Sistemi innovativi per la produzione di energia elettrica dalle onde di mare

Risultato della ricerca:

I dispositivi sviluppati in questa ricerca, denominati Oscillating Water Column (OWC), permettono di produrre energia elettrica sfruttando le onde del mare. Sono strutture marittime formate da una camera avente nella parte inferiore una colonna d’acqua e nella parte superiore una sacca d’aria. La parte inferiore è aperta e collegata al mare aperto, mentre la parte superiore è collegata ad un sistema di Power Take – Off (PTO), che è in grado di produrre energia elettrica. Il mare fa oscillare la colonna d’acqua, la quale comprime e decomprime la sacca d’aria. Tali cicli di compressione e decompressione vengono usati dal PTO per generare energia elettrica. Presso il laboratorio NOEL dell’Università degli Studi “Mediterranea” di Reggio Calabria è stato sviluppato un impianto del tipo OWC. Tale sistema è stato testato sia in bacino naturale che in mare, dove ha dimostrato di essere in grado di assorbire efficacemente una rilevante quantità di energia. In particolare, ha dimostrato di poter assorbire oltre il 65% dell’energia delle onde incidenti sulla struttura. In questo contesto, lo sviluppo di PTO efficienti nella produzione di energia elettrica è fondamentale. La ricerca più recente ha evidenziato le potenzialità dei generatori ad elastomeri dielettrici (dielectric elastomer generator – DEG). Sono capacitori variabili basati su membrane polimeriche che, posti sulla sacca d’aria, subiscono deformazioni durante i cicli di compressione e decompressione consentendo la conversione di energia.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

I seguenti progetti hanno finanziato lo sviluppo del sistema OWC del NOEL:

Progetto europeo: “Study for the development of the green mobility in the port of Civitavecchia through the implementation of the pilot technology REWEC 3” (TENtec number 2013-IT-92050-S). Il progetto ha finanziato il monitoraggio del primo prototipo di U-Oscillating Water Column in presenza ed in assenza di turbina di Wells.

Progetto nazionale: “Studi e valutazione sulla produzione di energia elettrica dalle correnti marine e dal moto ondoso”. Finanziato da: ENEA tramite il MiSE. Il progetto ha finanziato la costruzione del modello di U-OWC utilizzato per le attività sperimentali del NOEL.

Al di fuori dei progetti presentati dall’organismo di riferimento della presente domanda, lo studio e la realizzazione di dimostratori in scala di convertitori dalle onde basati su DEG ha ricevuto finanziamenti livello europeo (progetto PolyWEC – 309139, e Wetfeet – 641334). La Scuola Superiore Sant’Anna, con cui l’Università Mediterranea sta collaborando per la realizzazione della tecnologia proposta, ha partecipato a tali progetti.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

I PTO utilizzati comunemente negli OWC sono turbine auto-rettificanti. Si tratta di turbine progettate in modo da ruotare nella stessa direzione indipendentemente dalla direzione del flusso dell’aria. Tali dispositivi sono costruiti con materiali metallici, pesanti, molto costosi e sensibili alla corrosione e ai carichi impulsivi. In tale contesto, l’utilizzo dei DEG offre diversi vantaggi. Gli elastomeri dielettrici sono, infatti, materiali polimerici caratterizzati da una elevata densità di potenza convertibile, alte efficienze, leggerezza, elevata resilienza. Sono, inoltre, relativamente poco costosi grazie alla ampia diffusione dei materiali che li costituiscono, resistenti alla corrosione e ciò li rende particolarmente adatti ad ambienti aggressivi come l’acqua del mare.

Titoli di proprietà intellettuale:

Al momento la ricerca non è oggetto di privative industriali.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

La ricerca ha applicazioni nel campo delle energie rinnovabili. Essa permetterà di costruire degli impianti di produzione di energia elettrica usando l’energia delle onde di mare. Può essere realizzata sia come impianto individuale che integrato in infrastrutture multi-funzione. Quest’ultimo caso è rilevante in campo portuale, dove il sistema OWC può essere integrato all’interno di dighe a parete verticale. Altro esempio rilevante è la realizzazione di strutture offshore, come gli impianti eolici, che possono essere equipaggiati con tali impianti per accrescere ulteriormente la produzione di energia elettrica.

Si prevede che i sistemi di conversione dalle onde e dalle maree offriranno un significativo contributo al sistema energetico europeo nel breve e medio termine, grazie alla disponibilità locale della risorsa e allo stato tecnologico avanzato raggiunto. Il JRC (https://ec.europa.eu/info/departments/joint-researchcentre_it) ha identificato diversi paesi in Europa con un interesse attivo nella ricerca e nello sviluppo di tali tecnologie. L’Italia è tra questi paesi. Il supporto allo sfruttamento dell’energia dal mare è anche favorito dalle raccomandazioni e dalle direttive dell’Unione Europea, un quadro normativo comune per gli Stati Membri per la promozione dell’energia da fonti rinnovabili (EU 2009/28/CE Directive) e per l’implementazione di una pianificazione marittima territoriale e una gestione integrata delle zone costiere, indirizzate a promuovere la crescita sostenibile delle economie marittime, lo sviluppo sostenibile delle aree costiere e l’utilizzo delle risorse marine (Directive 2014/89/EU). La ricerca proposta potrà quindi essere indirizzata verso tutte quelle località particolarmente esposte all’azione dei mari e degli oceani. Un mercato di riferimento è rappresentato da tutti quei porti che nei prossimi anni prevedono un ampliamento o un riutilizzo delle dighe.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Affinché possa essere raggiunta la scala reale sarà necessaria una ingegnerizzazione dei sistemi DEG attraversi processi industriali sia per la realizzazione dei DEG fisici che per l’assemblaggio dell’elettronica di controllo. L’obiettivo è quello di raggiungere produzioni di energia elettrica che siano paragonabili a quelle ottenute attraverso l’utilizzo dei classici sistemi PTO accoppiati a convertitori a colonna d’acqua oscillante.