I mari contengono una formidabile quantità di energia che si palesa in diverse forme: onde, correnti di marea, correnti dovute a differenze di salinità o di temperatura. Tutte queste forme possono essere sfruttate dall’uomo al fine di produrre energia utile.
La possibilità di ricavare energia dal moto ondoso sta attirando l’attenzione della ricerca negli ultimi anni. La radiazione luminosa prodotta dal Sole riscalda le masse d’aria della Terra in modo differente, generando i venti che, soffiando sul mare, trasferiscono la loro energia all’acqua e generano le onde marine.
Le proprietà fisiche delle onde ne fanno una sorgente di energia potenzialmente in grado di competere con l’energia eolica e solare, anche perché le condizioni locali del mare tendono a variare molto lentamente nell’arco degli anni e quindi la potenza media delle onde può essere messa, con buona approssimazione, in relazione all’area geografica. Caratteristiche comuni per le onde possono essere inoltre associate anche ad aree molto estese.
Nel nostro Paese il funzionamento continuo della Rete ondametrica nazionale per più di 10 anni, e numerosi dati provenienti da altre fonti localizzate lungo le coste che hanno fornito misure per durate minori, hanno consentito la redazione di un Atlante delle onde dei mari italiani continuamente aggiornato nel tempo da cui si possono trarre le indicazioni necessarie alla progettazione e alla stima della produzione elettrica.
Gli obiettivi principali di questo lavoro sono stati quelli di fornire uno strumento di sintesi di facile ed immediato uso per gli operatori di settore, fondato su una base di dati caratterizzata da requisiti di continuità, omogeneità ed affidabilità, di consolidare criteri di raccolta, analisi e presentazione dei risultati secondo metodologie moderne e standard collaudati in ambito internazionale, e di promuovere il miglioramento della qualità dei progetti di ingegneria marittima, la sicurezza e l’economia delle opere.
Sebbene le tecniche di conversione dell’energia dalle onde del mare non siano ancora molto evolute, il rapporto tra l’energia prodotta in un anno e la capacità dell’impianto installato è tipicamente il doppio di quello, ad esempio, di un impianto di energia eolica e quindi l’argomento riscuote un certo interesse.
Il nuovo Piano Strategico Nazionale della Portualità e della Logistica (PSNPL) con l’Obiettivo strategico 7: “sostenibilità”, Azione 7: “Misure per l’efficientamento energetico e la sostenibilità ambientale dei porti”, ha reso tassativo per tutti i Porti Italiani (in armonia con le direttive UE) la ricerca di soluzioni che conducano a una semi indipendenza in termini energetici.
La ricerca continua ad essere portata avanti alacremente e sono state progettate diverse tipologie di impianto che, nel nostro Paese, hanno un denominatore comune: l’installazione è prevista lungo i moli sopraflutto dei porti e sfruttano come supporto strutturale il cassone cellulare in calcestruzzo armato di opere a parete verticale.
Il docente universitario Paolo Sammarco dell’Università di Roma “Tor Vergata”, con il supporto del professor Giorgio Bellotti dell’Università di Roma Tre, ha ideato e sviluppato un dispositivo, posto lungo il paramento verticale lato mare, costituito da una schiera di paratoie verticali a spinta di galleggiamento, incernierate alla base su un apposito supporto in carpenteria metallica (Brevetto n. 1424999 del 10/10/2016 dell’Università di Roma “Tor Vergata” – licenziataria Sales S.p.A.).
Il moto di una paratoia influisce sul moto delle altre in virtù dell’accoppiamento idrodinamico (inerzia aggiunta e radiation damping) con la massa d’acqua circostante, fenomeno scoperto 35 anni fa presso la Estramed SpA durante lo sviluppo su modelli fisici della progettazione del MOSE cui ha a lungo partecipato chi scrive, e studiato poi diffusamente dal Prof. Sammarco nei maggiori istituti di ricerca internazionali.
