Tag: energia talassotermica

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Tipologie di centrali elettriche basate su tecnologia OTEC

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Centrale elettrica di tipo Land based

L’impianto di base si trova a terra all’interno di un edificio che conterrà: il serbatorio del propano, l’evaporatore, la turbina ed il generatore, il condensatore ed i controlli. Delle tubazioni, che possono avere lunghezze comprese tra i 2320 metri ed i 3870 metri (vedremo più in basso il perchè), aspirano acqua fredda dal fondale mentre l’acqua calda viene raccolta attraverso un involucro schermato vicino alla riva. L’alimentazione, di cui ha bisogno l’impianto, viene generata dall’impianto stesso, così come l’acqua fredda prelevata dal fondale viene adoperata come fluido negli impianti di condizionamento. L’acqua utilizzata viene poi scaricata in mare ad una profondità maggiore rispetto alla zona di aspirazione dell’acqua calda. Ciò evita il reflusso del liquido, che ha perso calore nell’evaporatore, verso la zona di aspirazione dell’acqua calda. Se si verificasse questa situazione, infatti, si ridurrebbe la differenza di temperatura tra l’acqua aspirata in superficie e quella prelevata dal fondale con l’ovvio malfunzionamento dell’impianto.

Centrale elettrica di tipo Floating plant

La centrale elettrica galleggiante (floating plant) funziona nel medesimo modo di quella fissa a terra (land based), la differenza principale consiste nell’avere tubazioni per l’acqua fredda molto più corte in quanto raggiungono il fondale verticalmente anziché con un dato angolo.

Quale soluzione scegliere?

Nella progettazione di un impianto a terra (land based) la voce di maggior rilievo si riferisce alle tubazioni dell’acqua fredda. Esse raramente hanno una pendenza maggiore di 15°, ciò comporta una lunghezza molto più elevata (e quindi maggiori costi) rispetto alle tubazioni verticali degli impianti galleggianti. Se ad esempio dobbiamo prelevare acqua fredda a 600 metri di profondità, con una centrale galleggiante, le tubazioni saranno ovviamente lunghe circa 600 metri, ma se dobbiamo prelevare alla stessa profondità aspirando dalla stazione a terra, le tubazioni avranno una lunghezza di circa 2320 metri per via della pendenza di 15°. Il conto è ottenuto mediante semplicissimi calcoli di trigonometria:

Lunghezza tubazione = Profondità da raggiungere / seno della pendenza tubazioni

L tub = 600 m / sen 15° = 2318,22 m
L tub = 1000 m / sen 15° = 3863,70 m

Nel caso di una profondità di 600 metri avremo tubazioni più lunghe, rispetto alla centrale galleggiante, di circa 1718 metri mentre, nel caso di una profondità di 1000 metri, avremo tubazioni più lunghe di 2864 metri circa. Se consideriamo che il diametro dei tubi è compreso tra i 9 ed i 15 metri, iniziamo ad avere un’idea di come possano lievitare i costi. Le centrali a terra possono arrivare a costare tre volte tanto rispetto alle centrali galleggianti e questo, praticamente, solo per via delle tubazioni dell’acqua fredda. D’altra parte però, l’impianto a terra, ha costi di gestione più contenuti.

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Schema semplificato che rappresenta la differenza tra impianto “floating plant” e “land based”

Rubrica: Energia
Titolo o argomento: Sfruttare l’energia talassotermica

OTEC sta per “Ocean Thermal Energy Conversion”, si tratta di una tecnologia che sfrutta l’energia talassotermica. I sistemi OTEC utilizzano il gradiente di temperatura che si genera nell’oceano tra la superficie dell’acqua ed il fondale. Il processo consiste nel pompare acqua fredda, presente in profondità, verso la superficie dove si trova acqua a temperatura superiore. Utilizzando la differenza di temperatura si può azionare una turbina collegata ad un generatore elettrico. In sostanza l’OTEC converte la radiazione solare in energia elettrica utilizzando il naturale gradiente di temperatura dell’oceano. La differenza di temperatura, tra l’acqua calda presente in superficie e l’acqua fredda, proveniente da un fondale di circa 600 metri, è pari a circa 20°C e può produrre una importante quantità di energia. L’acqua calda viene raccolta sulla superficie di un mare tropicale e inviata all’evaporatore dove opera un’azione di riscaldamento del fluido presente nell’impianto, generalmente propano. I vapori di propano espandono attraverso una turbina la quale è accoppiata ad un generatore di energia elettrica. L’acqua fredda, prelevata dal fondale, viene pompata nel condensatore dove il vapore di propano ritorna allo stato liquido ed il fluido è pronto per iniziare un nuovo ciclo. Ovviamente parte della corrente elettrica generata viene adoperata per azionare le pompe (in particolar modo quelle incaricate di aspirare l’acqua fredda dal fondale per inviarla al condensatore), nonché le utenze necessarie. Il principio di funzionamento dell’impianto è concettualmente simile a quello di una centrale termoelettrica a vapore. Si utilizza un ciclo chiuso entro il quale circola un fluido in grado di evaporare alla temperatura alla quale si trova l’acqua di superficie (circa 26°C); il vapore in pressione mette in moto una turbina ed il relativo generatore di elettricità, quindi passa in un condensatore, raffreddato dall’acqua aspirata dal fondale (temperatura di circa 8°C), e torna allo stato liquido.

L’idea

L’idea alla base dell’OTEC è quella di generare energia elettrica sfruttando un collettore naturale, l’oceano, anziché utilizzando collettori artificiali atti a trasformare direttamente la radiazione solare in energia elettrica. D’altra parte però, sebbene i collettori artificiali abbiano un costo maggiore, sono più versatili e sono posizionabili anche in zone che non si trovano in prossimità di mari tropicali.

I numeri

L’oceano copre circa il 70% della superficie del pianeta, questa caratteristica lo rende il più grande collettore solare di energia ed il più grande sistema di accumulo di cui può usufruire l’uomo. Mediamente in un giorno, 60 milioni di chilometri quadrati di mari tropicali assorbono radiazioni solari le quali, in termini di calore, sono pari a 250 miliardi di barili di petrolio. Se solo lo 0,1% di questa energia venisse convertita in energia elettrica, se ne otterrebbe una quantità 20 volte superiore a quella consumata in un giorno negli Stati Uniti (310 milioni di abitanti).

Aree idonee

Aree tropicali presso le quali si genera un ottimo deltaT (almeno 18-20°C) tra superficie e fondale (profondità nell’ordine alcune centinaia di metri).

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Schema semplificato di funzionamento del sistema OTEC (ciclo chiuso)