La maggior parte dell'elettricità che alimenta il mondo industriale proviene da generatori a induzione. Il primo è entrato in funzione nel 1896 ed è stato alimentato dalla cascata d'acqua che cade nelle cascate del Niagara. Tuttavia, la maggior parte dei moderni generatori a induzione sono azionati a vapore e i combustibili preferiti per riscaldare l'acqua sono stati a lungo la bobina, il petrolio e il gas naturale, i cosiddetti combustibili fossili.
Nel 2011, i combustibili fossili fornivano l'82% dell'elettricità mondiale, ma continuano a crescere le prove degli effetti devastanti che i sottoprodotti della combustione hanno sull'ambiente. A partire da ottobre 2018, gli scienziati stavano avvertendo che il riscaldamento globale, a cui la combustione di combustibili fossili è un contributore principale, si stava rapidamente avvicinando a un punto di svolta irreversibile. Il risultato di tali avvertimenti è un allontanamento dai combustibili fossili e verso le fonti di energia rinnovabile, come i pannelli fotovoltaici, l'energia geotermica e le turbine eoliche.
La potenza delle onde è una delle opzioni sul tavolo. Gli oceani rappresentano un vasto serbatoio di energia non sfruttata. Secondo l'Electric Power Research Institute, l'energia potenziale delle onde intorno alla costa degli Stati Uniti, inclusa l'Alaska, è di circa 2.640 terawattora/anno. È energia sufficiente per alimentare 2,5 milioni di famiglie per un anno intero. Un altro modo di vederlo è che una singola onda ha energia sufficiente per alimentare un'auto elettrica per centinaia di miglia.
Esistono quattro tecnologie principali per sfruttare l'energia delle onde. Alcuni lavorano vicino alla riva, altri al largo e altri in acque profonde. I convertitori di energia delle onde (WEC) sono progettati per rimanere sulla superficie dell'acqua, ma si differenziano per la orientamenti dei collettori al movimento delle onde e nei metodi utilizzati per generare elettricità. I quattro tipi di generatori di elettricità ad onde sono assorbitori puntiformi, terminatori, dispositivi di sovrappressione e attenuatori.
Da dove viene l'energia delle onde?
Che ci crediate o no, l'energia delle onde è un'altra forma di energia solare. Il sole riscalda diverse parti del globo in misura diversa e le differenze di temperatura risultanti creano i venti che interagiscono con l'acqua dell'oceano per creare onde. La radiazione solare crea anche differenze di temperatura nell'acqua stessa e queste guidano le correnti sottomarine. Potrebbe essere possibile sfruttare l'energia di queste correnti in futuro, ma per ora la maggior parte dell'attenzione dell'industria energetica si è concentrata sulle onde di superficie.
Strategie di conversione dell'energia delle onde
In una diga idroelettrica, l'energia dell'acqua che cade fa girare direttamente le turbine che generano elettricità CA. Questo principio è usato quasi inalterato in alcune forme di generazione di onde, ma in altre, l'energia del l'acqua che sale e che scende deve passare attraverso un altro mezzo prima di poter svolgere il lavoro di rotazione del turbina. Questo mezzo è spesso l'aria. L'aria è sigillata in una camera e il movimento delle onde la comprime. L'aria compressa viene quindi forzata attraverso una piccola apertura, creando un getto d'aria in grado di svolgere il lavoro necessario. In alcune tecnologie, l'energia delle onde viene trasferita all'energia meccanica da pistoni idraulici. I pistoni a loro volta azionano le turbine che generano elettricità.
La potenza delle onde è ancora in gran parte in fase sperimentale e centinaia di progetti diversi sono stati brevettati, sebbene solo una parte di questi sia stata effettivamente sviluppata. Uno che ha fornito energia commerciale operato al largo delle coste del Portogallo nel 2008 e nel 2009, e il governo scozzese sta studiando lo sviluppo di un grande progetto nelle acque agitate del Mare del Nord. Un progetto simile è previsto al largo delle coste australiane. Attualmente esistono quattro tipi principali di generatori di onde:
Gli assorbitori a 1 punto assomigliano alle boe
Un assorbitore di punti è principalmente un dispositivo per acque profonde. Rimane ancorato sul posto e oscilla su e giù sulle onde che passano. È costituito da un cilindro centrale che fluttua liberamente all'interno di un alloggiamento e, al passaggio dell'onda, il cilindro e l'alloggiamento si muovono l'uno rispetto all'altro. Il movimento aziona un dispositivo a induzione elettromagnetica o un pistone idraulico, che crea l'energia necessaria per azionare una turbina. Poiché questi dispositivi assorbono energia, possono influenzare le caratteristiche delle onde che raggiungono la riva. Questo è uno dei motivi per cui vengono utilizzati in località molto al largo.
