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Workshop Safe Fonti Rinnovabili

Auditorium GSERoma, 23 luglio 2012

I TESORI DI NETTUNORicognizione su una famiglia di

fonti rinnovabili poco nota

Adriano PigliaDirettore Centro Studi Safe


Di cosa parliamo?

� Maree

� Correnti di marea, deriva e geostrofiche

� Moto ondoso

� Gradienti termici

� Gradienti salini

� Coltivazione di alghe in acque salmastre o saline


I soliti problemi delle FER… …con qualche novità

ALCUNE PECULIARITA’ INTERESSANTI

- prevedibilità (maree e correnti di marea)

- discontinuità superabile (onde, gradienti termici)

- flessibilità di end use (alghe)

I PREGI IN COMUNE

- gratuità- zero (o quasi) emissioni- disponibilità geografica

(diversa per forma ed intensità)

I PROBLEMI IN COMUNE (a volte accentuati)

- bassa intensità energetica- discontinuità/variabilità- impatto ambientale

+

-


Quale contributo al bilancio energetico mondiale?

Stime di producibilità teorica vs consumi elettrici mondiali al 2035

A questa energia va aggiunta quella di biocarburanti, biogas, biomasse da specie algali

Fonte: IEA, WEC

450 ppm

NPS

CPS

TWh


MareeMaree


Potenza delle maree…


Sbarramenti di marea� Tecnologia più che consolidata

� Richiede sensibili differenze fra min/max

� Impatti ambientali rilevanti (paesaggio, fauna, flora)

� Necessaria sinergia con altri progetti di pubblica utilità

� Due soli grandi complessi in operazione (Rance e Sihwa), di altri (Severn, Fundy) si continua soltanto a parlare

� Più agevoli piccoli sbarramenti don limitata potenza generativa (Cina, Russia)

Sihwa Tidal Power Plant2011

• Costituito da un bacino artificiale di 30 km2 realizzato con una digadi 12,6 km

• 10 generatori da 26 MW monodirezionali• Potenza erogabile: 254 MW• A pieno regime potrà fornire energia elettrica per alimentare una

città di 500.000 abitanti.

Usine marémotrice de la Rance 1966

• Costituito da una diga in pietrame e 6 chiuse di entrata e uscita• 24 turbine da 10 MW bi-derezionali• Portata: 18.000 m3 di acqua al secondo• Potenza erogabile: 240 MW• Copre il 3 % del fabbisogno elettrico annuo della Bretagna

francese


In fase avanzata di test la tecnologia per le correnti

� Tecnologia simile all’eolico, ma attrezzature di dimensioni ridotte a parità di potenza

� Turbine auto-orientabili alle correnti ed ad asse:

- orizzontale per flussi relativamente costanti

- verticale per correnti variabili (direzione, inversione)

� Problemi aperti (test Cina, Norvegia, Australia):

- manutenzione turbine

- collegamento alla rete

- impatti ambientali

� Restano sogni le grandi correnti (Golfo: 5km/h, profondità 600 m)


OndeOnde


Vicini alla meta con le onde

Sistemi a colonna d’acqua oscillante (OWC)

Appoggio a strutture foranee (LIMPET)

La turbina Wells ruota sempre nella stessa direzione indipendentemente dalla direzione del flusso d’aria

L’onda in entrata forza l’aria verso l’esterno del sistema OWC

L’onda in uscita aspira l’aria all’interno del sistema OWC


Altre tecnologie di cattura del moto ondoso

A canale convergente (Tapchannel) sia a terra che off shore


Vicino all’applicazione pratica

PELAMIS, sistema galleggiante in tronconi che muovono di moto relativo perpendicolarmente al moto ondoso


