondamentale del programma britannicoera di stabilire la fattibilitdellestrazione di energiadalle onde oceaniche e stimare i costi di tale energia, ove

la si fosse usata su larga scala per soddisfare le neces-

sitdel Regno Unito(Davies et al., 1985).Si considerarono in quel contesto diverse tecnolo-

gie, sulla base di una richiesta di 2 GW, ma nel 1982 la

conclusione fu che le prospettive economiche com-plessive per lenergia dalle onde sono apparse scarse inconfronto ad altre tecnologie per la produzione di ener-

gia elettrica da fonti rinnovabili(Davies et al., 1985).Malgrado il diffuso disaccordo su questa conclusione

da parte di chi lavorava nel settore, il programma fu arre-

stato, con leccezione di sviluppi su scala minore per isistemi che risultavano pipromettenti. I progetti pro-seguiti portarono la Queens University di Belfast a rea-lizzare un impianto costiero OWC di prova da 75 kW,

sullisola scozzese di Islay (Whittaker et al., 1997). Lim-pianto fu messo in funzione per la prima volta nel 1991

e continua funzionare a intermittenza fino al suo sman-tellamento nel 2000; collegato alla rete elettrica, esso

utilizzava in associazione una turbina Wells e un gene-

ratore a induzione per convertire in elettricitlenergiapneumatica prodotta dallOWC. Quel programma diricerca forndati sperimentali utili per la progettazionedegli impianti successivi (Whittaker e Stewart, 1994);

in particolare limpianto OWC LIMPET di Wavegen,anchesso sullisola di Islay (Heath et al., 2000; Folleyet al., 2002) che, collegato alla rete elettrica, in fun-zione dal 2000.

Tra il 1976 e il 1979, un gruppo di lavoro giappone-

se, sotto gli auspici dellInternational Energy Agency,ha sottoposto a verifica alcuni impianti OWC installati

su una piattaforma galleggiante, la Kaimei, di 800 t e

lunga 80 m, ormeggiata al largo di Yura, presso la cittdi Tsuruoka, nella prefettura di Yamagata (fig. 4). Oltreal Giappone, partner principale, avevano contribuito il

Regno Unito, il Canada, lIrlanda e gli Stati Uniti. Lapiattaforma ospitava otto camere OWC, ciascuna con

una potenza nominale di 125 kW. Furono sperimentati

diversi dispositivi per lestrazione di energia, compresele turbine McCormick, le turbine Wells autorettificanti

e i sistemi a turbina piconvenzionali dotati di valvoledi rettificazione.

Sono stati costruiti altri impianti OWC di prova, sia

collocati a riva sia integrati nelle barriere frangiflutti, in

diverse localitdel Giappone. Limpianto OWC del portodi Sakata il pigrande tra quelli costruiti e sperimentati

in Giappone durante gli anni Ottanta e Novanta. unimpianto a cinque camere, costruito come parte inte-

grante del molo. Si tratta di una struttura di cemento a

cassone, portata in posizione facendola galleggiare, e poi

affondata e zavorrata. Il dispositivo, messo in funzione

nel 1989, dotato di una turbina Wells tandem. Origi-nariamente limpianto erogava 60 kW.

Nel 1998 venne avviata la sperimentazione in mare

di un altro sistema OWC galleggiante, il Mighty Whale.

Il dispositivo, sviluppato dal JApanese Marine Science

and TEchnology Centre (JAMSTEC), lungo 50 m, largo30 m e profondo 12 m ed progettato per galleggiarecon un pescaggio di 8 m, una volta zavorrato. La strut-

tura contiene tre unitOWC, ognuna delle quali azionauna turbina Wells. Il sistema eroga nel complesso 110 kW;

la potenza, bassa rispetto alle dimensioni dellimpianto,riflette lenergia relativamente bassa delle onde in Giap-

pone in confronto ai mari che bagnano le coste dellEu-ropa occidentale e altre zone.In un programma parallelo portato avanti in Norve-

gia, ma su scala inferiore rispetto a quello britannico, ci

si concentrati inizialmente su una boa assorbitore pun-tiforme, che reagisce al suo ormeggio, e sulluso di pia-stre sommerse per la focalizzazione dellenergia delleonde al collettore. Lattenzione venne in seguito sposta-ta sulle potenzialitdellOWC e, grazie al supporto dellasocietKvaerner Brug, nel 1985 venne installato sullascogliera presso Bergen un impianto da 500 kW. Lim-pianto venne distrutto dalle tempeste nel 1988; risult

che il cedimento fu dovuto alla corrosione dei bulloni diancoraggio alla scogliera.

Un gruppo di lavoro presso lOcean EngineeringCentre dellIndian Institute of Technology, a Madras, hacostruito un collettore cellulare di cemento. Il progetto

fu avviato nel 1983 e realizzato nellottobre del 1991,quando limpianto fu collegato alla rete elettrica. Lim-pianto di 6.000 t (3.000 t di peso strutturale pi3.000 tdi zavorra) era progettato per rimanere stabile con onde

frangenti fino a 7 m e fu murato a secco. La turbina Wells

originaria fu poi sostituita da una turbina ad azione, ma

senza ottenere un incremento di prestazioni.

Nel frattempo, nella Repubblica Popolare Cinese, nel1989 venne costruito un impianto OWC sulla costa



fig. 4. La piattaforma Kaimei (per cortesia dellAutore).

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dellisola di Dawanshan, nel Mar della Cina meridio-nale, che fu messo in funzione per breve tempo a sco-

po di test (European [...], 1994). Una turbina Wells di

0,8 m di diametro era collegata a un generatore da 1.500

giri al minuto, che erogava 3 kW. La camera daria eralarga 4 m e profonda 3 m e le condizioni medie del

mare corrispondevano a 4,4 kW/m. I test vennero con-siderati soddisfacenti, con efficienza della camera

pari al 50-150% ed eff icienza complessiva pari al

10-35%.

