barriera frangiflutto con produzione di energia elettrica

una soluzione
a
barriera
frangiflutto con
produzione di
energia elettrica
b
c
schema con indicati i punti di produzione di energia
elettrica e il collegamento tra questi e la terraferma
52%
gas
17%
planimetria con indicate le componenti del sistema barriera frangiflutto
15% 14% 2%
rinnovabili petrolio carbone altro
percentuali di fonti rinnovabili impiagate in Italia per la produzione di energia elettrica (ENEA)
La protezione dell’ambiente globale
richiede l’adozione di nuove tecnologie
in grado di ridurre le emissioni di gas
serra, in particolare nella produzione
di energia.
È questo, infatti, il settore dal quale
dipende oltre il 90% delle emissioni
di CO2. L’obiettivo è quello di ridurre
il consumo di combustibili fossili o, in
alternativa, utilizzare fonti di energia
pulite ovvero “emission free”.
Le fonti “rinnovabili” di energia sono
quelle fonti che, a differenza dei
combustibili fossili e nucleari destinati
ad esaurirsi in un tempo definito,
possono considerarsi inesauribili.
Le fonti rinnovabili possiedono
due caratteristiche fondamentali,
che rendono auspicabile un loro
maggior impiego: la prima consiste
nel fatto che esse rinnovano la loro
disponibilità in tempi brevi; l’altra
è che, a differenza dei combustibili
fossili, il loro utilizzo produce un
inquinamento ambientale del tutto
trascurabile.
Esistono comunque alcuni limiti che
ne ostacolano il pieno impiego: le fonti
rinnovabili forniscono energia in modo
intermittente. Questo significa che il
loro utilizzo può contribuire a ridurre i
consumi di combustibile nelle centrali
convenzionali, ma non può sostituirle
completamente. Inoltre, per produrre
quantità significative di energia,
spesso è necessario impegnare
rilevanti estensioni di territorio.
Sono fonti rinnovabili di energia:
step 0
viene rappresentata la condizione di riposo in cui il sistema
non è attivo a causa delle caratteristche del moto ondoso
insufficienti per permettere la produzione di energia elettrica.
step 3
step 2
arrivo dell’onda
nel momento in cui si verifica un incremento del moto ondoso
il sistema comincia ad attivarsi, registrando una prima lieve
modifica della membrana non ancora sufficiente per il passaggio
dell’acqua nel serbatoio.
step 4
ingresso dell’acqua nel serbatoio
grazie alla forza del moto ondoso e all’ausilio della membrana
la quantità d’acqua trasportata dall’onda riesce ad aprire la
valvola di non ritorno e ad entrare nel serbatoio, aumentandone
così il livello dell’acqua.
innalzamento del livello dell’acqua nel serbatoio
modifica della membrana e passaggio dell’acqua
il moto ondoso risulta tale da riuscire ad imprimere la propria
forza sulla membrana e a permettere il passaggio dell’acqua
che dovrà poi forzare la valvola di non ritorno per riuscire ad
entrare nel serbatoio.
step 5
il moto ondoso è caratterizzato da una forza tale da riuscire a
vincere la pressione creatasi ai piedi della colonna d’acqua che
si trova all’interno del serbatoio. Si registra un’incremento del
volume d’acqua nel serbatoio così da permetterne il successivo
passaggio attraverso le turbine e la conseguente produzione di
energia elettrica.
passaggio dell’acqua nelle turbine
nel momento in cui l’acqua all’interno del serbatoio raggiunge
un salto idrico maggiore o uguale a due metri (necessario per
il buon funzionamento delle turbine di tipo Kaplan) l’acqua
passa, con l’ausilio di valvole di regolazione, attraverso le
turbine permettendo così la produzione di enegia elettrica.
+
Lo sfruttamento del moto ondoso del mare è da tempo oggetto di studi e
sperimentazioni volti alla trasformazione in energia elettrica del suo enorme
potenziale.
Energia solare fotovoltaica:
produzione di
energia elettrica direttamente dalla radiazione solare
attraverso l’utilizzo di materiali “semiconduttori”;
Lo studio approfondisce un progetto relativo ad un’opera
di protezione
della costa dal fenomeno erosivo con produzione di energia
elettrica.
Energia solare termica: produzione di acqua
o aria calda attraverso sistemi che utilizzano il calore
del sole;
Il sistema è principalmente composto da un setto longitudinale in calcestruzzo
sul quale si innestano, lato mare, dei setti trasversali che suddividono il
frangi flutto in tante celle di captazione contribuendo ad orientare l’acqua
trasportata dall’onda all’interno del serbatoio.
Energia eolica:
conversione dell’energia del
vento in energia meccanica attraverso l’utilizzo di
aerogeneratori;
Energia dal mare:
produzione di energia
mediante lo sfruttamento del moto ondoso, delle
maree, delle correnti e dei gradienti termici;
Le strutture che caratterizzano l’opera sono tre, di seguito elencate ed
esplicate:
Energia
idroelettrica: l’energia cinetica
dell’acqua viene trasformata in energia meccanica
da una turbina idraulica accoppiata ad un generatore
elettrico.
a
il serbatoio di accumulo
Il serbatoio è una struttura che trova la sua collocazione a ridosso delle
celle di captazione di seguito descritte.
