Oggi:

2020-07-05 06:58

Semplice Come l’Onda

ENERGIA DA MOTO ONDOSO

di: 
Vincenzo Michetti*

L’Inertial Sea Wave Energy Converter, ISWEC è il primo esempio al mondo di sistema «attivo» per la produzione di energia da moto ondoso integrato con fotovoltaico ed energy storage. È stato realizzato dalla Direzione Ricerca e Sviluppo di Eni nell’ambito del programma “MaREnergy”, per lo sviluppo di un sistema di produzione in grado di convertire l'energia delle onde del mare in energia elettrica.

L’energia è l’elemento al centro delle sfide più importanti che il mondo si troverà ad affrontare nel prossimo futuro e che, come ci ricordano gli Obiettivi di sviluppo sostenibile dell’Agenda 2030 delle Nazioni Unite, può essere sintetizzata nella ricerca di un equilibrio tra la massimizzazione dell’accesso all’energia e la lotta al cambiamento climatico.

Custodito dagli oceani e dai mari c’è un enorme “tesoro”, distribuito uniformemente in tutto il globo, che rappresenta la più grande fonte di energia rinnovabile pressoché inutilizzata al mondo. Basti pensare che secondo le stime su Renewable Energy[1], l’energia delle onde ha una potenza disponibile lungo le coste terrestri a livello globale pari a 2 TeraWatt, circa 18 mila miliardi di chilowattora all’anno, ovvero quasi il fabbisogno annuale di energia elettrica del mondo.

Oltre ad un’elevata disponibilità (che, nelle zone più favorevoli del Mediterraneo come Sicilia e Sardegna, supera le 4.000-5.000 ore equivalenti per anno), le onde presentano anche un’elevata densità energetica. L’energia ondosa è, infatti, generata a partire dal sole, che muove per differenziale termico le masse d’aria atmosferiche creando il vento, e quest’ultimo, spirando sulla superficie marina, crea le onde. Pertanto, l’ecosistema terrestre agisce da concentratore naturale della risorsa solare trasformandola in risorsa ondosa ad alta densità specifica di potenza, di facile e precisa predizione, rispetto alle risorse solare ed eolica, e quindi altamente promettente per il futuro del pianeta. Secondo le associazioni di settore, entro il 2050 l’energia marina, sia essa derivata dalle maree o dalle onde, contribuirà a fornire 100 GigaWatt di potenza solo in Europa[2].

Attualmente l’energia marina rimane ancora difficile da domare e valorizzare, gli impianti necessari sono spesso complessi e le acque del mare ne possono corrodere le strutture. Inoltre, non è sempre facile trasportare l’elettricità così prodotta verso i luoghi del suo utilizzo.

Per rispondere a queste sfide, la Direzione Ricerca e Sviluppo di Eni ha avviato un programma d’ avanguardia: “MaREnergy”, per lo sviluppo di un sistema di produzione in grado di convertire l'energia delle onde del mare in energia elettrica. Nell’ambito dello sviluppo progettuale, Eni ha rafforzato la propria partnership con il Politecnico di Torino, contribuendo alla crescita di Wave for Energy, spin-off del Politecnico, con la formazione di una cultura tecnica specifica; sta inoltre fornendo ai giovani ricercatori e tecnici specializzati l’opportunità di accrescere ed integrare le proprie competenze nonché di incrementare il numero delle risorse italiane dedicate allo studio delle tecnologie sulla conversione dell’energia del mare. Il primo risultato del programma MaREnergy è stata la realizzazione ed il varo di un sistema in grado di adattarsi alle diverse condizioni del mare per garantire un'elevata efficienza di conversione: si tratta dell’Inertial Sea Wave Energy Converter, ISWEC; è il primo esempio al mondo di sistema «attivo» per la produzione di energia da moto ondoso integrato con fotovoltaico ed energy storage (il fotovoltaico è installato sulla piattaforma e le batterie inserite all’interno di ISWEC). In questo modo, il sistema di produzione è complementare con il fotovoltaico, per garantire una maggiore continuità di produzione di energia elettrica; inoltre, l’impianto risulta quasi invisibile dalla costa con un impatto ambientale, marino e paesaggistico marginale. ISWEC si presenta come una soluzione idonea per l'alimentazione “carbon free” di asset offshore di medie e grandi dimensioni e consente di convertire piattaforme offshore mature in hub per la generazione di energia rinnovabile, con importanti potenzialità di alimentare luoghi remoti non interconnessi alla rete.

