Le correnti oceaniche potrebbero trasformarsi in una fonte preziosa di energia rinnovabile grazie a studi recenti condotti dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) e dall’Università della Florida Atlantica. La ricerca, guidata da Walter Musial e Howard Hanson, esamina nuove tecnologie per sfruttare l’energia cinetica delle correnti marine, come documentato nel rapporto pubblicato nell’ottobre 2018 dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. Lo studio si concentra sulla Corrente della Florida, un flusso oceanico con potenziale energetico considerevole per le comunità costiere americane.
Indice
Lo studio in breve per una facile comprensione
Le correnti oceaniche potrebbero diventare una preziosa fonte di energia rinnovabile grazie alla collaborazione tra il National Renewable Energy Laboratory (NREL) e l’Università della Florida Atlantica (FAU-SNMREC). Questo progetto, finanziato con $285.000 dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, studia come sfruttare l’energia della Corrente della Florida per produrre elettricità.
Le tecnologie idroenergetiche marine (MHK) utilizzano turbine sottomarine simili a quelle eoliche, ma adattate all’ambiente acquatico. Queste turbine catturano l’energia cinetica dell’acqua in movimento, trasformandola in elettricità. Il grande vantaggio è che l’acqua ha una densità energetica circa 800 volte superiore all’aria, permettendo di generare più energia in uno spazio minore.
I ricercatori hanno fatto progressi importanti in quattro aree: hanno adattato programmi di progettazione eolica per le turbine marine, hanno sviluppato strumenti di misurazione oceanica, hanno studiato le caratteristiche della Corrente della Florida e hanno creato protocolli standardizzati per i test.
Le prospettive sono promettenti: le correnti oceaniche scorrono 24 ore su 24, offrendo energia costante e prevedibile. Questa tecnologia potrebbe fornire elettricità a milioni di case nelle comunità costiere della Florida, creare migliaia di posti di lavoro e contribuire agli obiettivi climatici nazionali producendo energia senza emissioni inquinanti.
Le sfide includono la resistenza alla corrosione marina, lo sviluppo di sistemi di ancoraggio efficaci e la riduzione dei costi di installazione e manutenzione.
Tabella riassuntiva: Energia dalle correnti oceaniche
| Caratteristica | Dettagli |
|---|---|
| Enti coinvolti | NREL (National Renewable Energy Laboratory) e FAU-SNMREC (Università della Florida Atlantica) |
| Finanziamento | $285.000 dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti |
| Tecnologia studiata | Turbine idroenergetiche marine (MHK) per sfruttare l’energia della Corrente della Florida |
| Vantaggio principale | Densità energetica dell’acqua 800 volte superiore all’aria; correnti costanti 24 ore su 24 |
| Aree di progresso | Modelli computerizzati, strumentazione oceanica, studio delle correnti, protocolli di test |
| Sfide tecniche | Resistenza alla corrosione, sistemi di ancoraggio, costi di installazione e manutenzione |
| Potenziale energetico | Fino a 45 TWh di elettricità all’anno negli Stati Uniti, sufficiente per milioni di abitazioni |
Cosa sono le tecnologie idroenergetiche marine
Le tecnologie idroenergetiche marine (MHK – Marine and Hydrokinetic) trasformano l’energia del movimento dell’acqua in elettricità. Le tecnologie MHK catturano l’energia cinetica dalle correnti oceaniche attraverso turbine idrodinamiche simili a quelle eoliche ma adattate all’ambiente acquatico.
Le turbine per correnti marine funzionano come pale subacquee che ruotano quando la corrente le attraversa. A differenza dell’energia eolica, le correnti oceaniche offrono un flusso energetico più prevedibile e costante, permettendo una generazione di energia più stabile.
Il vantaggio principale delle tecnologie MHK risiede nella densità energetica dell’acqua, circa 800 volte superiore a quella dell’aria. Ciò significa che le turbine idrodinamiche possono generare molta più energia occupando uno spazio minore rispetto alle controparti eoliche.
Le sfide tecniche includono la resistenza alla corrosione salina, l’affidabilità in ambienti marini difficili e lo sviluppo di sistemi di ancoraggio efficaci per mantenere le turbine in posizione contro correnti potenti.
Definizione energia cinetica
L'energia cinetica è l'energia che ogni oggetto ha quando si muove. Più un oggetto è pesante e più va veloce, maggiore sarà la sua energia cinetica. Nelle correnti oceaniche, l'acqua in movimento possiede questa energia che può essere catturata dalle turbine per produrre elettricità, proprio come il vento fa girare le pale eoliche.
Il progetto di collaborazione NREL-FAU
L’accordo di cooperazione tra il NREL e il Southeast National Marine Renewable Energy Center (SNMREC) dell’Università della Florida Atlantica ha creato una sinergia tra competenze complementari. Il NREL ha apportato esperienza nello sviluppo di infrastrutture di test e strumenti di modellazione, mentre il SNMREC ha contribuito con conoscenze di ingegneria oceanica, strumentazione marina e accesso diretto all’oceano.
Con un investimento di $285,000 dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, la collaborazione si è focalizzata su quattro obiettivi principali:
- Sviluppo di modelli computerizzati per turbine idroenergetiche
- Progettazione di strumentazione specializzata
- Caratterizzazione delle condizioni della Corrente della Florida
- Creazione di protocolli standardizzati per i test di dispositivi MHK
Il progetto ha gettato le basi per un centro di test tecnologico dedicato alla produzione di energia da correnti oceaniche aperte e risorse termiche marine, potenzialmente rivoluzionando il panorama energetico delle regioni costiere.
