Energia dalle maree

Materie:Tesina
Categoria:Elettrotecnica

Voto:

2.5 (2)
Download:749
Data:14.03.2006
Numero di pagine:8
Formato di file:.doc (Microsoft Word)
Download   Anteprima
energia-maree_1.zip (Dimensione: 104.15 Kb)
trucheck.it_energia-dalle-maree.doc     147.5 Kb
readme.txt     59 Bytes


Testo

Boldarino Marco
Classe 5°A7 T.I.E.
Anno scolastico 2005/2006
Fossalta di Piave (Venezia/Italia)
Centrale elettrica maremotrice
La tesina è stata divisa in tre parti con i seguenti sottocapitoli:
• Le Maree: come si creano e i vari tipi
• Indizi storici
• Centrale: com’è costituita e il tipo di turbina
• Dove sono state create queste centrali e i loro vantaggi economici
1) Le Maree
Maree lunari
Dato che è molto più vicina alla Terra del Sole, la Luna è la principale causa delle maree. Quando essa passa sulla verticale di un punto della superficie terrestre, esercita una forza di attrazione sulle acque, che pertanto si innalzano al di sopra del loro livello normale. Sono soggette a questa forza anche le acque che si trovano dalla parte opposta della Terra, alla massima distanza dalla Luna. La cresta d'onda che si forma al passaggio lunare è detta marea diretta, mentre quella diametralmente opposta è detta marea opposta. Lungo il cerchio massimo della Terra perpendicolare all'asse che congiunge le creste di marea si hanno fasi in cui l'acqua è più bassa rispetto al suo livello normale.
Le acque basse (riflusso) e alte (flusso) si alternano in un ciclo continuo e la differenza tra il massimo e il minimo livello raggiunto durante questo ciclo è detta escursione di marea. In ogni sito costiero si verificano due alte maree, una diretta e una opposta, e due basse maree per ogni giorno lunare. Due alte o basse maree successive hanno pressappoco lo stesso livello anche se in alcuni siti si riscontra una certa discrepanza, di cui non è ancora nota la ragione. Le maree oceaniche sono comunque più alte rispetto a quelle dei mari interni.
Maree solari
Anche il Sole causa due creste d'onda diametralmente opposte, ma data la distanza molto maggiore, la sua forza di attrazione è solo il 46% di quella lunare. Le forze esercitate dalla Luna e dal Sole producono una doppia cresta d'onda, e la posizione delle creste dipende dalle posizioni relative della Luna e del Sole momento per momento. Durante le fasi di luna nuova e luna piena, quando cioè Sole, Luna e Terra si trovano in allineamento, le onde solari e lunari coincidono. Ciò produce le cosiddette maree sigiziali, durante le quali l'acqua alta raggiunge il livello massimo e l'acqua bassa il livello minimo. Quando la Luna è al suo primo o terzo quarto, invece, si trova ad angolo retto rispetto al Sole e le due forze di attrazione interferiscono negativamente. Questa condizione produce le maree di quadratura, durante le quali l'acqua alta è più bassa del normale e l'acqua bassa più alta. Le maree sigiziali e di quadratura vengono registrate circa 60 ore dopo le fasi lunari corrispondenti, e questo lasso di tempo prende il nome di età della marea. Il ritardo tra il passaggio della Luna sul meridiano di un certo luogo e l'alta marea, dovuto ai fenomeni di attrito, è detto invece intervallo lunitidale, o stabilimento di porto.
Maree vive e morte
L'ampiezza delle maree è causata in maggior modo dalla Luna, infatti essa esercita un'attrazione tre volte superiore a quella esercitata dal Sole.
Le maree vive ci sono quando il Sole e la Luna sono in fase di congiunzione o di opposizione, quindi sommano la loro forza d'attrazione e si hanno maree di massima ampiezza. Le maree morte avvengono quando la Luna e il Sole sono in quadratura e formano con la Terra un angolo di 90°; le loro azioni attrattive si contrastano a vicenda e si hanno maree più deboli.

