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CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
I CONVERTITORI DI ENERGIA ONDOSA: STATO ATTUALE IN EUROPA E PROSPETTIVE ITALIANE
Luca Martinelli ([email protected])
Dip. IMAGE - Università di Padova
AIOMAIOMAIOMAIOMStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria OffStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria OffStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria OffStudi di Aggiornamento sull'Ingegneria Off‐‐‐‐Shore e MarinaShore e MarinaShore e MarinaShore e Marina
30 Giugno 30 Giugno 30 Giugno 30 Giugno –––– 1 Luglio 20111 Luglio 20111 Luglio 20111 Luglio 2011
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Contenuti
• Obiettivi• Principi di funzionamento dei C E O• Classificazione (principio, grado di sviluppo)
• Alcuni concetti europei• I dispositivi Italiani
• Disponibilità della risorsa• Le prospettive di sviluppo in Italia
OUTLINE
OBIETTIVI
PRINCIPI
ESEMPI
RISORSA
PROSPETTIVE
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Obiettivi
• Stimolare la curiosità verso le tecnologie cha hanno possibilità concreta di estrarre energia dalle onde
• Delineare le potenzialità della risorsa ondosa (1000 M€/anno in Italia)
• Evidenziare le prospettive per l’Italia, compresa l’opportunità di fare ricerca e sviluppo in questo ambito
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Energia ondosa
Energia cinetica Energia potenziale
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
15% 50% 45%
70% 90%
1974 Edimburgo, Salter’s duck
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Salter’s duck
Obiettivo aperto 1 sec
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Classificazione dei WECs
Attenuators
Point absorbersTerminators
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Tracimazione
Movimenti:fra la struttura e il fondo, o movimenti relativi
Camera d’aria oscillante
Shoreline Nearshore Offshore
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Flussi di marea
Correnti Marine
Gradienti di salinità
Gradienti termici
Moto ondoso
(W.E.C.)
Energia dal mare
Wave ActivatedBodies (WAB)
“Pelamis®”VIDEO
Oscillating Water Columndevices (OWC)
“Pico®”
Costruito nell’Isola di Pico, Azzorre (PT), tra il 1995 e il 1999. 400 kW
WaveOVerTopping
devices (OVT)
“Slot Cone Generator®”
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)
Classificazione in base allo stato di avanzamento• Fase 1 : verifica dell’idea (proof of concept)
• prove in laboratorio con onda regolare finalizzata a verificare se il dispositivo funziona. Nessuna misura di laboratorio.modello in piccola scala con simulatore di PTO
• report fotografico/video• Costo: costruzione del modello (500-3’000 €)
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)
Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo:
(proof of scalability) • mira ad ottenere una grezza stima dell’energia
annua convertibile. Onde irregolari.Modello usato in Fase 1 o migliorato. Misura dell’onda generata e della potenza producibile
• Report di circa 20 pagine.• Costo orientativo: 10’000-20’000 €
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)
Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità (feasibility study)
• Stima dei costi/Ricavi• Impatto ambientale• Piano industriale preliminare (scelta delle
sperimentazioni, costi e tempi, risorse)• Scelta dei possibili siti di installazione
• Elaborato di circa 30 pagine.• Costo orientativo: 5’000-10’000 €
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)
Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità• Fase 4 : Studi specifici (concept refinement)
• N modelli fisici e numerici per dimensionare e ottimizzare il PTO, gli ancoraggi, gli spessori delle membrature, ecc. Si stimano le sollecitazioni, i movimenti, si sceglie il generatore, la strategia di gestione, ..
