Energia rinnovabile dalle piattaforme galleggianti

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energia verde da piattaforma galleggiante
energia verde da piattaforma galleggiante

La produzione di energia rinnovabile da piattaforme galleggianti sta facendo passi da gigante in tutto il mondo.

Tra le tecnologie più evolute che sfruttano specchi d’acqua come base di appoggio per la produzione di elettrica troviamo il fotovoltaico galleggiante, l’eolico e alcune soluzioni ibride in grado di trarre vantaggio contemporaneamente dal moto ondoso (o dalle correnti superficiali), dal fotovoltaico e dall’eolico insieme.

I vantaggi dello sfruttamento delle superfici acquatiche per la produzione di energia verde sono davvero tantissimi e vedremo di elencarli nel nostro articolo.

Anche se non possiamo propriamente definirla energia marina, i sistemi di cui parleremo possono essere utilizzati sia sulle superfici del mare che su quelle offerte dagli specchi d’acqua naturali o artificiali, bacini per l’irrigazione e fiumi.

Non è quindi strettamente necessario avere il mare nel proprio territorio: la Svizzera non possiede coste, eppure ha in progetto di utilizzare le piattaforme galleggianti per la produzione di energia nei suoi laghi alpini.  (vedi foto in basso).

L’idea di accoppiare la produzione idroelettrica e la fotovoltaica galleggiante sul lago artificiale delle dighe ha il vantaggio di trovare già sul posto le infrastrutture in media e alta tensione necessarie per il collegamento alla rete elettrica.

Il fotovoltaico galleggiante è costituito essenzialmente da una zattera su cui è montata la struttura di sostegno dei pannelli fotovoltaici. Si possono collegare insieme più zattere per formare una struttura modulare, e l’intera assieme può essere facilmente ancorato al basso fondale o su pareti rocciose.

L’investimento iniziale può essere maggiore di quello richiesto per l’omologo su terraferma, ma è anche vero che sono maggiori i benefici in termini di produzione.

Nei luoghi ad alta densità di popolazione, come l’India o il Giappone, rappresentano una soluzione all’occupazione di superficie terrestre.

parco fotovoltaico galleggiante
Parco fotovoltaico galleggiante in Svizzera
(Fonte: Romande Energie)

Tra i pannelli fotovoltaici galleggianti e le superfici acquatiche esiste un rapporto di simbiosi: la copertura ne limita l’evaporazione anche ad opera del vento e in cambio i pannelli si sporcano meno, non essendo vicini al terreno, godono di maggiore luce riflessa e la vicinanza con l’acqua ne permette il naturale raffreddamento. Tutto questo contribuisce ad aumentare le prestazioni dell’impianto (+10/20% di produzione annua).

Non temono nulla: sono in grado di muoversi insieme al livello dell’acqua sia in caso di piena che in caso di secca, adagiandosi sul fondale asciutto senza subire danni.

In caso di neve, possono essere orientati sopra i 27° di inclinazione per garantire lo smaltimento degli accumuli nevosi, alle basse temperature migliorano le prestazioni e la luce riflessa dalla neve contribuisce ad aumentare la produzione di energia.

Escono indenni anche dai terremoti, non avendo fondazioni rigide ancorate direttamente al terreno.

Alcune soluzioni tecniche permettono alle piattaforme di ruotare per seguire il percorso del Sole per migliorare l’esposizione garantendo una produzione maggiore rispetto ai pannelli fissi.

Per poter funzionare non hanno bisogno di parti in continuo movimento, come quelle dell’eolico, e la loro manutenzione è estremamente semplice e può essere svolta sia sull’acqua che in terraferma.

Non inquinano e producono energia silenziosamente: due ottimi motivi per cui potrebbero essere posizionate anche all’interno di aree marine protette.

Nella mappa in figura sono riportati i colori relativi all’energia al suolo cumulata nel 2020.