Nel 1986 venne messo in funzione limpianto nor-vegese Tapchan (fig. 5). Il Tapchan (Tapered Channel)

comprende un collettore, un convertitore, un bacino e

un impianto di generazione idraulica a bassa caduta. Il

collettore denergia una gola naturale nei pressi diToftesfallen, sulla costa norvegese del Mare del Nord,

che incanala le onde nel convertitore, costituito da un

canale a pareti verticali, profondo 6-7 m, che si innalza

fino a 2-3 m sopra il livello medio del mare. Il converti-

tore si restringe verso la riva, cosicchlaltezza dellac-qua che fluisce nel canale aumenta nellavvicinarsi allariva e alla f ine lacqua si riversa nel bacino. Questulti-mo era stato costruito collegando formazioni rocciose

preesistenti, ottenendo una struttura di immagazzina-

mento denergia di 8.500 m2 circa e acqua sufficiente permantenere in funzione per 30 minuti il sistema idraulico

a bassa caduta da 350 kW, nel caso di un afflusso di onde

insufficiente a garantire la tracimazione. Questo innova-

tivo sistema possiede diversi vantaggi rispetto agli altri

generatori che sfruttano lenergia delle onde, ma presentaanche lo svantaggio di richiedere caratteristiche moltoparticolari del sito di installazione. Per tentare di supe-

rare tali limitazioni, ed eliminare linfluenza dalle maree,diversi progettisti hanno adottato il principio della traci-

mazione applicandolo a dispositivi galleggianti.

A partire dal 1976 il governo svedese ha sostenuto

un modesto programma di sfruttamento dellenergia delleonde, focalizzato soprattutto su un sistema a boa gal-

leggiante in cui, quando lazione delle onde spinge in

alto la boa, un manicotto elastomerico entra in tensione

e lacqua marina sotto pressione viene trasferita a unbacino ad alta pressione, dal quale aziona una ruota Pelton

per la generazione elettrica. Appena la boa scende, il

manicotto si rilassa e un nuovo carico dacqua viene rac-colto dal mare. Negli anni Ottanta sono stati sperimen-

tati con successo numerosi impianti e il sistema, origina-riamente sviluppato e testato dallInter Project Service(IPS) in Svezia, stato ora adottato per lo sviluppo com-merciale dalla compagnia statunitense Aqua Energy.

La maggior parte dei progetti descritti era sostenuta

da fondi pubblici, ma leffetto combinato della riduzio-ne del prezzo del petrolio, delle prestazioni modeste dei

prototipi e delle valutazioni pessimistiche sul potenzia-

le a lungo termine dellenergia delle onde ha determi-nato verso la fine degli anni Ottanta una drastica dimi-

nuzione del supporto governativo al settore. Intorno allo

stesso periodo, per, cresceva la consapevolezza sia delfatto che le stime sui costi energetici non avevano preso

sufficientemente in considerazione limpatto ambienta-le, sia dellimportanza delle emissioni dovute ai com-bustibili fossili nellinfluenzare il riscaldamento globa-le. Cresceva altresla convinzione che se si fosse tenutoconto del costo ambientale complessivo della produzio-

ne di energia da combustibile fossile e dal nucleare, le

tecnologie mature per lo sfruttamento dellenergia delleonde sarebbero diventate commercialmente allettanti.

Sostenuti da tale convinzione, diversi imprenditori entra-

rono in questo settore industriale e la proporzione dei

finanziamenti passda una predominanza di finanzia-mento pubblico a una di fondi privati, affiancati dal sup-porto pubblico. In prima fila sono stati A. Thomson, che

con A. Wells, inventore della turbina omonima, ha fon-

dato Wavegen, nel Regno Unito, per sviluppare la tec-

nologia OWC, e T. Denniss, in Australia, che ha fonda-

to Energetech per sviluppare un dispositivo basato su

principi simili. Nei Paesi Bassi Teamwork Technology,

guidata da F. Gardner e H. van Bruhgel, ha avviato il pro-

getto AWS (Archimedes Wave Swing) e, pirecente-mente, R. Yemm ha fondato OPD (Ocean Power De-

livery) in Scozia, per commercializzare la zattera arti-

colata Pelamis (Yemm, 2003). SeaPower, in Svezia, halavorato su di un dispositivo galleggiante a tracimazio-

ne, mentre il consorzio Wave Dragon, con sede centra-

le in Danimarca, ha iniziato lo sviluppo di un impianto

a tracimazione con grandi bracci di convogliamento.

6.3.3 Situazione attuale

Impianti per la produzione di energia dalle onde

Lentrata in gioco degli interessi di imprese private ela consapevolezza che era necessario un ventaglio ampio

di fonti energetiche rinnovabili per far fronte alla sfidaposta dal riscaldamento globale hanno prodotto verso la



fig. 5. Limpianto Tapchan (per cortesia dellAutore).

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fine degli anni Novanta un rinnovato interesse da parte

dei governi e degli enti pubblici, che si mantenuto alvolgere del nuovo millennio. Le forme di supporto pub-

blico sono diversificate; il programma quadro dellUnio-ne Europea promuove la cooperazione internazionale

attraverso sia il supporto alle reti tematiche, sia il con-tributo a progetti specifici che includano lo sfruttamen-to delle onde per la produzione di energia (Clment etal., 2002). Il governo portoghese offre tariffe agevolate

per lenergia delle onde, mentre il governo britannico stasuddividendo il suo supporto tra progetti riguardanti studi

di fattibilite progetti di maggiori dimensioni inerentiimpianti dimostrativi connessi alla rete elettrica, che

godono di contributi finanziari e agevolazioni fiscali. In

altri contesti sono stati messi in atto meccanismi di sup-

porto diversi. Anche se tale interesse giunge benvenuto,

lindustria del settore ancora in fase di sviluppo e vedreb-be con favore, in questo stadio precommerciale, un mag-

giore sostegno pubblico. Cinonostante, alcuni proget-tisti stanno gicominciando a ricavare profitti. Di segui-to sono elencati gli impianti attualmente funzionanti o

dei quali prevista linstallazione.FWPV di SeaPower. La societsvedese SeaPower

International AB, dopo aver testato un prototipo su scala

ridotta del suo dispositivo FWPV (Floating Wave Power

Vessel; Lagstroem, 1999), ha annunciato il progetto di

installare un impianto da 1,5 MW al largo delle isole

Shetland. Limpianto pilota da 160 t stato sperimenta-to in mare aperto per otto mesi, compreso il periodo inver-

nale, e sulla scorta di questi test la societsi assicura-ta, nel 1999, un contratto nel Regno Unito per la forni-tura di energia da fonte rinnovabile, nellambito dellaScottish Renewables Obligation.