• N Reports di circa 100 pagine.• Costo orientativo: N * 20’000-50’000 €
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)
Classificazione in base allo stato di avanzamento• Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità• Fase 4 : Studi specifici• Fase 5 : Studio in sito su modello in scala 1:4-1:10
(quarter scale modelling)• finalizzato ad esaminare le tecnologie scelte
(meccanismi, cavi, valvole, apparato elettrico, strategie di gestione del PTO, ecc)Generazione di energia senza connessione alla rete
• Costo orientativo di progetto, realizzazione, sperimentazione: 0,5-5 Milioni di €
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca MartinelliFoto: Fezzano (SP)
Classificazione in base allo stato di avanzamento • Fase 1 : verifica dell’idea• Fase 2 : stima dell’efficienza del dispositivo: • Fase 3 : Studio di fattibilità• Fase 4 : Studi specifici• Fase 5 : Studio in sito su modello in scala 1:4-1:10• Fase 6 : Dimostrazione (demostration)
• Studio in sito in scala 1:1 o 1:2 finalizzato a dimostrare le reali attese economiche.Connessione alla rete con possibilità di avere forti incentivi se la produzione è maggiore delle attese.
• Costo orientativo di progetto, realizzazione, monitoraggio: 5-20 Milioni di €
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Laboratori per la fase di Dimostrazione
Wave Hub, Cornovaglia (capacità rete 250 MW)
EMEC, Orkeney (Scozia)
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Convertitori di energia ondosa basati sul principio dell´overtopping
OTD
Convertitori di Energia Ondosa (CEO) in fase di dimostrazione
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Wave Dragon (OTD)
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Wave Dragon
Turbine outlet
Reservoir
Waves overtopping the doubly curved ramp
Riflettori
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WAVEPLANE
La turbina sfrutta ilmomento di quantita’ di moto oltre allapressione idrostatica
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Convertitori di energia ondosa che sfruttano il movimento relativo fra punti diversi
WAB
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Ocean Power Technology (Powerbuoy)
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
2007Oregon, USAScala 1:2
AcquaBuoy
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Wavebob 2006 (scala 1:2), Irlanda
Wavebob
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Scale 1:40 testing at AAU
The Wave Energy Converter Wave Star
Scale 1:10 testing in Nissum Bredning
A multi point absorber system
www.wavestarenergy.com
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Test in scala 1:4 al porto di Hanstholm
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Sono stati venduti ad un consorzio portoghese 3 macchine Pelamis da 750kW ciascuna, installate nel 2006 ad Agucadora (PT). Nuovo P2 attualmente all’EMEC. Costo 3.5 €/W (stimato 0.265 €/kWh), manutenzione 8%
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DEXA
Sistema di PTO e scatola del generatore Strumentazione di misura
indiretta delle forze agenti
Pesi aggiuntivi
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WaveRoller (finlandese)
Installazione a Peniche (PT)
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Convertitori di energia ondosa basati sul principio della colonna
d’aria oscillante (OWC)
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
LIMPET
Isola di Islay, Scozia, 2000.500 kW OUTLINE
PRINCIPI
ESEMPI
RISORSA
ITER
PROSPETTIVE
CONCLUSIONI
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OE Buoy
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Cavi elettrici analizzati(umbilicals)
Umbilical U1 Umbilical U2
Externar silicone rubber
core with with 90 wires
core with 110 wires
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Configurazioni
UMBILICAL:
200+80+120cmCATENARY:
400 cm
Lazy wave
Floating section
80 cm long hog bend
sag bend
TDP
hangoff point
WEC
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Lazy wave (P2)
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Flexcom
VIDEO FLEXCOM UMBILICAL LAZY
VIDEO FLEXCOM UMBILICAL LAZY
• Tensione eccessiva all’attacco al dispositivo
• Compressione eccessiva al fondo
• Eccessiva piegatura
• Fatica