Energia cumulata annuale Italia 2020
Mappa dell’energia al suolo cumulata per il 2020
(Fonte: RSE http://sunrise.rse-web.it/)

Per quanto riguarda l’energia rinnovabile dalle piattaforme galleggianti in Italia, le tecnologie del fotovoltaico galleggiante sono in funzione dal lontano 2008: nel comune di Solarolo, Ravenna, si trova la prima piattaforma di questo tipo, visibile anche dalle immagini satellitari.

La struttura a forma di fiore di Loto, studiata per massimizzare l’esposizione (proprio come la pianta acquatica) è situata all’interno del lago artificiale di una centrale di pompaggio ad uso irriguo, ha una potenza di 20 KW ed è collegata direttamente alla cabina elettrica di trasformazione già presente sul luogo per il funzionamento dell’impianto di pompaggio preesistente.

Il suo diametro è di circa 20-25 metri e contiene 112 pannelli fotovoltaici di tipo policristallino, che sono disposti orizzontalmente per inserirsi meglio nel contesto ambientale.

Se da un lato questa scelta va discapito del rendimento (riduzione del 7/8%), dall’altro ne facilita la manutenzione e non comporta vincoli di orientamento.

Qualche chilometro a nord-ovest di Solarolo troviamo un altro impianto galleggiante, nel comune di Bubano, in provincia di Bologna, anch’esso visibile dalle mappe satellitari.

L’impianto è formato da 5 isole galleggianti unite tra loro, per un totale di circa 500 kW, capaci di produrre annualmente poco più di 600 MW di energia elettrica e permette di risparmiare poco più di 113 tonnellate di petrolio equivalente (TEP) in funzione dell’energia prodotta.

L’impianto di Bubano è stato il più grande parco fotovoltaico galleggiante finché non è stato superato dal progetto O’MEGA1 di Piolenc, in Francia. Situato all’interno del lago di una cava abbandonata, l’impianto conta 47.000 pannelli solari, ha una potenza installata di 17 MW e da sola consente di risparmiare 1096 tonnellate di CO2 ogni anno.

Ad oggi il record in Europa spetta al parco fotovoltaico olandese nel lago Bomhofsplas con i suoi 27.4 MW di potenza installata ma pur sempre inferiore al progetto del parco fotovoltaico da 2.1 GW (2.100 MW) a Saemangeum, una piana di marea sulla costa del Mar Giallo in Corea del Sud.

In Sardegna esistono tantissimi invasi su cui sarebbe possibile sperimentare e installare piattaforme per il fotovoltaico galleggiante, una trentina dei quali sono laghi artificiali.

Per citarne alcuni: Lago di Liscia, Lago Pagghiolu (con diga di Monti di Deu), Coghinas, Lerno (con diga di Monte Lerno), Sos Canales (con diga omonima), Lago Omodeo (con diga Eleonora D’Arborea e la vicina diga Pranu Antoni), Lago di Gusana (con diga, ne abbiamo parlato nel nostro articolo sulle fonti rinnovabili in Sardegna) e il vicino Lago Taloro con relativa centrale elettrica, Lago Torrei (con omonima diga) e potremmo andare avanti ancora.

Come già accennato, la vicinanza alla diga permetterebbe di collegare il sistema degli impianti fotovoltaici galleggianti direttamente alla centrale elettrica creata per la gestione della diga stessa, abbattendo in questo modo parte del capitale necessario per la costruzione di queste infrastrutture.

Eolico Offshore Galleggiante

L’eolico offshore (Floating Offshore Wind Farm – FOWF) è un insieme di impianti dotati di pale, turbine e generatori costruiti su piattaforme galleggianti ancorate. Questo sistema evita la trivellazione e la perforazione dei fondali, spesso argomento di dibattiti il cui tema rimane il danneggiamento dell’ecosistema marino.

Attualmente in tutto il mondo vengono utilizzati 3 metodi per la stabilizzazione dei corpi galleggianti a sostegno degli aerogeneratori:

  • stabilizzazione con forma (Semi-Sub-SS);
  • stabilizzazione con tiranti (Tension Leg Platform, TLP);
  • stabilizzazione con peso (Spar Buoy).

Grazie alla sua stabilità energetica in mare aperto e al consenso sociale ottenuto, ricopre un ruolo di primaria importanza tra le fonti di energia verde.