Pelamis (OPD). Limpianto Pelamis attualmente insperimentazione presso il centro EMEC (European Mar-

ine Energy test Centre) nelle isole Orcadi (Thorpe, 1998,

1999). Si tratta di una zattera articolata costituita da quat-

tro segmenti cilindrici lunghi 30 m. Una caratteristica

innovativa consiste nel fatto che i giunti di collegamen-

to tra i segmenti sono angolati rispetto alla verticale,

cosicchuna spinta di sollevamento si converte in parte

in unoscillazione, e viceversa. Cioffre possibilitinte-ressanti di regolazione e consente un ottimo accoppia-mento al moto ondoso in condizioni di mare molto diver-

se. Lesito positivo dei test presso lEMEC rendercom-mercialmente disponibile questo sistema. Il dispositivo

tipicamente ormeggiato in modo lasco in 50 m dac-qua ed progettato per passare sotto le onde pigrandi,in modo da evitare il sovraccarico della struttura o del-

lormeggio. Il sistema di controllo idraulico consente larestituzione di energia al mare, in modo da realizzare

una regolazione attiva e mantenere condizioni ottimali

rispetto alle onde incidenti.

AWS Ocean Energy. Il prototipo Archimedes WaveSwing (Vriesema, 1995) stato installato con successo

nel 2005 al largo di Viana do Costella, in Portogallo, per

una serie di test sul campo. La profonditdel mare nelsito di test di 46 m. Il dispositivo, a galleggiamentocontrollato, comprende un galleggiante, che contiene la-ria intrappolata, collocato alla sommitdi un cilindro; ilmovimento relativo dei due, provocato dallazione delleonde, frenato da una serie di generatori lineari che con-vertono direttamente lenergia meccanica in energia elet-trica. Lenergia generata viene trasmessa a terra attra-verso un cavo sottomarino. Limpianto prototipico statocostruito sopra una struttura dacciaio galleggiante, pro-gettata in modo da favorire il posizionamento e il recu-

pero durante le fasi di sviluppo del progetto. La fig. 6

mostra limpianto ancora nel bacino, prima dellinstal-lazione, con il dispositivo galleggiante appoggiato sul

ponte. Si prevede che le versioni del sistema destinate

alla produzione non avranno la struttura dacciaio, maincluderanno delle sottounitsotto la superficie del mare,ormeggiate al fondo in modo lasco.

Energetech. La societaustraliana Energetech hainstallato il suo prototipo di collettore OWC nel 2005.

La struttura dacciaio comprende una sezione, davantial collettore OWC, che incanala lenergia dellonda inci-dente verso lapertura del collettore, il che consente aquestultimo di lavorare a pressioni maggiori e permet-te un uso piefficiente dei materiali. Il sito per linstal-lazione del prototipo, Port Kembla, vicino a Sidney, stato scelto per le sue caratteristiche favorevoli per quan-

to riguarda il moto ondoso; lo scopo era di verificare la

capacitdel dispositivo come generatore, senza doverloesporre a condizioni ambientali estreme. Sono previstiulteriori sviluppi riguardo alla struttura e al sistema di

ormeggio, prima di passare allinstallazione in un ambien-te pisevero. Il collettore dotato di un nuovo sistemaper il prelievo di energia, che utilizza la turbina Dennis-



fig. 6. Limpianto AWS prima dellinstallazione(per cortesia di INETI).

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Auld al posto della piclassica turbina Wells. Si trattadi una turbina a controllo attivo che, adattandosi alle con-

dizioni del moto ondoso, mantiene un regime operativo

ottimale. Il prelievo di energia avviene mediante una

macchina a induzione azionata da un invertitore.

Wavegen. Il collettore LIMPET di Wavegen opera-tivo sullisola scozzese di Islay dal 2000 e fornisce tut-tora energia alla rete elettrica locale, funzionando al con-

tempo come impianto di test e controllo per la prossima

generazione di dispositivi a turbine per il prelievo di ener-gia (fig. 7). Sfruttando lesperienza accumulata attraver-so il funzionamento di questo impianto, la Wavegen ha

progettato un sistema modulare per il prelievo di ener-

gia, adatto a qualsiasi tipo di collettore OWC. Ogni

impianto comprende una coppia di turbine Wells coro-

tanti ai due lati di un motore a induzione ad albero pas-

sante, specificamente progettato per questa applicazio-

ne. Lalloggiamento del turbogeneratore collegato a unavalvola di isolamento e controllo, ed anche predispo-sta linstallazione di un silenziatore. Al contrario dellamaggior parte dei dispositivi realizzati finora, le unit

modulari sono state progettate per la produzione in serie,

cosicchlindustria del settore pucominciare a trarreprofitto da economie di scala. Il mercato iniziale riguar-

da dispositivi a partire da 20 kW, da integrare nelle bar-

riere frangiflutti. Con una spaziatura tipica di un modu-

lo ogni 4 m di frangiflutti, un frangiflutti su cassoni puessere convertito, con modifiche minime dal punto di

vista dellingegneria civile, in un generatore con una pro-duzione tipica di 5 MW per chilometro di frangiflutti.

Wavegen sta attualmente effettuando test di affidabilitsu alcune unitprototipo, prima di renderle commer-cialmente disponibili. La fig. 8 mostra lassemblaggiomodulare di un prototipo.