• Possibilità di contatto con OE-Buoy e catene di ancoraggio
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Leancon
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Prove in vasca
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DISPOSITIVI ITALIANI brevettati
• REWEC3 (dimostrazione)• 40SouthEnergy (dimostrazione)• ISWEC (ottimizzazione)• SeaBreath (studio fattibilità)• WEM (1 proof of concept at full scale)
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Boccotti et al. Ocean Engineering 34 822 (2007) 820–841
Costo: 7% costo digaCAPTURE WIDTH 60-110%
lunghezza digaProssima installazione:
Marina di CiceroneAltre concrete ipotesi realizzazione
REWEC3
www.wavenergy.it
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ISWEC (Inertial Sea WEC)Giovanni Bracco, Ermanno Giorcelli, Giuliana Mattiazzo
PhD
• Non presenta parti mobili immerse in acqua• Ampio campo di funzionamento (pendenza, frequenza, velocità volano)
Possibilità installazione di un dispositivo a 64 kW in un sito fra:La SpeziaAlghero Pantelleria
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SeaBreathDr. Luigi Rubino (Gruppo Merighi), www.seabreath.it
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Funzionamento
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Funzionamento
Inventore: Luigi Rubino Patent n. PCT/IB2009/051646
Priority: PR2008A000027
Direzione dell’onda
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Sea Breath
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WEM/WOMWave Energy Module – Wave Osmosis Module
Ing. Eugenio Bozzi
www.wempower.itPrototipo full scale (7 kW)Peso 1.4 t + 6 gallegg da 1 t
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DISPONIBILITÀ DI ENERGIA
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Wave Atlas
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Distribuzione della potenza ondosa media (integrata su tutte le direzioni)
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Suddivisione della costa in tratti
270 km,2 GW medi17 TWh/y
“campo prova"
40% calma
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Italia
Consumo: 330 TWh/y330 109 kWh/y x 0.15 €/kWh � 50 Miliardi di €/anno
270 km di barriere costa occidentale Sardegnaa 9 kW/m medi = 2’400’000 KW medi
2.4 GW x n°ore anno = 21 TWh/anno (6%)
assumendo efficienza 30% � 2% consumo annuo
6.3 109 kWh/y x 0.15 €/kWh � 1 Miliardo di €/anno
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
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Europa
Sviluppo fronte oceanico sfruttabile ca. 10’000 kmPotenza media > 50kW/m=50MW/km
�500 GW in media nell’anno500GW*n°ore anno= 4000 TWh/y ( η=0.3� 180 T€/y)
Consumo mondiale annuo(International Energy Agency, 2007):
16695 TWh/annoca. 25% consumo mondiale
entro il 2015 è prevista* l’installazione 150 MW picco!
*The World Wave and Tidal Market Report 2011-2015
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Legge di scala
Energia prodotta in 1 anno � [H2 cg b] x 1 anno= L3.5
Europa: 50kW/m Italia 1~10 kW/m(50/1~10)1/3.5 � scala lunghezze 1:3~1:1.5
Costo � L3
Beneficio/Costo � L0.5
All’aumentare delle dimensioni del dispositivo, l’investimento è più vantaggioso
Rispetto alla costa occidentale della Sardegna, il rapporto Benefici/costi è di 1.50.5 = 1.22
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
Ad oggi la tecnologia dei Convertitori di Energia Ondosanon è matura e vi sono continuamente nuovi dispositivi. Ipochi già sviluppati hanno potenze di ca 1 MW.
I dispositivi italiani sono molto promettenti.
Per convertire molta energia, dell’ordine del 2% di quellanecessaria, è necessario posizionare centinaia di chilometridi dispositivi (al largo, dove l’impatto è inferiore).
Per la fase della sperimentazione in situ in scala ridotta,l’Italia ha condizioni ideali: vi sono diverse zone idonee, conmolti lunghi di calma, in periodi ben prevedibili.
La fase di dimostrazione potrebbe essere svolta al largodella costa occidentale della Sardegna (10 kW/m). Mancanoperò le infrastrutture per immettere importanti quantità dienergia in rete senza creare squilibri nella distribuzione.
Conclusioni
CEO: stato attuale in Europa e prospettive Italiane – Luca Martinelli
grazie dell’[email protected]
Wave Dragon in scala 1:4,5 - Nissum Bredning (DK)