Aspetti da considerare
I principali aspetti da considerare per calcolare a tavolino l'ampiezza, la frequenza e l'orario delle maree sono:
• Aspetti astronomici
o la luna: la sua massa, il suo passaggio, la sua distanza, l'inclinazione della sua orbita sul piano equatoriale
o il sole: la sua massa, la sua distanza, l'inclinazione della sua orbita sul piano equatoriale
• Aspetti geografici
o superficie delle acque
o differenziale di profondità dei fondali
o forma a cuneo delle baie
• Aspetti meteorologici (agiscono indipendentemente dalle maree, ma in alcune combinazioni le possono rendere catastrofiche per le attività dell'uomo)
o intensità e direzione dei venti
o differenziali di pressione atmosferica
Gli effetti della marea nei fiumi che sfociano su coste interessate da ampie maree, dipendono (oltre che dalla mare a livello costiero) anche da:
• pendenza
• profondità
• larghezza
In alcuni fiumi francesi gli effetti delle maree si riscontrano anche a più di cento chilometri dalla costa.
2)Indizi Storici
Nella cultura occidentale e mediterranea in particolare, il fenomeno delle maree è stato descritto fin dagli antichi greci e collegato correttamente al ciclo lunare. Primi resoconti di navigatori che avevano oltrepassato lo Stretto di Gibilterra parlavano di incredibili maree che avvenivano oltre tale stretto. Incredibili in particolare in quanto nel Mar Mediterraneo le ampiezze erano nell'ordine di grandezza del metro, mentre nelle coste presso la Manica superavano l'immaginazione di allora. I resoconti di Gaio Giulio Cesare riguardanti le sue spedizioni militari con navi lungo le coste atlantiche della Gallia (l'attuale Francia) mettono in evidenza le conseguenze delle maree sulle strategie militari (coste che diventano irraggiungibili, navi lasciate a secco, scogli improvvisamente mortali, ecc.).
Una spiegazione più scientifica del fenomeno delle maree è stata possibile solo in seguito alla scoperta delle leggi sulla gravitazione nonché sui moti ondosi, avvenute solo negli ultimi secoli.
3)Centrale
Esistono diversi progetti di sfruttamento delle maree, che comportano metodi diversi di sfruttamento dell’energia:
• sollevamento di un peso in contrapposizione alla forza di gravità;
• movimento di ruote a pale;
• compressione dell’aria;
• riempimento di bacini e successivo svuotamento immesso in turbine.
L’ultima che ho elencato è quella usata di più ed è quella che da maggiori garanzie.
La prima stazione a energia del moto ondoso del mondo è stata costruita dalla britannica Wavegen, che ha installato il primo prototipo di macchina commerciale di questo tipo nei pressi dell'Isola di Islay. L'impianto a colonna d'acqua oscillante è costituito da una camera posta lungo il litorale in cui l'acqua entra ed esce liberamente. L'acqua affluisce e defluisce in un bacino di alcuni chilometri quadrati, passando attraverso una serie di tunnel nei quali, acquistando velocità fa girare delle turbine collegate a generatori (alternatori).
Durante la bassa marea l'acqua del bacino defluisce verso il mare aperto, mettendo in rotazione la turbina; quando il livello del mare comincia a salire e l'onda di marea è sufficientemente alta si fa fluire l'acqua del mare nel bacino e, la turbina si mette nuovamente in rotazione. Una particolarità di questo sistema è la reversibilità delle turbine che perciò possono funzionare sia al crescere che al calare della marea. Il principio di funzionamento delle centrali maremotrici è comunque molto simile a quello quelle delle centrali idroelettriche.
L'unica centrale di taglia industriale che utilizza l'energia del mare per la produzione di elettricità è quella francese costruita nel 1966 in Bretagna, tra le città di Dinard e Saint-Malo, sull'estuario del fiume Rance. Essa sfrutta l'onda di marea, che in tale località raggiunge i 13 metri. La centrale è formata da una diga costruita in un punto del fiume largo 760 metri, a 3 km dall'estuario; il bacino si estende per 20 km verso l'entroterra e ha una capacità di 170 milioni di m3 di acqua. All'interno della diga, circa 10 metri sotto il livello minimo di area, sono state installate 24 condotte con turbogeneratori da 10 MW, per una potenza complessiva di 240 MW. La centrale ha funzionamento discontinuo: infatti quando l'acqua del bacino e quella del mare hanno un dislivello minimo le turbine restano ferme.
La successione di fasi per la produzione di energia è la seguente: quando l'oceano è al livello minimo si aprono le paratoie della diga e l'acqua dal bacino defluisce verso il mare finché i due livelli si eguagliano. Le paratoie vengono quindi chiuse mentre il livello del mare sale. Quando la marea è sufficientemente alta, l'acqua viene fatta entrare nel bacino finché il dislivello diventa minimo. I turboalternatori quindi producono energia elettrica per tutto il tempo in cui c’è dislivello sufficiente tra interno ed esterno, in quanto le turbine sono reversibili (possono cioè girare nei due sensi).
La centrale della Rance produce circa 540 GWh l'anno, cioè circa un quarto della produzione di una centrale della medesima potenza ad acqua fluente che funzionasse tutte le ore dell’anno. Centrali maremotrici, come quella della Rance, possono produrre una maggiore potenza se viene previsto anche il pompaggio (in effetti le turbine della Rance possono anche funzionare da pompe, facendo salire la produzione elettrica massima della centrale a circa 680 GWh/anno).