Impianti per la produzione di energia dalle maree

Fino alla fine del 20 secolo, gli sforzi per ricava-re energia dalle maree si sono concentrati sui sistemi

che usano impianti a sbarramento di marea, dei quali

il piimportante stato limpianto da 240 MW instal-lato a La Rance, vicino St. Malo, in Francia (fig.9). La

costruzione di questo impianto, durata 7 anni, fu com-

pletata nel 1967. La diga di sbarramento ospita una stra-

da che attraversa lestuario del fiume Rance ed dota-ta complessivamente di 24 turbine a bulbo, ciascuna di

5,4 m di diametro e 10 MW di potenza. Un impianto

simile, ma pipiccolo (20 MW) fu attivato nel 1984 adAnnapolis Royal, sulla baia di Fundy, in Canada. Pidirecente, per, lattenzione si spostata ai generatori dacorrenti di marea. Di seguito sono elencati gli sviluppi

pirilevanti in questo ambito.

Marine Current Turbines. Il prototipo di turbinaSeaFlow, da 300 kW, stato sperimentato al largo diLynmouth per fornire energia per operazioni di discari-

ca (fig. 10). Le prestazioni riportate sono state migliori

del 27% rispetto alle attese, e attualmente previsto undispositivo da 1 MW.

Blue Energy Canada. La tecnologia portata avanti da

Blue Energy si basa sullapplicazione della turbina idrau-lica Davis, che rappresenta levoluzione della turbina avento Darreius ad asse verticale. Lobiettivo a lungo ter-mine di installare molte di queste turbine, a formareuno steccato da marea (fig. 11), in cui la struttura a

steccatopuraddoppiarsi come per una strada rialzata,



fig. 7. Limpianto LIMPET completo,sullisola di Islay (Ebridi) (per cortesia di Wavegen).

fig. 8. Assemblaggio

modulare di un

dispositivo

di generazione

prototipo

(per cortesia

di Wavegen).

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consentendo cosuna ripartizione dei costi. La societha sperimentato finora sei impianti di diverse dimen-

sioni; la resa migliore stata di 100 kW.HydroVenturi. HydroVenturi era originariamente una

societscorporata dellImperial College di Londra, cheora ha uffici a Londra e San Francisco. Questa societusa una struttura fissa, contenente un tubo Venturi, per

accelerare la corrente di marea e creare una depressio-

ne allinterno del tubo, che si puutilizzare per indurreun flusso in una tubazione secondaria. Questultima puanche essere installata a riva, spostando cosogni partemobile in una collocazione relativamente comoda. Un

prototipo di questo sistema stato provato a Grimsby. Ilsistema intrinsecamente meno efficiente in termini di



fig. 9. Impianto a sbarramento di marea di La Rance (Francia) (Archivio iconografico IEI).

fig. 10. Turbina SeaFlow(per cortesia di Marine Current Turbines).

fig. 11. Uno steccato da marea(per cortesia di Blue Energy).

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energia estraibile per unitdi energia scorrente nel tuboVenturi rispetto a una turbina esposta allintero flusso;possiede peril grande vantaggio di garantire un acces-so relativamente facile.

Hammerfest Strm. Hammerfest Strm una societcostituita per costruire un generatore a energia di marea

da installare a Hammerfest (che rivendica il titolo di cittpisettentrionale del mondo), e per sfruttare successi-vamente la tecnologia sviluppata. Limpianto stato messoin opera nel 2003 e ora fornisce energia alla rete elettri-

ca locale. Tra gli azionisti figurano ABB e Statoil.

Engineering Business. Limpianto Stingray, di En-gineering Business, differisce dalla maggior parte degli

altri sistemi, principalmente per due aspetti. In primo

luogo, il prelievo di energia avviene per via idraulica; in

secondo luogo, lagente primario unala oscillante inve-ce di una turbina. Il dispositivo prototipico stato pro-vato alle isole Orcadi alla fine del 2002 e il suo svilup-

po stato sospeso per ragioni commerciali (fig. 12).SMD HydroVision. SMD sta sviluppando un dispo-

sitivo a rotori accoppiati denominato TidEl. I dispositi-

vi a rotori accoppiati sono comuni perchdanno luogoa una piccola (o nulla) coppia di reazione sulla fonda-

zione o sullormeggio. I rotori sono galleggianti e ormeg-giati in modo flessibile. Un modello in scala 1:10 statosperimentato presso il Centro NaREC (New and Renew-

able Energy Centre) a Blyth, nel Regno Unito, e le pre-

stazioni sono risultate buone.

Verdant Power. Verdant Power una societrelativa-

mente nuova con sede in Virginia (Stati Uniti), che sta spe-rimentando diverse idee progettuali per turbine azionate

da correnti, con lobiettivo di sviluppare unattivitcom-merciale basata su impianti idraulici a bassa caduta per lo

sfruttamento delle correnti marine. Finora lesperimento

piimportante stato fatto con una turbina convenzio-nale sotto un pontone sullEast River di New York.

Inocean. La anguilla meccanicadella Inocean radi-calmente diversa dagli altri dispositivi proposti per lo sfrut-

tamento delle maree, ma molto simile agli sviluppi pirecenti del concetto dellattenuatore Hydra di Wavegenper lo sfruttamento delle onde. Si tratta di una zattera astruttura segmentata, che si basa sulle instabilitper pro-durre un movimento serpeggiante e consentire il prelie-

vo di energia dal moto relativo dei segmenti.

Underwater Electric Kite. La Underwater Electric Kite

una turbina convenzionale ben sperimentata per il flus-so di marea. La turbina sospesa nel flusso di marea e cisono progetti per una resa nominale fino a 1 MW (fig. 13).

6.3.4 Stima delle risorse

energetiche ricavabilidalle onde e delle prestazionidelle tecnologie relative

Le onde oceaniche rappresentano un deposito tempora-

neo di energia solare. Il riscaldamento differenziale della

superficie terrestre causato dal moto orbitale della Terra

intorno al Sole crea una distribuzione di riscaldamento

e raffreddamento che dluogo alla formazione dei venti.Questi, che derivano dalleffetto combinato del riscal-damento atmosferico non uniforme dovuto al Sole e della

rotazione della Terra, agiscono sulla superficie delle

acque in mare aperto dando origine alla formazione delleonde. Inizialmente, laria esercita una spinta tangenzia-le allinterfaccia aria-acqua; la superficie perturbata del-lacqua interagisce quindi con i venti e si creano spinte ditaglio e fluttuazioni di pressione che, quando si trovano



fig. 12. LimpiantoStingray.