La struttura, che segue in tutta la sua lunghezza la barriera frangi flutto,
costituisce una notevole capacità di invaso destinata ad essere alimentata
da una lunga serie di immissioni elementari operate dalle singole celle
di captazione, nel mentre la portata d’acqua in uscita verso le turbine è
costante in quanto regolata attraverso delle valvole.
Energia da biomasse:
energia derivante da
processi di combustione di materiale organico;
Energia geotermica:
energia proveniente
dalla struttura terrestre, sfruttata per la produzione
di energia elettrica;
step 1
condizione di riposo
-
b
le celle di captazione
Compito delle celle consta nel captare l’energia trasportata dalle onde.
Viene impiagato un diaframma di contenimento (chiamato anche gonna)
curvo e flessibile avente caratteristiche tali da assorbire ed annullare la forza
d’urto delle acque, in grado di adattarsi al movimento del mezzo liquido che
lo investe. Compito della membrana è quello di fungere da diaframma che
implementa la forza dell’onda al momento in cui questa deve entrare nel
serbatoio di accumulo e quindi vincere la pressione dell’acqua già immessa
in precedenza. Il materiale da usare dovrà essere studiato e sperimentato
nel dettaglio sulla base di materiali attualmente già impiegati nel campo.
La cella è inoltre munita di fori di collegamento con la retrostante vasca di
raccolta dotati di valvola di non ritorno che consente all’acqua l’ingresso in
vasca e contemporaneamente impedisce l’uscita di quella precedentemente
accumulatavi.
Il moto ondoso, studiato attraverso una serie di rilevazioni in loco, deve
pertanto essere tale da riuscire ad aprire le valvole di non ritorno, poste tra il
diaframma e la vasca di raccolta, e inoltre deve riuscire a comprime il fluido
precedentemente immesso all’interno del serbatoio: vinta tale pressione la
quantità d’acqua accumulata nell’invaso passerà attraverso delle valvole che
ne regolarizzeranno il flusso e così alla sala turbine.
Da rilevare come ogni cella, pur immettendo acqua in uno stesso serbatoio,
eserciti la sua azione indipendentemente da quella delle altre: viene così
scongiurato il pericolo che contro il diaframma si esercitino in coincidenza
una pressione positiva e una negativa, e quindi di risultato nullo, dovute alla
presenza contemporanea di due onde di direzione opposta; in secondo luogo
l’azione autonoma ed assolutamente alterna delle varie celle costituisce una
sequenza ininterrotta di immissioni elementari in serbatoio che si susseguono
a brevissimi e casuali intervalli di tempo.
c
la centrale di produzione dell’energia elettrica (con sala quadri)
La centrale di produzione, anch’essa ubicata a ridosso delle celle di captazione
e del serbatoio, sarà munita delle seguenti apparecchiature:
- le turbine, atte a sfruttare i diversi regimi di funzionamento dell’insieme, e
gli alternatori di produzione della corrente;
- le apparecchiature di comando e controllo automatico e manuale degli
impianti che dovranno provvedere alla messa in moto, alla regolazione e
all’arresto delle turbine, alla misura e al controllo generale di funzionamento
emettendo, se necessario, gli opportuni allarmi.
Visti i modesti salti disponibili, due metri circa, si ruseranno turbine del tipo
Kaplan a doppia regolazione al fine di poter seguire la variabilità di energia
disponibile.
Prinicpi del sistema
moto ondoso
L’impianto di ammortizzazione dei flutti e di produzione di energia elettrica
dovrà essere dimensionato in funzione delle caratteristiche del moto ondoso
che statisticamente si verificano nel luogo di impiego.
Nello specifico è necessaria la conoscienza dei seguenti elementi:
- altezza d’onda, intesa come la distanza tra la cresta dell’onda e lo zero
del medio mare;
- la velocità d’onda, ovvero lo spazio percorso dall’onda nell’unità di
tempo;
- il periodo, ovvero la distanza temporale che intercorre tra una cresta
d’onda e l’altra.
È importante che il moto ondoso sia caratterizzato da una potenza tale
da riuscire a vincere la pressione che esercita la colonna d’acqua, posta
nel serbatoio, alla propria base: l’acqua trasportata dall’onda marina deve
infatti riuscire, anche grazie all’ausilio della membrana, ad aprire le valvole
di non ritorno del sistema e a comprire l’acqua che gia trova nel serbatorio
e che , di conseguenza, esercita una pressione alla propria base.
potenza elettrica prodotta dall turbina Kaplan
Per calcolare l’energia elettrica prodotta dalla barriera è necessario calcolare
la potenza elettrica prodotta dalla turbina di tipo Kaplan.
Pel = m x H x g x ηturbina
m [kg/s]
g [m/s]
H [m]
ηturbina
portata di massa, ovvero massa d’acqua che attraversa la turbina nell’unità
di tempo;
accelerazione di gravità (9,81 m/s);
prevalenza o salto idrico;
rendimento della turbina (da manuale per le turbine di tipo Kaplan da 0,88
a 0,95).
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