Sono decenni che si parla di sfruttare le ampie superficie marine per la produzione energetica rinnovabile.
Negli anni scorsi questo è stato fatto soprattutto con l’eolico, che oggi rappresenta una rinnovabile importante in diversi paesi del mondo: la Cina ha 49 GW di eolico offshore nei suoi mari, la Gran Bretagna segue con 15,6 GW, la Germania con 9,1 GW e i Paesi Bassi con 4,7 GW.
Gli Stati Uniti volevano entrare nel settore con grandi impianti davanti alle metropoli della costa Orientale e Occidentale, puntando, sotto l’amministrazione Biden ad avere 30 GW entro il 2030, e ben 110 GW entro il 2050. Ma con l’arrivo di Trump, che sembra proprio odiare questa fonte, è stato tutto rimesso in discussione.
Ma il vento non è tutto: a parte la possibilità di usare il mare come supporto a pannelli FV (la Cina ha appena aperto l’impianto più grande del mondo, 1 GW di fronte a Yongan, sulla sua costa nord orientale), si possono anche usare i movimenti dell’acqua, onde, maree, correnti, per generare energia (Maree, onde e correnti: l’energia marina prova a crescere).
Sfruttare il moto dell’acqua marina: esempi di impianti
Usare direttamente il moto dell’acqua marina ha molti vantaggi: la sua densità è mille volte maggiore di quella dell’aria: a parità di potenza questi impianti sono molto più piccoli di quelli eolici, ed essendo in genere bassi sulla superficie o addirittura sommersi, il loro impatto visivo è nullo o quasi.
Di contro, il mare è un ambiente difficile dove installare oggetti che devono galleggiare o stare immersi per anni: corrosione e impatto di onde e tempeste, rendono costruzione e manutenzione di impianti a onde, maree e correnti, molto costose.
Con il risultato che a oggi gli esempi di centrali “idrocinetiche” marine, sono pochi, molto meno di quanto nel recente passato si pensava ce ne sarebbero stati oggi in funzione.
Il più grande impianto che usa le maree “catturate” da una diga è stato attivato nel 2011 in Corea del Sud: si tratta dello Sihwa Lake Tidal Power Plant; ha una capacità di 254 MW, con una produzione di 552 GWh all’anno.
La Scozia domina il settore dell’uso delle correnti: il MeyGen, due turbine sommerse nello stretto di Pentland, con 6 MW installati (arriveranno a 65 MW nel 2029) produce circa 14 GWh/anno, mentre alla Orcadi è appena stata messa in produzione la Orbital O2, una turbina galleggiante da 2 MW per sfruttare le locali correnti marine.
Deludente, invece, lo sfruttamento delle onde. Un tempo sembrava la soluzione più facile da implementare: vari progetti sono stati abbandonati dopo essere stati distrutti da tempeste in mare (Energia dalle onde, in Europa ci si riprova).
Ora il settore conta sui prossimi progetti, come il portoghese CorPower C5, basato su 10 MW di boe che verranno installate nel 2026, producendo 30 GWh ogni anno, primo step, se tutto andrà bene, dei 200 MW di energia da onde che il Portogallo vuole avere entro il 2030.
Particolarmente innovativo è il CalWave x1, che produce energia restando al sicuro sul fondo, sfruttando le differenze di pressione provocate dalle onde in movimento: dovrebbe entrare in funzione in Oregon nei prossimi anni.
Un modello matematico per il sito giusto
Sfruttare queste risorse non è solo una questione tecnologica. La localizzazione degli impianti, la scelta delle tecnologie e la loro integrazione sono fattori decisivi per la sostenibilità economica e ambientale dei progetti.
Visto che i dispositivi offshore costano cari, piazzarli dove più tipi di energie possono essere sfruttate al meglio, permetterebbe di ottimizzare i costi, per esempio usando tutti lo stesso cavo di collegamento a terra e i punti di appoggio per la manutenzione.
Ma, come detto, il mare è un ambiente molto complicato: profondità, velocità del vento, intensità delle correnti, maree, meteo, distanza dalla costa, presenza di pesca o rotte commerciali oppure la presenza di aree protette, sono tutti fattori che rendono ogni sito unico.
È qui che entrano in gioco i modelli matematici di ottimizzazione, come quello sviluppato dal gruppo di Anderson de Queiroz, professore di ingegneria edile e ambientale alla North Carolina State University, descritto in un articolo sulla rivista Energy (link in basso).
I ricercatori hanno sviluppato un portfolio optimization framework, cioè un modello capace di individuare la migliore combinazione tra luogo, tipologia di tecnologia e dimensionamento degli impianti, massimizzando la produzione energetica e riducendo il rischio finanziario.
“Il modello integra grandi quantità di dati: velocità del vento, correnti marine, profondità del fondale, distanza dalla costa, costi di installazione e variabilità temporale delle risorse”, ha spiegato de Queiroz. L’obiettivo principale è co-localizzare diverse tecnologie nello stesso sito, ad esempio turbine eoliche e dispositivi idrocinetici.
Uno dei risultati più interessanti del loro modello è la dimostrazione che la combinazione di fonti diverse aumenta la stabilità della produzione.
“Quando il vento cala, le correnti o le maree possono continuare a produrre energia; viceversa, le turbine eoliche possono compensare i periodi di bassa energia cinetica marina. Questo riduce l’intermittenza, uno dei principali limiti delle rinnovabili, e aumenta la redditività dell’impianto, pur abbassando il costo medio dell’energia prodotta”, ricorda l’ingegnere.
Potenzialità europee per l’energia offshore
In Europa, dove la sicurezza energetica è diventata una priorità strategica, questa integrazione è particolarmente rilevante. I mari del Nord e del Baltico offrono condizioni ideali per l’eolico offshore, mentre l’Atlantico ha un elevato potenziale anche per il moto ondoso.
Il Mediterraneo, pur con venti e onde “meno energetiche” e maree molto basse, è interessante per l’eolico galleggiante e per soluzioni ibride vicino alle coste, magari negli stretti, dove le correnti sono più forti. Nel “Mare Nostrum”, l’assenza di tempeste frequenti e violente, offre anche il vantaggio di spese minori di manutenzione e un accesso agli impianti pressoché continuo.
I progetti europei di sfruttamento dell’energia marina, hanno finora proceduto “separati” per settore, con le localizzazioni pensate per ottenere il massimo da una sola fonte alla volta, anche se adesso si comincia a valutare la possibilità di integrare almeno impianti solari galleggianti con impianti eolici offshore.
L’approccio di ottimizzazione “a portafoglio” elaborato dagli ingegneri del Nord Carolina, che valuta simultaneamente più tecnologie idrocinetiche e più siti, rappresenterebbe invece un salto di qualità, rendendo più realistici gli obiettivi di lungo periodo del Green Deal europeo.
Secondo le stime della Commissione Europea, infatti, l’energia offshore potrebbe fornire una quota importante del fabbisogno elettrico europeo al 2050, con 300 GW di eolico offshore (contro i 20 GW attuali), a cui aggiungere 40 GW di impianti idrocinetici di tutti i tipi. In totale l’energia marina potrebbe coprire il 35% circa dell’elettricità necessaria al continente a metà secolo.
Utilizzare un approccio di integrazione di tecnologie per ottimizzarne la redditività, renderebbe questi ambiziosissimi obbiettivi più a portata di mano.