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parametri che determinano la forma dello spettro. Questa for-

ma generale viene chiamata modello a quattro parametri.

Molti spettri del moto ondoso utilizzati correntemente

si possono descrivere in termini di due soli parametri

indipendenti, legati allaltezza dellonda e alla sua fre-quenza, e di una costante adimensionale che varia in fun-

zione della frequenza dellonda. La forma generale diquesto modello a due parametri :

A w3444 w

[6] S(w)23Hs2134expA1

4

4 w5 w344in cuiA la costante adimensionale,Hs laltezza signi-ficativa dellonda e w

344

la frequenza caratteristica dello

spettro.

I momenti spettrali sono definiti da:

[7] mn

0

wnS(w)dw

per cui il momento di ordine 0 m0

0

S(w)dw ed equi-vale allarea sottesa alla curva SED.

Laltezza significativa dellonda si definisce comeHs4(m0)

1/2, che equivale a quattro deviazioni standard

dellaltezza dellacqua.I momenti spettrali si possono usare per determina-

re altre proprietdello spettro; per esempio, il periodosignificativo dellonda Ts2pm0m1 e il periodo di attra-versamento dello zero verso lalto Tz2p(m0m2)1/2.

Secondo una definizione adottata in precedenza per

laltezza significativa dellonda, questa era uguale allal-tezza media del terzo pialto delle onde ed era scelta

cosperchi valori ottenuti apparivano in accordo conle altezze delle onde riportate da un osservatore esper-to. Il periodo significativo era definito, in modo analo-

go, come il periodo medio del terzo pialto delle onde.Modelli di mari completamente formati sono stati

sviluppati (tra gli altri) da Pierson e Moskowitz (P-M),

da Bretschneider, dallISSC (International Ship andoffshore Structures Congress) e dallITTC (InternationalTowing Tank Conference).

Questi autori hanno ricavato risultati simili tra lo-

ro e i rispettivi valori per il modello a due parametri

sono riportati nella tab. 3, in cui sono inclusi i seguen-

ti parametri:A, coefficiente a dimensionale; w344

, fre-quenza media; wz, frequenza di attraversamento della

quota zero; w0, frequenza di picco; ws, frequenza signi-ficativa.

Per tenere conto di modificazioni della forma spettrale

e del grado di concentrazione intorno alla media (ciodella curtosi) in mari non completamente formati, statosviluppato lo spettro JONSWAP da Hasselmann, nel-

lambito del Joint North Sea Wave Project (Hasselmannet al., 1973). La formulazione P-M viene modificata

come segue:

w[8] S(w)ag2w5exp1,2512

4

w0(ww0)

2

gexp11132t2w02

Il parametro di curtosi gpuvariare tra 1 e 7, matipicamente vale 3,3. Per il fattore di forma tsi assumeil valore 0,07 per w5,24Tz e 0,09 per w5,24/Tz. Ilparametro a vale 0,076X

0

0,22, doveX0

il fetch adi-mensionale, definito comeX0gXU2w,X il fetch inmetri e Uw la velocitprevalente del vento durante laformazione delle onde.

In mancanza di dati specifici sul sito in esame, i pro-

gettisti assumono in genere che il moto ondoso in una

posizione specifica possa rappresentarsi come una serie

di spettri P-M o di spettri Bretschneider. Ciimplica li-potesi di un mare completamente formato, il che ragio-nevole, visto che i progettisti vorranno normalmente posi-

zionare i loro dispositivi in punti esposti, con la massi-

ma energia incidente. La fig. 14 mostra un esempio di

SED di uno spettro Bretschneider con Tc

9 s eHs

2 m;la figura mostra anche la potenza in kW per metro di

fronte donda, calcolata in funzione del periodo (persecondo di banda, e centrata su multipli interi del secon-

do). Questi valori assommano a 18,0 kWm, che lapotenza totale disponibile. Si noti che, a causa dellau-mento della velocitdi gruppo con il periodo, il piccodella curva di potenza si trova in corrispondenza di un

periodo maggiore rispetto al picco della curva SED.

Per massimizzare le prestazioni di un dispositivo che

sfrutti lenergia delle onde, bisogna ottimizzare la rispo-sta del collettore di energia in funzione del periodo del-

londa, rispetto alla distribuzione dellenergia disponi-bile, in funzione del periodo, in mare.



tab. 3. Valori delle costanti che compaiono nel modello a due parametri

Modello A wz wzw0 wzw344

wzws

Pierson-Moskowitz (P-M) 1,25 w0 1,0 0,772 0,710

Bretschneider 0,675 ws 1,167 0,90 0,829

ISSC 0,4427 w344

1,296 1,0 0,921

ITTC 1,25 w0 1,0 0,772 0,710

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In genere, nello sviluppo di un collettore di energia

generata dalle onde, si valuta in prima battuta il poten-

ziale probabile del dispositivo, stimando la sua efficienza

di cattura in funzione della frequenza. Cisi puotte-nere sia mediante test in vasca con onde regolari, sia

applicando modelli matematici; in questultimo caso, neiprimi stadi di sviluppo, si tratta spesso di modelli basa-

ti sulla teoria lineare. I progettisti sono spesso interes-

sati alla efficienzadel dispositivo per la cattura di ener-gia e alla successiva conversione dellenergia catturatadalle onde in energia elettrica. Per questo motivo, la gran-

dezza scelta per misurare lefficienza di cattura vienedefinita in modo da risultare adimensionale. Per esem-