Molto interessanti i sistemi totalmente sommersi

Archimedes Wave Swing

Archimedes Wave Roller


Onde: gran potenziale ma molti problemi

� Numerose tecnologie, nessuna per ora prevalente

� Dispersione di sforzi tra aziende di modeste dimensioni

� Costi molto diversi, ma alcuni non lontani dai primi eolici off shore

� Sovradimensionamento delle attrezzature a mare per resistere ai fortunali

� Pesante impatto visivo ed acustico per gli impianti a terra

� Conflitto con attività commerciali e ludiche per impianti galleggianti

� Vibrazioni dannose e possibili inquinamenti marini per impianti sommersi

� Collegamenti con rete distributiva costosi oltre certe distanze da terra


GradientiGradienti


Il concetto di gradiente

GRADIENTE TERMICO

Membrana

Processo di osmosi

Pressione ottenuta

Acqua dolce

Acqua salata

0 5 10 15 20 30

acque riscaldate

termoclino

acque fredde

Diagramma temperatura-profondità

- 200

-1.000

-2.000

- 3.000

- 4.000

temperatura

pro

fon

dit

à

GRADIENTE SALINO


Solo qualche applicazione minore per il gradiente termico

� Impianti sperimentali funzionanti alle Hawaii

� Possibili applicazioni in isole senza alternative (Guam, Diego Garcia)

� Economicità molto incerta per usi su larga scala

Acqua di mare fredda

Acqua di mare calda

Generatore

Acqua fredda in uscita

Condensatore

Vapore acqueo

Pompa sotto vuoto

Scaricomisto

Evaporatore


Gradienti salini ……ancora nella mente degli scienziati

� Si lavora sull’osmosi e su diversi tipi di membrane sfruttando le conoscenze che abbiamo dei processi di dissalazione dell’acqua di mare

� Qualche esperimento in atto in Norvegia

� Servono idee innovative e ricerca continua


AlgheAlghe


Alghe: le biomasse marine (e non solo)

� Organismi uni/pluricellulari capaci di trasformare sostanze inorganiche in sostanze organiche

� Efficienza di conversione della luce venti volte le specie terrestri

� Cicli riproduttivi rapidi

� Nutrienti per la crescita :CO2 e rifiuti (P, N)

� Nessuna particolare caratteristica per l’area coltivata

� La composizione della biomassa ottenuta varia per contenuto di proteine, grassi e carboidrati

� Usate dai tempi antichi per medicinali, alimentazione, dietetica, additivi ed usi peculiari

+ CO2 + + = + O2H2O


Tecniche di coltivazione collaudate

Coltivazione tradizionale

Coltivazione in fotobioreattori


Come usare il potenziale energetico delle alghe

� Priorità data oggi ai biocarburanti

� Producibilità potenziale di lipidi dalle attuali 20/30 a 80 t/ha (vs 2/3 delle specie terrestri)

� Tuttavia biogas e biomasse termiche hanno la stessa nobiltà energetica e sono meno problematiche

� La scelta delle specie da coltivare andrebbe quindi fatta con visione meno auto-centrica e più sostenibile

� Auspicabile una sinergia fra necessità locali ed esigenze generali per evitare storture già sperimentate con specie terrestri

� Proteggere le coltivazioni di nicchia ed espanderle per fornire risorse allo sviluppo

� Grande opportunità per aree costiere desertiche in paesi a scarso sviluppo

� Molta la ricerca in corso, per ora con risultati non del tutto soddisfacenti


Green desert project


Conclusioni

� Un enorme potenziale, difficile da catturare

� Le tecnologie di sfruttamento sono a diverso stadio di sviluppo: da pronte per l’uso a stadio puramente concettuale

� L’area mediterranea non è favorita: maree scarse, moto ondoso non rilevante, correnti limitate per numero e velocità

� Tuttavia il mediterraneo può essere utile banco di prova per i limitati costi di sperimentazione

� Interessante il potenziale algale delle coste sud della Sicilia e delle coste nordafricane

� Costi per ora proibitivi ed applicazioni di dimensioni ragguardevoli lontane almeno un decennio


Workshop Safe Fonti Rinnovabili

Auditorium GSERoma, 23 luglio 2012

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