Una colonna d'acqua oscillante (OWC) è un particolare tipo di assorbitore puntiforme. Sembra anche una boa, ma invece di un cilindro interno fluttuante, ha una colonna d'acqua che sale e scende con le onde. Il movimento dell'acqua spinge l'aria compressa attraverso un'apertura per azionare un pistone.
2 - I terminatori generano elettricità a onde dall'aria compressa
I terminatori possono essere posizionati a terra o vicino alla costa. Sono fondamentalmente lunghi tubi e, quando vengono dispiegati al largo, catturano l'acqua attraverso le aperture delle porte sotterranee. I tubi sono ancorati per estendersi nella direzione del moto ondoso e l'ascesa e la caduta della superficie dell'oceano spinge una colonna d'aria catturata attraverso una piccola apertura per azionare una turbina. Quando si trova a terra, le onde che si infrangono sulla spiaggia guidano il processo, quindi le aperture si trovano alle estremità dei tubi. Ciascun terminatore può generare energia in un intervallo da 500 kilowatt a 2 megawatt, a seconda delle condizioni delle onde. È abbastanza energia per un intero quartiere.
3 - Gli attenuatori sono convertitori di energia ondosa multisegmentati
Come i terminatori, gli attenuatori sono lunghi tubi che vengono dispiegati perpendicolarmente al movimento dell'onda. Sono ancorati a un'estremità e costruiti in segmenti che si muovono l'uno rispetto all'altro al passaggio dell'onda. Il movimento aziona un pistone idraulico o qualche altro dispositivo meccanico situato in ogni segmento e l'energia aziona una turbina, che a sua volta produce elettricità.
4 - I dispositivi di travaso sono come mini dighe idroelettriche
I dispositivi di sormonto sono lunghi e si estendono perpendicolarmente alla direzione del moto ondoso. Formano una barriera, molto simile a una diga oa una diga, che raccoglie l'acqua. Il livello dell'acqua aumenta con ogni onda che passa e, mentre scende di nuovo, aziona turbine che generano elettricità. L'azione complessiva è più o meno la stessa di quella impiegata nelle dighe idroelettriche. Le turbine e le apparecchiature di trasmissione sono spesso alloggiate in piattaforme offshore. I dispositivi di sormonto possono anche essere costruiti a terra per catturare l'energia delle onde che si infrangono sulla spiaggia.
Problemi con la generazione di energia dalle onde
Nonostante l'ovvia promessa dell'energia delle onde, lo sviluppo è molto indietro rispetto a quello dell'energia solare ed eolica. Le installazioni commerciali su larga scala sono ancora una cosa del futuro. Alcuni esperti di energia paragonano lo stato dell'elettricità delle onde a quello dell'elettricità solare ed eolica 30 anni fa. Parte della ragione di ciò è inerente alla natura delle onde oceaniche. Sono irregolari e imprevedibili. L'altezza delle onde e il loro periodo, che è lo spazio tra di loro, può variare di giorno in giorno o anche di ora in ora.
Un altro problema è la trasmissione di potenza. La potenza delle onde non può servire a nessuno finché non viene trasmessa alla riva. La maggior parte dei WEC incorpora trasformatori per aumentare la tensione per una trasmissione più efficiente lungo le linee elettriche sottomarine. Queste linee elettriche in genere poggiano sul fondo del mare e la loro installazione aumenta notevolmente il costo di una stazione di generazione di energia dalle onde, soprattutto quando la stazione si trova lontano dalla costa. Inoltre, c'è una certa quantità di perdita di potenza associata a qualsiasi trasferimento di energia elettrica.