pio, nel caso dei dispositivi OWC, si pudefinire un fat-

tore di cattura CFcome CF

WPid, in cui Wlener-gia catturata dal collettore,Pi la potenza incidente in

kW/m e duna dimensione rappresentativa del dispo-sitivo. Per questultima, nel caso di un dispositivo OWC,si prende la larghezza dellapertura del collettore. Nellafig. 15 mostrato un esempio di fattori di cattura misu-rati in condizioni di test con onde regolari, utilizzando

un dispositivo installato su una scogliera. Come si vede,

lefficienza di cattura scadente sia per periodi cortisia lunghi, ma per un periodo intorno a 10 s il fattore di

cattura diventa molto maggiore di uno, il che significa

che il dispositivo sta raccogliendo energia da un fronte

donda piampio del collettore stesso. In queste condi-zioni, in effetti, il dispositivo si sta comportando come

un focalizzatore dellenergia delle onde, in grado di pre-levare energia. Chiaramente, se il collettore fosse di

dimensioni infinite questo non potrebbe succedere, poi-

chnon ci sarebbe da dove ricavare energia extra, ma aldiminuire della dimensione del collettore diventa sem-

pre pifacile ottenere fattori di cattura maggiori di 1 (eunefficienza apparente maggiore del 100%). La capa-cit, da parte di dispositivi sempre pipiccoli, di cattu-rare energia da fronti donda pigrandi della loro dimen-sione stata definita come effetto di assorbitore pun-

tiforme. D.V. Evans (1980) ha dimostrato che lentitdiquesto effetto limitata al minore tra i valoril2pde 2,in cuil la lunghezza donda dellonda incidente e dlalarghezza del dispositivo.

Si noti che, siccome il fattore di cattura definitorispetto a una lunghezza rappresentativa arbitraria, la

sua interpretazione come efficienza di collettore , nelmigliore dei casi, fuorviante. Anche se il fattore di cat-

tura adimensionale un parametro molto utile per con-frontare dispositivi simili, esso non ha alcuna relazione



potenzatotale(kW)

SED

(m2. s)

0,6

0,5

0,4

0,2

0,1

0,3

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

periodo dellonda (s)

SED

potenzanellintervallodi 1 secondo

0 5 10 15 200

fig. 14. Esempio di SED

di uno spettro

Bretschneider con Tc9 s,

Hs2 m di profonditdellacqua.

fattoredicattura

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

periodo (s)5 7 9 11 13

fig. 15. Fattori di catturaper un impianto OWC

a riva da 10 m.

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certa con le dimensioni di un collettore generico o, ancor

piimportante, con i costi associati alla produzione dienergia dalle onde. Non cquindi alcuna relazione trail fattore di cattura, o lefficienza apparente, in quantotali, e lefficacia assoluta di un collettore specifico. Pusuccedere per esempio che un collettore di basso costo

e bassa efficienza produca energia in modo economi-camente piconveniente di un dispositivo ad alta effi-cienza e alti costi.

Se sono noti il fattore di cattura del collettore in fun-

zione del periodo dellonda e lenergia donda disponi-bile in ogni banda di periodo, si pucalcolare la catturaassoluta di energia da ogni spettro: WCFPi. Un singo-

lo spettro fornirpersolo la distribuzione di energiaper un breve intervallo di tempo, ed improbabile chequesta possa essere rappresentativa delle prestazioni

medie annuali, la cui stima richiederebbe la determina-

zione della distribuzione di potenza in funzione del perio-

do per lintero anno e lapplicazione dei fattori di cattu-ra del dispositivo a quei dati. I dati annuali (e stagiona-

li) sul moto ondoso sono in genere disponibili come

grafici di dispersione, in cui si registra la frazione di volte

in cui si presenta ogni coppia di valori per laltezza del-londa e il suo periodo.

6.3.5 Impatto ambientaledei dispositiviper la produzione di energia

da onde e da mareeAnche se i cambiamenti climatici e la necessitdi pro-durre energia pulita e verde hanno fornito una spinta fon-

damentale per lo sviluppo di impianti per la produzione

di energia da onde e da maree, bisogna considerare lim-patto ambientale locale di questi impianti. Questo riguar-

da i cambiamenti fisici e socio-ambientali che possono

prodursi in prossimitdi impianti in acque costiere ooceaniche, e vi sono diversi fattori di cui tenere con-

to: a) rotte navali e mercantili; b) sicurezza delle navi;

c) movimenti in mare di natura militare; d) sicurezza dei

rifornimenti; e) mutamenti nel moto ondoso e nella mobi-litdei sedimenti; f) posizionamento dei cavi di colle-gamento alla rete elettrica;g) pesca. Questi elementi

devono esser considerati sia su scala locale sia su scala

globale; una programmazione specifica per lindividua-zione di aree di non sviluppo dovressere affrontatada tutti i Paesi che desiderino avvalersi delle tecnologie

per lo sfruttamento delle onde e delle maree.

La pianificazione devessere inoltre tridimensiona-le (i principali fruitori dellarea sono i militari, con i lorosottomarini). I militari hanno esigenze particolari di acces-

so e dislocamento e siti designati per i test; hanno anche

il problema di specificare aree vietate in relazione alleinformazioni che intendono rendere di dominio pubblico.

Cpoi il problema importante dei pezzi di artiglieriainesplosi eliminati in passato (UXO, UneXploded Or-

dinance): dovranno essere identificati con precisione tutti

i siti di smaltimento in modo da garantire lo sviluppo dei

progetti in sicurezza; mentre lo sfruttamento delle onde

e delle maree per la generazione di energia ancora inuno stadio iniziale di sviluppo, cpoca esperienza spe-cifica sullimpatto ambientale connesso. La conoscen-za acquisita dalla valutazione delleffettivo impattoambientale dei primi progetti sarutile per pianificarecon successo sviluppi piambiziosi nel futuro.

Bisogna anche considerare i rischi per la navigazio-

ne. Limpatto in questo caso dipende dal tipo di installa-zione; molti impianti dovranno essere tenuti lontano dalle

principali rotte commerciali, mentre altri funzioneranno

sul fondale, e non influiranno sulle rotte. Sarnecessa-rio anche considerare la necessitdi boe di segnalazio-ne, segnali visivi e acustici e forse di sirene da nebbia.