La base del telaio è posta ad una profondità intermedia fra la superficie libera del mare e il piede di fondazione del cassone. Sull’asse di rotazione della cerniera è calettato direttamente un accoppiamento elettromagnetico. Le paratoie oscillano con la frequenza del moto ondoso incidente e con sub/super armoniche di essa, e l’energia di rotazione è trasformata in energia elettrica direttamente presso l’asse di rotazione delle paratoie. La parte di energia ondosa trasformata in energia elettrica, assieme alle dissipazioni, rappresenta l’assorbimento del moto ondoso incidente.
La cerniera ospita direttamente l’apparato di conversione dell’energia, costituito da un generatore a magneti permanenti e un moltiplicatore di giri, e ha la funzione di trasmettere i carichi della paratoia sul cassone, garantendo la massima oscillazione delle paratoie.
In tal modo l’insieme dell’intera schiera di paratoie e del cassone costituisce un sistema dinamico di gradi di libertà pari al numero di paratoie. Il sistema è stato denominato SYNCRES (SYNchronous REsonant Subharmonic).
Le teorie principali di funzionamento del sistema hanno confermato l’applicabilità a installazioni prototipali di grande scala. Un modello in scala reale della singola paratoia è già stato installato presso il Porto di Piombino (collaborazione AdSP del Mar Tirreno Settentrionale – Università di Roma “Tor Vergata” – Sales S.p.A.) e sul medesimo sono stati testati tutti i componenti elettromeccanici e strutturali in condizioni di moto ondoso reale.
I positivi esiti di tale sperimentazione consentono di dare il via il prossimo anno, con l’inserimento nel Piano operativo triennale (POT) dell’Autorità di sistema portuale del Mar Tirreno settentrionale, all’applicazione su prototipo installato sul cassone di testata della diga foranea del Porto di Piombino recentemente completata (prolungamento del molo Nord), con la realizzazione di una schiera di almeno 12 paratoie e dei relativi impianti di immissione dell’energia in rete.
La schiera sarà progettata in modo tale che:
• le frequenze proprie ricadano all’interno dello spettro di moto ondoso del sito -> grandi oscillazioni della paratoia in mari poco energetici;
• la struttura delle paratoie sia “povera e leggera”, utilizzando materiali diversi (ad esempio acciaio ed estrusi di gomma tipo parabordi portuali);
• siano minimizzate le reazioni vincolari per la modesta grandezza delle paratoie (ordine grandezza circa 10-50 ton);
L’efficienza di trasformazione dell’energia del moto ondoso in elettricità viene valutata tramite il fattore Capture Width Ratio, definito come il rapporto tra la potenza elettrica che si stima di produrre con ogni specifico convertitore di energia d’onda (WEC) e la potenza prevista del moto ondoso incidente caratteristica del sito considerato, fattore che in questo caso può essere anche maggiore dell’unità.
La potenza generata dal SYNCRES cresce sensibilmente con l’altezza d’onda significativa Hs e l’apparato sarà ‘ottimizzato’ per le frequenze vicine a quelle degli spettri ondosi caratteristici del porto di Piombino (circa 1,3Hz): per il clima poco energetico di Piombino con 20 paratoie è da attendersi una produzione fino a 350 MWh/anno, e le paratoie possono arrivare a un numero di molte decine.
Insomma, questo è un esempio di come la ricerca applicata, a partire da un oggetto destinato a tutt’altro impiego (il MOSE) e da un fenomeno inaspettato quanto complesso come la risonanza sub-armonica dei modi propri della schiera, abbia fornito l’idea per amplificare il rendimento energetico della trasformazione dell’energia ondosa in energia elettrica, rendendone potenzialmente conveniente la produzione al di là degli indubbi vantaggi ambientali.
Il carattere modulare del sistema consente di intervenire anche su strutture esistenti con investimenti compatibili con i costi dell’energia rinnovabile che si produrrebbe.
