Progettazione del primo prototipo di un nuovo ... - enea-utmea

PROGETTAZIONE DEL PRIMO PROTOTIPO DI UN NUOVO DISPOSITIVO
PER LA CONVERSIONE DELL’ENERGIA ONDOSA IN ENERGIA ELETTRICA
Felice Arena 1,2
1 Università ‘Mediterranea’ di Reggio Calabria, Loc. Feo di Vito – 89122 Reggio Calabria –
E-mail: arena@unirc.it
2 Wavenergy.it s.r.l., Via F. Baracca, trav. De Salvo, 8a, 89123 Reggio Calabria, www.wavenergy.it
Le tecnologie per ricavare energia dal mare sono in
pieno sviluppo, pur non rientrando, nel contesto
generale delle fonti di energia rinnovabili, tra le più
mature per applicazioni industriali.
Dal mare è possibile ricavare energia elettrica a
partire dall’energia delle onde, dalle maree (turbine e
sbarramenti) e dalle correnti marine, dalla
conversione dell’energia termica (OTEC) e dallo
sfruttamento del gradiente salino.
Nel settore della produzione di energia dalle onde di
mare, un’importante attività di ricerca è stata svolta
presso l’Università Mediterranea di Reggio Calabria,
ed il suo laboratorio naturale di ingegneria marittima
NOEL (www.noel.unirc.it). L’attività è stata avviata
a seguito di alcuni brevetti del Prof. Paolo Boccotti,
l’ultimo dei quali riguardava una diga a cassoni
REWEC3 in grado di convertire l’energia ondosa in
energia elettrica (Brevetto Italiano N. 1332519;
European Patent N. EP1518052B1). Il REWEC3
(REsonant Wave Energy Converter, noto anche
come U-OWC – ossia un OWC con un tubo ad U
addizionale) è un dispositivo avanzato per lo
sfruttamento dell’energia ondosa. Rispetto agli OWC
tradizionali, i REWEC hanno migliore efficienza in
termini di assorbimento di energia (Boccotti, 2007,
Ocean Engineering; Boccotti, 2004, edit. BIOS).
L’idrodinamica dei REWEC è stata studiata, presso
l’Università Mediterranea, sia con un approccio
analitico, sia con due esperimenti in scala ridotta
eseguiti nel laboratorio naturale di ingegneria
marittima (v. fig. 1). I risultati, oltre a trovare
collocazione editoriale su alcune riviste
internazionali (Boccotti, 2004, 2007, 2011; Arena et
al., 2007), hanno confermato i principi di
funzionamento degli impianti REWEC. Nel 2005, al
fine di favorire lo sfruttamento industriale del
brevetto, è stata costituita la società denominata
Wavenergy.it, riconosciuta come Spin-Off
dell’Università Mediterranea di Reggio Calabria.
La figura 2 riporta lo schema di un REWEC3: il
cassone modificato è costituito da un condotto
verticale (1) nella parte anteriore interagente con il
moto ondoso incidente attraverso un’imboccatura
superiore (2). Tale condotto è, poi, collegato ad una
camera di assorbimento (3) attraverso una luce di
fondo (4). La camera (3) è posta in contatto con
l’atmosfera mediante un condotto (5), nel quale viene
alloggiata una turbina self-rectifying (6) per la
conversione dell’energia ondosa in energia elettrica.
La camera di assorbimento (3), in assenza della
turbina, è collegata all’atmosfera da un tubo di sfiato,
mediante un condotto che collega detta camera
all’atmosfera, il quale consente la sicurezza ed il
corretto funzionamento dell’impianto anche senza
turbina. All’interno della camera di assorbimento è
contenuta una massa d’acqua (3a) nella parte
inferiore ed aria (3b) nella parte superiore.
Per effetto del campo di moto ondoso interagente
con la struttura, si instaurano sull’imboccatura del
condotto verticale (2) delle fluttuazioni di pressione,
che determinano delle oscillazioni all’interno della
massa d’acqua contenuta nel condotto e nella camera
di assorbimento, corrispondenti alle fasi di cresta e di
cavo d’onda. Conseguentemente, la sacca d’aria
all’interno della predetta camera (3b) viene
alternativamente compressa ed espansa, generando
una corrente d’aria all’interno del condotto (5), che
collega la camera con l’atmosfera, il cui verso si
inverte ogni mezzo periodo d’onda.