Per quanto riguarda altri progetti che implicano instal-

lazioni superficiali, occorrerconsiderare anche altriproblemi, legati al ciclo vitale degli impianti marini per

la generazione di energia rinnovabile. Per esempio, duran-

te le fasi di costruzione e di dismissione degli impian-

ti, gli effetti prodotti sui fondali saranno importanti,

mentre durante la fase operativa i rumori dei macchi-

nari, compresi i turbogeneratori, potrebbero essere un

problema.

Alcune delle caratteristiche dei dispositivi che sfrut-

tano le onde e le maree sono condivise con molte altre

tecnologie, mentre altre sono specifiche. Nella primacategoria possiamo considerare i cavi sottomarini, i cavi

aerei di trasmissione, le fondazioni e gli ancoraggi, che

sono comuni a molte altre tecnologie. I cavi sottomari-

ni possono avere interazioni elettromagnetiche con i

pesci, specialmente gli Elasmobranchi (squali e razze).

Il sotterramento profondo dei cavi puridurre il proble-ma, ma aumenta i costi e provoca la distruzione dei fon-

dali durante le operazioni di scavo. Nel corso delle fasi

di costruzione, manutenzione e rimozione si ha anche

un disturbo dei sedimenti sui fondali.

Molte aree adatte allinstallazione di impianti per lo

sfruttamento delle onde e delle maree sono lontane daisiti di utilizzazione, per cui sorge lesigenza di linee ditrasmissione sulla terraferma, che modificano il pae-

saggio e hanno un impatto visivo. Questo un proble-ma che si pone anche con altre tecnologie rinnovabili, in

particolare la generazione eolica a terra. Nei Paesi con

densitdi popolazione elevate questo impatto diven-tato un potenziale ostacolo allo sviluppo di alcune fonti

rinnovabili di energia.

Il dislocamento di strutture, fondazioni e impianti

nel flusso delle correnti puinfluire sulla velocitdelflusso stesso, a livello sia locale sia globale. Erosio-

ne o deposito di sedimenti possono tanto incrementarequanto ridurre i flussi locali e globali, con conseguente



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ulteriore impatto. Le abitudini alimentari e riprodutti-

ve della fauna e della flora possono subire linfluenzadi questi cambiamenti.

Lo sviluppo di impianti per lo sfruttamento delle

onde e delle maree deve anche prendere in considera-

zione limpatto sui mammiferi e sugli uccelli marini.Un possibile impatto riguarda le rotte di migrazione;per esempio, le balene grigie dovrebbero aggirare gli

impianti, se questi fossero situati sul loro percorso costie-

ro. I Pinnipedi (foche e leoni marini) potrebbero tenta-

re di issarsi sui convertitori galleggianti con il bordo

libero basso, e questa abitudine potrebbe avere un impat-

to negativo sulle comunitlocali di pescatori. In alcunicasi, il possibile spostamento indotto dei luoghi di ripro-

duzione degli uccelli marini rappresenta un problema

da considerare.

Gli impianti a sbarramento di marea modificano li-drodinamica degli estuari, con una possibile riduzione

del regime di marea e una diversa distribuzione degli

effetti di erosione e sedimentazione. La conseguente per-

dita di habitat costieri e i cambiamenti indotti negli habi-

tat marini, a causa dello sviluppo di condizioni di acque

dolci o salmastre e dellincremento nellaccumulo dinutrienti, possono anche costituire una barriera per i pesci

migratori, a meno di non introdurre dei passaggi adatti.

Le turbine rotanti degli impianti a corrente di marea

possono potenzialmente ferire mammiferi marini e pesci,

anche se con impianti di grandi dimensioni il rischio minimo a causa della velocitdi rotazione ridotta delle

turbine.Gli impianti costieri, o le stazioni ausiliarie per gli

impianti in alto mare, possono avere un impatto visivo

e paesaggistico che devessere considerato. Limpattodegli impianti in alto mare o costieri dipende dalla distan-

za dalla costa e dallaltezza delle strutture sul livello delmare. Un altro aspetto di cui tenere conto linquina-mento da rottami, se un dispositivo si rompe, o dalla per-

dita di fluidi idraulici.

Nel caso di installazioni di grandi dimensioni, si devo-

no considerare gli effetti sui regimi di moto ondoso e

ogni altro effetto sugli habitat costieri e sul trasporto di

sedimenti a riva. Finora limpatto dellestrazione di ener-gia dagli oceani non stato molto studiato, e rimane aper-to il dubbio sulla soglia oltre la quale la produzione di

energia comporterconseguenze rilevanti, come la modi-ficazione del flusso litorale.

Laccesso alla pesca un problema importante daconsiderare, ma lo sviluppo di impianti per lo sfrutta-

mento delle onde e delle maree potrebbe anche com-

portare la creazione di zone di divieto di pesca, ciozoneallinterno delle aree di sviluppo degli impianti nellequali sia proibito lingresso alle imbarcazioni da pesca.

Un vantaggio di tali restrizioni, daltra parte, potreb-

be consistere nella creazione di un habitat ideale perla riproduzione e la crescita di specie marine in aree

protette dallo sfruttamento. La creazione di scogliere

artificiali potrebbe favorire la crescita di molluschi e cro-

stacei e comportare lulteriore vantaggio di proteggerela costa in modo naturale.

Gli aspetti ambientali devono essere gestiti a livello

globale, locale e sulla base dei casi specifici, e bisogna

tenere in debita considerazione la fauna e la flora, gliaspetti socioeconomici e altri importanti soggetti coin-

volti. A compensare questi impatti ambientali citiamo i

benefici ambientali: a) riduzione dei cambiamenti cli-

matici; b) tutela della pesca; c) carburante pipulito;d) sicurezza della fornitura energetica; e) sostituzione

del combustibile fossile. A livello locale, ogni impianto

richiederuna valutazione di impatto ambientale; biso-gnerstudiare limpatto della costruzione, le caratteri-stiche operative dei dispositivi e limpatto operativo eadottare misure appropriate di riduzione del rischio.

