L’innovazione si mette in moto [ondoso]
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di Giuliana Mattiazzo | Politecnico di Torino


             
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Wave Power is the branch of Ocean Energy investigating the energy harvesting from the surface motion of waves. The field has been investigated since the Seventies with the first lab tests aimed to assess the extractable power from different Wave Energy Converters (WECs) concepts. One of the first researches carried out in Scotland was based on the WEC called Duck, a floating shape harvesting sea energy due to its rocking motion.
The device never arrived to full scale experiments, but gave birth to other WECs, like the Pelamis, a big floating snake harvesting energy by its nosing movement. Other WECs use different concepts, like resonance of an air chamber (Oscillating Water Column, OWC), variation of hydrostatic pressure on a submerged device (Archimede Wave Swing, AWS), water climbing on a slope (Wave Dragon).

The research on Wave Power went on with some pauses with a particular effort in the last decade across whole Europe. The activity presented in this work was born in 2005 in the stream of the enthusiasm demonstrated for the Wave Power field.
ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter) is a floating slack moored device. The main peculiarity of the device with respect to most of other WECs is that ISWEC has not moving parts immersed in water, thus not requesting seals.
The whole mechanism of energy conversion is gyroscopic based and encapsulated inside the clean and corrosion free environment of the oscillating body. The working principle is based on the spinning top principle: a perturbation of the spinning top trying to make it drop actually spins the top to recover its stability.

ISWEC is based over this principle to obtain relative motion between the self-recovering gyro and the floater body whose motion is perturbed by the waves action. The relative motion is used to drive an electric generator that thanks to a power electronic stage and sea submerged cable provides energy to the users.
The article shows the system working and the design and cost analysis of a 1 MW pilot plant to be deployed in the Pantelleria Island.

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Per ora il mare è ancora forza 1; l’increspatura è appena visibile, in un ambiente dove in genere sono altre le rinnovabili che viaggiano sulla cresta dell’onda.
Eppure la fase della calma piatta è stata ufficialmente superata. Stiamo parlando dello sfruttamento a scopi energetici delle onde marine che anche in Italia, grazie ad un progetto del Politecnico di Torino, ha appena iniziato a mettersi in moto concretamente. Il gruppo di ricerca dei dipartimenti di Meccanica e Aerospaziale, di Ambiente Territorio e Infrastrutture e di Energia del Politecnico di Torino ha infatti recentemente presentato un innovativo convertitore del moto ondoso – ISWEC Inertial Sea Wave Energy Converter – fatto su misura per le esigenze del Mediterraneo.



Le caratteristiche tecniche
ISWEC è un sistema giroscopico di conversione dell’energia da moto ondoso la cui peculiarità risiede nel fatto che il convertitore non presenta parti meccaniche in moto immerse in acqua. Il sistema principale di conversione dell’energia quindi è completamente protetto dallo scafo, permettendo così di operare in condizioni di ridotta manutenzione ed elevata affidabilità. ISWEC è composto principalmente da un disco (volano) rotante.
Questo disco è posto all’interno della campana di colore giallo ed è quindi montato su una piattaforma che ne permette la rotazione di precessione. La precessione è il tipico effetto giroscopico che governa per esempio le regole di moto della trottola. In questo dispositivo la precessione nasce indotta dalla combinazione della velocità di rotazione del volano con quella di beccheggio dello scafo ed è usata per mettere in moto l’albero del generatore. In sintesi, quindi, le onde perturbano il moto del volano, che reagisce con la precessione, mette in rotazione l’albero del generatore e si ha la produzione di elettricità. Il sistema è regolato da un controllo che agisce sulla velocità del volano e sulla potenza estratta dal generatore e garantisce istante per istante un assorbimento ottimale di energia dal mare. Si può migliorare l’efficienza di tale sistema fornendo le informazioni di previsione a breve termine (ore) dell’onda in arrivo sul sito.

Una considerazione va fatta sulla potenza spesa per mantenere il volano in rotazione. Se il volano ruota immerso nell’atmosfera le perdite per attrito aerodinamico sono rilevanti, corrispondenti ad una frazione importante della potenza prodotta. La campana di colore giallo, oltre a proteggere il volano dagli agenti esterni, serve anche a mantenere un grado di vuoto tale da minimizzare le perdite per attrito aerodinamico. Da esperimenti condotti in laboratorio si è notato come con gradi di vuoto semplici da ottenere (dell’ordine dei 1.000 Pa assoluti), la potenza spesa per mantenere in rotazione il volano diminuisca a pochi punti percentuali della potenza prodotta. Inoltre la potenza spesa per creare il vuoto è trascurabile, in quanto con guarnizioni commerciali standard è possibile ottenere una durata del grado di vuoto dell’ordine delle settimane. [...]


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