Recentemente si stanno sviluppando alcuni progetti
per l’inserimento di cassoni REWEC3 all’interno di
dighe foranee per la protezione di porti e di isole
artificiali. Tale scelta progettuale è favorita dal fatto
che il cassone REWEC3, rispetto ai cassoni
tradizionali, largamente utilizzati per la realizzazione
di porti, assolve le stesse funzioni con il vantaggio di
potere produrre energia elettrica con un limitato
incremento dei costi. Il primo prototipo di un
cassone REWEC3 in Italia, per la produzione di
energia elettrica dalle onde di mare, dovrebbe essere
realizzato entro i prossimi due anni.
In tale ambito, un interessante caso studio
consisterà nella realizzazione di un cassone REWEC
(di tipo 3/3) all’interno del nuovo porto turistico di
Formia (LT), denominato ‘Marina di Cicerone’.
Figura 1. L’esperimento nel laboratorio naturale di
ingegneria marittima NOEL su un modello
in scala 1:10 di una diga con cassoni REWEC3.3:
un’onda alta che investe la diga.

TITOLO BREVE: A. B. Autore e C. D. Autore
1
B
4
2
(b)
(a)
6
5
Figura 2. Schema costruttivo di un cassone
modificato con tecnologia REWEC3 a celle
indipendenti per la conversione di energia ondosa in
energia elettrica.
3
B
L’inserimento di un cassone di tipo REWEC3
all’interno di un nuovo porto turistico costituisce una
novità assoluta, e pone il Marina di Cicerone come
uno dei porti capaci di prestare grande attenzione, in
un panorama internazionale, alle problematiche
ambientali. Esso viene collocato a pieno titolo tra i
Green Ports, con la produzione di energia elettrica
dal moto ondoso.
La figura 3 riporta il layout del Marina di
Cicerone e la sezione verticale del cassone
REWEC3/3, e la sezione della diga di sopraflutto del
porto. Il cassone di tipo REWEC3/3, in grado di
assorbire l’energia del moto ondoso e produrre
energia elettrica, ha larghezza complessiva di 36.5m
e n. 8 celle attive indipendenti, in ciascuna delle
quali andrà installata una turbina.
Infine, la figura 4 riporta un’immagine
tridimensionale del Marina di Cicerone, con una
sezione del cassone attivo REWEC3.
31.37
0.70
30.67
1.40 5.64
24.34
5.39
0.25
1.00
6.00
VIABILITA'
15.54
1.80
Muro paraonde
0.30
+6.70
+6.45
+6.60
0.80
+5.65
+5.50
4.00
+5.10
0.50
Caditoia completa di griglia in ghisa sferoidale
classe D400 per smaltimento acque meteoriche
LATO MARE
0.00
6.70
0.70 4.90
0.10
vedi particolare costruttivo
Marciapiede
+1.60
+0.90
Dalla di c.a.
Giunto (10 cm)
Sovrastruttura di c.a.
+0.70
Dalla di c.a.
+0.90
Dalla di c.a.
~1%
1.50
Marciapiede
Cavidotti per servizi
Bitta da 15 t
Orlatura con pietra locale (30x30x100 cm)
+1.50
+0.70 0.80
0.70
0.00
0.20
LATO PORTO
2.00
-1.00
-1.50
-1.00
Cella antiriflettente
Riempimento con
materiale arido
Riempimento con
materiale arido
Riempimento con
materiale arido
Riempimento con
materiale arido
Tappo di cls
0.60
0.60
4.20
0.55
4.515
0.25
4.51
0.60
4.51
0.25
4.515
0.25
4.51
0.60
15.235
15.235
-4.50
CASSONE TIPO "B3"
10.40
CASSONE TIPO "B2"
10.70
2.00
Riempimento con
materiale arido
1.50
5.00 1.36
1.05 6.00
2.41
4.20
2.50
1.00
3
4
2.20
-10.40
Massi naturali 2-5 t
-11.50
-10.70
0.80
-10.70
-11.50
-10.70
-11.50
0.80
-10.70
-11.50
4
Fondale attuale
-13.00
-12.20
2.00
Massi naturali 50 - 500 kg
Solettone del cassone
Pietrame 5 - 50 kg per regolarizzazione piano di posa
Solettone del cassone
Massi naturali 50 - 500 kg
3
-12.50
Figura 3. Sezione della diga di sopraflutto del nuovo porto turistico di Formia, in corrispondenza del cassone
REWEC3 (Arena, 2011, Atti convegni Accademia Nazionale dei Lincei).
Figura 4. Rappresentazione tridimensionale della sezione del cassone REWEC3 all’interno della diga di
sopraflutto del Marina di Cicerone (www.wavenergy.it)