I risultati principali della ricerca
La collaborazione ha prodotto avanzamenti significativi in diversi campi. I ricercatori del NREL hanno adattato codici di progettazione e analisi per rotori eolici (HARP_Opt e TurbSim) per modellare rotori idrodinamici. Gli strumenti utilizzano algoritmi genetici multi-obiettivo e teoria del momento dell’elemento di pala per progettare rotori di turbine idroenergetiche orizzontali.
Il NREL ha anche sviluppato e rilasciato pubblicamente il Sistema Modulare di Strumentazione Oceanica, configurabile per obiettivi di test specifici durante il dispiegamento di dispositivi energetici marini. I team hanno collaborato alla progettazione concettuale di sistemi di monitoraggio prognostico della salute per dispositivi marini.
Nella caratterizzazione della Corrente della Florida, i ricercatori hanno lavorato per comprendere le condizioni medie e turbolente del flusso. Sebbene i dati raccolti non avessero risoluzione sufficiente per quantificare la turbolenza alle scale rilevanti per le turbine, il NREL ha assistito FAU nell’uso di TurbSim per generare serie temporali di afflusso di turbolenza come input per gli strumenti di progettazione.
Per quanto riguarda i protocolli di test, il NREL ha condiviso decenni di esperienza nel campo dell’energia eolica, fornendo:
- Protocolli di test per energia da onde e un piano generico di test
- Informazioni sulle operazioni del National Wind Technology Center
- Guida per stabilire e mantenere l’accreditamento dei test
- Esempi di documenti per valutazione del rischio, analisi dei pericoli sul lavoro e procedure operative sicure
In parole semplici:
I ricercatori hanno fatto progressi importanti. Hanno adattato programmi per progettare pale eoliche per usarli con turbine sottomarine. Hanno anche creato strumenti che chiunque può usare per misurare le condizioni dell'oceano. Hanno studiato come si muove la Corrente della Florida per capire dove mettere le turbine. Anche se non avevano dati perfetti, hanno usato programmi al computer per simulare le correnti.
Il NREL ha condiviso la sua esperienza con l'energia eolica, mostrando come testare dispositivi marini, come gestire centri di ricerca, come ottenere certificazioni e come lavorare in sicurezza. Insomma, hanno preso conoscenze dall'energia eolica e le hanno applicate all'energia dalle correnti oceaniche.
Prospettive future per l’energia dalle correnti oceaniche
Le prospettive per l’energia dalle correnti oceaniche appaiono promettenti. La Corrente della Florida, con una posizione vicino a centri urbani costieri e un flusso costante, offre un’opportunità unica per lo sviluppo di centrali idroenergetiche marine.
Il potenziale energetico della Corrente della Florida potrebbe fornire elettricità a milioni di case nelle comunità costiere della Florida. A differenza di altre fonti rinnovabili, le correnti oceaniche scorrono 24 ore al giorno, garantendo una produzione energetica continua.
Le sfide future includono il perfezionamento della tecnologia delle turbine per resistere all’ambiente marino aggressivo, lo sviluppo di cavi di trasmissione sottomarini efficienti e la riduzione dei costi di installazione e manutenzione.
I prossimi passi prevedono test su larga scala di dispositivi di conversione dell’energia, lo sviluppo di nuovi materiali resistenti alla corrosione e l’ottimizzazione dei sistemi di controllo per massimizzare la produzione energetica in condizioni di corrente variabili.
L’impatto potenziale sull’energia rinnovabile negli Stati Uniti
L’energia dalle correnti oceaniche potrebbe diventare un componente chiave nel puzzle energetico americano. Dal punto di vista ambientale, questa tecnologia produce elettricità senza emissioni di gas serra o inquinanti atmosferici, contribuendo agli obiettivi climatici nazionali.
Sul piano economico, lo sviluppo di questa industria creerebbe migliaia di posti di lavoro qualificati nelle comunità costiere, dalla produzione di componenti alla manutenzione dei sistemi installati. Il Dipartimento dell’Energia stima che l’energia marina potrebbe generare fino a 45 TWh di elettricità all’anno negli Stati Uniti, sufficiente per alimentare milioni di abitazioni.
L’integrazione dell’energia dalle correnti oceaniche nella rete elettrica nazionale aumenterebbe la resilienza del sistema energetico americano, diversificando le fonti di approvvigionamento e riducendo la dipendenza dai combustibili fossili.
Lo sviluppo di questa tecnologia sta già creando nuove professionalità, come ingegneri specializzati in sistemi marini, tecnici di manutenzione subacquea e specialisti in gestione della rete per integrare l’energia marina.
Conclusione: verso un futuro energetico sostenibile
La collaborazione tra NREL e FAU-SNMREC dimostra l’importanza della ricerca coordinata nello sviluppo di tecnologie energetiche innovative. Gli avanzamenti nella modellazione computerizzata, nella strumentazione e nei protocolli di test hanno posto le basi per lo sfruttamento commerciale dell’energia dalle correnti oceaniche.
Mentre la tecnologia matura, l’energia dalle correnti oceaniche potrebbe diventare un pilastro della transizione energetica americana, offrendo una fonte di elettricità pulita, prevedibile e rinnovabile. Con il continuo supporto alla ricerca e sviluppo, gli americani potrebbero presto vedere turbine subacquee che trasformano il potente flusso della Corrente della Florida in elettricità pulita per le loro case.
Fonte:
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