ISWEC converte il moto ondoso in energia elettrica grazie a un sistema inerziale basato sul principio della fisica classica della conservazione del momento angolare: le onde provocano l’oscillazione dello scafo (beccheggio) che si trasmette ad un volano; questo, per effetto giroscopico, produce un moto utilizzabile per generare energia elettrica convertendo così l'energia contenuta nelle onde del mare. ISWEC presenta una componente attiva nel processo di cattura dell’energia, che viene regolata dalla velocità di rotazione del volano e consente di adattare l’inerzia dello scafo alla lunghezza d’onda marina che lo investe; questa caratteristica, implementata per la prima volta al mondo da Eni su un prototipo industriale, è il vero punto di discontinuità rispetto agli altri sistemi di cattura, infatti si è in grado di variare l’inerzia del dispositivo come se ne modificassero le dimensioni; ottenendo, di fatto, un sistema a geometria variabile virtuale. L’ormeggio innovativo consente a ISWEC di posizionarsi spontaneamente sempre nella direzione dell’onda incidente dominante con la possibilità di sintonizzarlo alle variazioni dello stato del mare. Inoltre, ISWEC non presenta alcun componente meccanico mobile immerso nell’acqua, come, invece, accade nei sistemi convenzionali di cattura del moto ondoso, mantenendosi così al riparo da corrosioni e deterioramenti tipici in un ambiente marino.

Queste innovazioni rendono il sistema molto flessibile da un punto di vista operativo e quindi in grado di adattarsi alle diverse condizioni meteo marine, assicurando un'elevata efficienza di conversione ed affidabilità. Inoltre, tale architettura può essere integrata con un sistema fotovoltaico sulla parte superiore dell’ISWEC, creando un sistema ibrido di generazione elettrica che può garantire produzione di energia elettrica nell’arco dell’intero anno grazie al sole d’estate ed alle onde d’inverno, sfruttando proprio la loro elevata complementarietà stagionale.

L’esperienza di Eni nell’offshore e nella gestione dei progetti complessi ha consentito la realizzazione e l’istallazione del primo prototipo nell’Adriatico, passando dal concept alla realizzazione in 3 anni, contro una media del settore di 10 anni. Ciò è stato possibile grazie alla parallelizzazione delle attività (avviando, ad esempio le ottimizzazioni ingegneristiche già in fase di ricerca) che Eni effettua nell’ambito dei progetti di sviluppo. Utilizzando tale approccio, finalizzato a ridurre il “time-to-market”, entro il secondo semestre 2020, è previsto l’avvio della prima applicazione industriale di ISWEC presso la piattaforma di Eni Prezioso situata nelle acque siciliane a largo di Gela, con una potenza di esercizio di 100 kWatt.

Il prototipo testato a largo di Ravenna ha mostrato un elevato potenziale, raggiungendo risultati molto promettenti, tra i quali una potenza di picco generata pari al 103% della potenza nominale. Anche alla luce di questi risultati è stato siglato un accordo tra Eni, CDP, Fincantieri e Terna per la costituzione di una società in grado di sviluppare e realizzare su scala industriale impianti di produzione di energia elettrica da moto ondoso, mettendo a fattor comune le grandi competenze esistenti nelle relative linee di business con l’obiettivo di esplorare possibili progetti su larga scala, per rendere più efficienti e a minor impatto carbonico i processi operativi convenzionali, e permettere la creazione di nuovi segmenti di business più efficienti e sostenibili nell’ambito energetico.

*Vice President Eni Upstream R&D


NOTE


[1] Renewable Energy 44 (2012) 296-304

[2] Ocean Energy Europe 2016