Turbine innovative ad alta efficienza per convertitori di energia ondosa in energia elettrica di tipo OWC

Risultato della ricerca:

Negli ultimi decenni sono stati progettati e sviluppati un gran numero di dispositivi per sfruttare il moto ondoso per produrre energia elettrica. Tra questi, i sistemi a colonna d’acqua oscillante, denominati Oscillating Water Column (OWC), hanno dimostrato una buona affidabilità e robustezza in ambienti aggressivi come quelli marini.

Sono costituti da una camera con una apertura lato mare che permette l’interazione tra le onde incidenti e la colonna d’acqua all’interno della camera. L’alternarsi delle creste e delle onde genera una oscillazione della colonna d’acqua a cui segue una compressione e decompressione dell’aria localizzata nella parte superiore della camera. La corrente d’aria che ne deriva è sfruttata per azionare un sistema di Power Take-Off (PTO), generalmente una turbina auto-rettificante posta nella sommità della camera e collegata ad un generatore. Sono state effettuate diverse sperimentazioni che hanno portato anche a delle innovazioni della camera per permettere di incrementarne le performance. Le accademie e le industrie stanno lavorando per realizzare dei sistemi che possano sfruttare in modo efficiente l’energia proveniente da onde con diverse caratteristiche, come avviene nei mari e negli oceani, e che quindi inducono oscillazioni diverse all’interno della camera dell’OWC. Presso il laboratorio NOEL di Reggio Calabria sono installati dei prototipi basati sul sistema OWC utilizzabili per testare sistemi innovativi di PTO eccitati da onde che hanno dimensioni paragonabili alle onde generate nelle vasche di laboratorio.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

Il progetto riportato di seguito ha finanziato lo sviluppo del sistema OWC del porto di Civitavecchia prevedendo l’installazione di una classica turbina di tipo Wells:

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).

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

Le turbine di Wells che vengono comunemente installate su dispositivi di tipo OWC hanno elevate efficienze soltanto per un ristretto range di pressioni dell’aria all’interno della camera e sono molto sensibili alle variazioni di pressione. Questo significa che riescono a sfruttare in modo adeguato l’energia proveniente da un numero limitato di onde.

Le turbine innovative oggetto della ricerca proposta sono progettate in modo da avere picchi di efficienza ed efficienze medie più elevate delle turbine di prima generazione grazie al fatto che possono operare con un range maggiore di pressioni mantenendo le prestazioni elevate grazie a particolari sistemi di controllo che regolano il flusso dell’aria attraverso la turbina. Inoltre, tali tipi di turbine richiedono una velocità delle pale del rotore limitata, a differenza delle turbine di Wells che operano con velocità elevate. Il rumore proveniente dalle turbine cresce al crescere della potenza dell’onda. Questo ha una incidenza anche sull’inquinamento acustico, soprattutto quando gli impianti vengono realizzati lungo la costa come nel caso dei porti.

Titoli di proprietà intellettuale:

I progetti sviluppati hanno previsto l’impiego del brevetto REWEC3 (resonant wave energy converter).

L’attività eseguita, se di pertinenza con sistemi REWEC3 o U-OWC, sarà eseguita concordando le modalità con la società licenziataria (già informata all’atto della sottomissione della presente scheda).

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

I sistemi di tipo OWC possono trovare applicazione all’interno dei porti, in quanto sono facilmente integrabili nelle dighe a parete verticale, o in strutture galleggianti da installare vicino la costa oppure off-shore. All’interno di queste piattaforme possono essere affiancate da altre tecnologie per lo sfruttamento di diverse fonti rinnovabili, come pale eoliche o impianti fotovoltaici in modo da massimizzare la produzione energetica e garantirne la continuità. Lo scopo di tali piattaforme galleggianti potrebbe essere quello di alimentare le piccole isole molto lontane dalla terraferma.

Tra le diverse tecnologie per lo sfruttamento dell’energia dal mare, i sistemi di conversione dalle onde e dalle maree sono considerati come quelli che contribuiranno maggiormente al sistema energetico europeo nel breve e medio termine, grazie alla disponibilità locale della risorsa e allo stato tecnologico avanzato raggiunto.

Il Mar Mediterraneo contiene una moderata quantità di energia utilizzabile per fornire energia pulita.

Tuttavia, dal momento che i convertitori possono essere installati all’interno delle dighe portuali, essi potranno trovare una estesa applicazione in tutte quelle località in cui è prevista la realizzazione di nuovi porti o l’innovazione di quelli esistenti. In questo modo, attraverso un piccolo costo aggiuntivo, per la realizzazione e installazione della turbina, da aggiungere ai costi di realizzazione dell’opera civile, è possibile ottenere un impianto che produca energia elettrica da mettere in rete.  La ricerca proposta, che prevede l’accoppiamento di sistemi OWC a turbine innovative, potrà essere inoltre impiegata per sviluppare sistemi galleggianti installati in mare aperto dove la risorsa ondosa è consistente. Tali sistemi, realizzabili anche in parchi off-shore costituiti da diverse unità, potranno essere utilizzabili per fornire energia a quelle isole che sono situate a notevoli distanze dalla costa, in cui il collegamento via cavo con la terraferma risulta molto oneroso.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Attualmente le turbine innovative proposte sono state installate e testate per brevi periodi su dispositivi di tipo OWC. Affinché possano essere industrializzate sono necessari ulteriori test che possano permettere di studiarne il comportamento nel lungo periodo, sotto i diversi carichi di pressione provocati dalle onde del mare, in modo da poter valutare anche la manutenzione necessaria a garantire le performance del dispositivo durante tutta la vita utile. Ulteriori sperimentazioni e innovazioni potranno essere considerate per incrementare l’efficienza delle turbine e ciò potrà essere possibile attraverso strategie per la regolazione del flusso attraverso il rotore, come l’utilizzo di valvole o palette di guida che modifichino la direzione del flusso, e algoritmi per il controllo della velocità di rotazione nelle diverse condizioni climatiche. Si potranno poi effettuare test per valutare le efficienze dei dispositivi su sistemi OWC galleggianti e installati in array di OWC come avviene nel caso di OWC integrati nelle tradizionali dighe portuali, in cui diverse camere adiacenti vengono realizzate. L’obiettivo è quello di permettere alle turbine di operare per lunghi periodi alla massima potenza, cioè alla potenza nominale del generatore.