Circa la possibilità di sfruttare le onde marine, le configurazioni dei diversi impianti sperimentali realizzati puntano essenzialmente ad utilizzare in maniera continua il moto ondoso (variazioni periodiche, di energia potenziale e cinetica) attraverso sistemi di accumulo che permettano di restituire l’energia delle onde in tempi e modi voluti.
Le sperimentazioni prevalenti si basano sulla trasformazione dell'energia cinetica in energia di compressione dell’aria, oppure direttamente in energia meccanica tramite macchine rotanti. I principali sistemi proposti prevedono: boe oscillanti con ancoraggio, compressione in campane galleggianti, compressione d'aria tramite sistemi deformabili immersi, boe con eliche operanti in risonanza. Per lo sfruttamento del gradiente termico marino è stato finora realizzato solo qualche prototipo di piccolissima taglia; in particolare stata proposta una centrale sommersa a ciclo chiuso di Rankine, con ammoniaca come fluido di lavoro che, passando dallo stato liquido a quello gassoso in relazione alle variazioni di temperatura esterna, si espande azionando una turbina o un motore alternativo. Di una centrale simile, ma a ciclo aperto, l'industria francese aveva iniziato la costruzione in Costa d'Avorio, con lavori però abbandonati con l'avvenuta indipendenza del Paese nel 1960. Il progetto prevedeva di utilizzare come fluido di lavoro direttamente l'acqua di mare, che doveva essere fatta evaporare sotto "vuoto parziale"; il vapore così generato avrebbe dovuto alimentare una turbina prima di essere ricondensato mediante acqua marina prelevata in profondità agisce sulla massa fluida. Quindi, se abbiamo alta marea in un particolare punto del globo terrestre, abbiamo alta marea anche al suo antipodo.
Tipi di turbina
Turbina elettrica offshore che sfrutta le maree
Ha cominciato a funzionare al largo delle coste inglesi del Devon la prima turbina che produce energia sfruttando la forza delle maree in mare aperto. La turbina, del costo di tre milioni di sterline (oltre due milioni di euro) e installata al largo della città di Lynmouth, è costituita da un'unico rotore di undici metri in grado di generare 300 kiloWatt. Entro la fine dell'anno prossimo dovrebbe cominciare a operare anche un rotore gemello.
Le pale del rotore, assicurano gli esperti delle società Marine Current Turbines e Seacore, non rappresentano un pericolo per la fauna marina poiché si muovono lentamente, a una media di 20 giri al minuto. Dalla resa di questa turbina dipenderà lo sviluppo di altre strutture simili nella zona, che in teoria dovrebbe portare alla creazione di una 'fattoria delle maree', nell'ambito di un progetto sponsorizzato dal dipartimento per il Commercio e l'Industria britannico e dal programma energetico della Commissione europea.
Finora, i generatori sommersi che sfruttano il flusso e riflusso delle maree sono stati installati alla foce dei fiumi, in zone dove la differenza di livello può superare i 10 metri di altezza. La più nota di queste centrali elettriche è quella entrata in funzione il 26 novembre 1966 sull'estuario del fiume francese Rance. La centrale, la più grande del mondo, è diventata con gli anni una componente importante dell'attività economica e sociale della Bretagna ed anche una delle attrazioni della regione di Saint Malo: con circa 400.000 visitatori l'anno, è la struttura industriale più visitata della Francia. La centrale ogni anno produce 600 milioni di kWh, equivalente ai consumi domestici annuali di una città di 300.000 abitanti e fornisce il 90% dell'elettricità prodotta in Bretagna, ad un costo per kWh inferiore a quello del nucleare. Il programma di rinnovamento delle 24 turbine iniziato nel 1966 permetterà alla centrale di produrre ancora energia per parecchie decine di anni nelle stesse condizioni di affidabilità.
4)Dove esistono e aspetti economici
Esistono in Francia e Canada i maggiori dispositivi per lo sfruttamento dell’energia maremotrice.
Questione economica
Una società petrolifera norvegese sta valutando la possibilità di trasformare in impianti per lo sfruttamento delle maree oceaniche le proprie piattaforme petrolifere fuori costa non più produttive. Si tratta di strutture tra le più alte nel mondo, installate nei fondali profondi del Mare del Nord ed il loro smantellamento comporterebbe costi notevolissimi. Il progetto, prevederebbe il trasporto delle piattaforme a terra, la loro conversione in impianti di produzione di energia elettrica per lo sfruttamento delle maree e, quindi, l'installazione nelle zone dove sono più forti le correnti da queste generate. Lo studio ha concluso che sarebbe troppo costoso costruire tali impianti ex novo. L'utilizzo delle piattaforme ormai obsolete, unitamente all'utilizzo di moderne e più efficienti turbine idrauliche, potrebbe invece rendere economicamente fattibile produrre energia elettrica dalle correnti marine generate dalle maree. Due dei più grandi impianti esistenti per la conversione di energia dal moto ondoso sono stati realizzati proprio nel paese scandinavo, dove vi sono le maggiori quote di energia elettrica di origine idrica e, quindi, capacità tecnologiche avanzate per la realizzazione di impianti azionati dal moto delle acque.

Esempio