6.3.6 Prospettive globaliper lindustria energetica

Le risorse rinnovabili marine possono costituire una fonte

rilevante denergia e possono avere un impatto signifi-cativo sulle modalitdi generazione, di trasporto e di uti-lizzazione dellenergia. Il potenziale connesso e le meto-dologie di sfruttamento non sono stati perancora svi-luppati pienamente.

Lambito di forze descritto nella fig. 16 mostra come

vi siano forze di spinta e forze di resistenza rispetto alprogresso dello sfruttamento energetico del mare. Per

assicurare il successo industriale, le forze di spinta devo-

no rafforzarsi e quelle di resistenza devono essere eli-

minate, attenuate, o soddisfatte. Con laumento dellapopolazione mondiale e le crescenti esigenzepro capi-

te di energia, la richiesta di elettricitpialta che mai.NellInternational energy outlook 2004 (EIA, 2004) vie-ne formulata la seguente previsione: Ci si aspetta chetra il 2001 e il 2025 il consumo mondiale totale di ener-

gia sul mercato si espanda del 54%.Diventa sempre pidifficile ottenere lapprovazione

dei progetti per impianti di produzione denergia sullaterraferma. Con la crescente pressione sulle prezioserisorse del territorio, naturale che lumanitdebba vol-gersi allenergia rinnovabile degli oceani per una partedellapprovvigionamento energetico. A mano a manoche i combustibili fossili diventano una risorsa sempre

piscarsa e preziosa, i combustibili rinnovabili emer-genti, come le fonti rinnovabili denergia marina e li-drogeno, giocheranno un ruolo sempre piimportantenel bilancio energetico globale. Lidrogeno un combu-stibile immagazzinabile, che nel contempo sostenibi-le e di uso flessibile. La tecnologia delle celle a com-

bustibile sta progredendo velocemente e la prospetti-va di una economia dellidrogeno si sta avvicinando. I



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problemi di sostenibilite di impatto ambientale asso-ciati ai metodi tradizionali di produzione di energia impli-

cano che se la rivoluzione dellidrogeno avrdavveroluogo si dovrbasare sulluso di elettricitverde. Di

conseguenza, non solo il futuro sembra richiedere chelindustria dellenergia rinnovabile marina si sviluppi alfine di produrre energia per lattuale consumo di elet-tricit, ma anche che fornisca un considerevole aumen-to di energia per produrre lidrogeno da utilizzarsi per itrasporti e il riscaldamento.

La produzione di acqua pulita rappresenta un altro

importante uso potenziale dellenergia rinnovabile mari-na. A mano a mano che scompaiono rapidamente le pos-

sibilitdi sviluppare nuove fonti di approvvigionamen-to dacqua, una sempre maggiore quantitdacqua vieneprodotta per desalinizzazione. Perci, se da un lato i pro-

getti attuali di produzione di energia rinnovabile dal maresono focalizzati sulla generazione di elettricitper ilrifornimento della rete elettrica, anche possibile che infuturo la produzione dacqua desalinizzata per mitigarela scarsitdacqua costituiruna spinta importante perlo sviluppo di progetti che sfruttano le onde e le maree.

Con laumentare del numero e della dimensione di que-sti progetti, i progressi tecnologici e le economie di scala

connessi comporteranno una diminuzione dei costi di

produzione di energia da queste fonti. Il corrispondente

percorso di sviluppo industriale potrebbe probabilmen-

te essere il seguente.

2000-2010: gli anni delle tecnologie. Nuove pro-poste tecnologiche emergeranno dalle ist ituzioni di

ricerca. Alcune di queste idee saranno adottate da societche si occupano di sviluppo tecnologico, che le porte-

ranno avanti e costruiranno prototipi completi per impian-

ti di potenza. Alcune tecnologie emergenti cominceran-

no a essere operative in parchi energeticimarini su scalaridotta.2010-2015: lera dellinizio. Emergeranno alcune

tecnologie selezionate, che risulteranno interessanti sia

dal punto di vista ambientale sia da quello economico,

e si svilupperanno i primi impianti di potenza in scala

commerciale.

2015-2020: la fase della crescita. La fiducia suc-

cessivamente maturata per il successo della fase pre-

cedente comporteruna crescita signif icativa dei nuoviimpianti di produzione di energia dal mare. Lapprov-vigionamento di energia dal mare sarconsiderato un

elemento importante nella dotazione energetica a livel-lo mondiale.

Le fonti rinnovabili denergia marina posseggono lacapacitpotenziale di fornire quantitimmense dener-gia. I progetti attuali stanno dimostrando la fattibiliteaprendo la strada a sviluppi importanti nel futuro. Potreb-

bero essere necessari da 10 a 15 anni per raggiungere

uno stadio di sviluppo tale da qualificare le fonti ener-

getiche marine come fonti energetiche privilegiate. Que-

ste fonti denergia potranno potenzialmente rappresen-tare la centrale elettrica delleconomia dellidrogeno, perlo sviluppo della quale potrebbero occorrere 30 o 40 anni

e che costituirla base per un futuro pulito, rinnovabilee sostenibile per le generazioni che verranno.



cambiamenti climatici disponibilitdegli sviluppi tecnologici

scorte di combustibili fossili in diminuzione costo dellenergia da fonti non rinnovabili, per esempiocombustibili fossili

sicurezza dellapprovvigionamento maggiore consapevolezza delle scelte pubbliche

carburanti pipuliti pianificazione e consultazione, legislazione,gruppi di interesse

nuova domanda di energia mancanza di interesse (non un problema mio)

gruppi di pressione a favore di fonti verdi di energia sfasamento tra prioritnazionali e internazionali

nuovi sviluppi socioeconomici carenza di fondi e investimenti

agenzie di protezione ambientale

gruppi di pressione a favore di fonti diverse di energia,per esempio nucleare

totale delle forze di spinta totale delle forze di resistenza

motori di trasformazione forze di resistenza/blocco

fig. 16. Diagramma delle forze che agiscono sulla trasformazione.

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