Oltretutto, è possibile posizionare le piattaforme molto distanti dalla costa e nasconderle così alla vista. Nel Nord Europa, nelle zone in cui non è possibile sfruttare il fotovoltaico in maniera proficua, l’eolico ha riscosso un grande successo ed è accettato, in ogni sua forma, dalla maggioranza della popolazione.

Il primo progetto in Europa di eolico offshore galleggiante, attualmente operativo, è quello in Scozia. A 30 chilometri al largo delle coste dell’Aberdeenshire si trovano 5 turbine eoliche galleggianti di tipo Spar Buoy da 6MW ciascuna.

Ogni turbina ha un peso di 1140 tonnellate e, stando alla pagina del progetto Hywind Scotland a cui ha partecipato anche la Saipem, la substruttura galleggiante ha un peso di 10.500 tonnellate.

In territorio italiano il potenziale è enorme. La mappa mostra la velocità media annua del vento a 75 metri sul livello del mare e sul livello del terreno, ed evidenzia come sia decisamente più elevata la velocità del vento rilevata entro i 40 km dalla costa rispetto a quella rilevata sul terreno.

Con oltre 7500 km di coste naturali, di cui circa un terzo coste alte (con profondità superiore a 50 metri), non ci sarebbe la possibilità di installare le postazioni fisse. Questo limite tecnologico può essere superato proprio grazie all’uso delle piattaforme marine. Nell’ipotesi di poter sfruttare solo il 4% della superficie disponibile (cioè circa 2000 chilometri quadrati) potremmo arrivare ad una potenza di 13 GW, che equivale alla potenza eolica installata in tutta Europa in questo momento.

Mappa Eolico a 75 m slt-slm italia
Mappa Eolico a 75 m slt-slm italia.
(Fonte: RSE http://atlanteeolico.rse-web.it/)

Eolico Offshore Galleggiante in Sardegna

Per quanto riguarda la Sardegna, i grafici che riportiamo parlano da soli.

L’isola si trova al centro del percorso del maestrale e questo permetterebbe di sfruttare tutta la sua forza per produrre energia rinnovabile. Anche in questo caso la velocità media annua del vento è maggiore sul mare entro 40 km dalle coste anche se in alcune aree interne, come ad esempio a Sant’Antioco, vengono perfino superati gli 11 m/s (più di 40 km/h).

Mappa Eolico a 75 m slt-slm Sardegna
Mappa Eolico a 75 m slt-slm Sardegna
(Fonte: RSE http://atlanteeolico.rse-web.it/)
Producibilità specifica a 75 m slt-slm Sardegna
Producibilità specifica a 75 m slt-slm Sardegna
(Fonte: RSE http://atlanteeolico.rse-web.it/)

Ma è nella mappa della producibilità specifica che le cose si fanno interessanti. 

Partiamo dalla sua definizione: nel sito di RSE (Ricerca sul Sistema Energetico del GSE) viene descritta come “producibilità annua di energia per unità di potenza installata di un aerogeneratore campione (MWh/MW)”, cioè per ogni MW di potenza installata, un aerogeneratore può produrre annualmente fino alla quantità di MWh indicati dal colore nella legenda della mappa.

Un esempio? Al largo della costa sud-occidentale della Sardegna (la zona in rosso) una turbina eolica da 1 MW potrebbe produrre 3,5/4,0 GWh in un anno, mentre al largo della costa nord-occidentale (la zona arancione nella mappa) la stessa turbina può arrivare a produrre 2,5/3,0 GWh. Se invece la turbina eolica fosse da 6 MW, simile a quella dell’impianto in Scozia accennato prima, potremmo produrre circa 21/24 GWh all’anno di energia nella costa sud-occidentale (15/18 GWh nella costa nord-occidentale dell’isola).

Più di quanto si produca con l’eolico in tutta Europa, ma con una sola turbina.

Per quanto riguarda i progetti in fase di studio/sviluppo in territorio sardo, nel sito del Ministero dell’Ambiente si trova il “Progetto impianto per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile eolica di tipo offshore galleggiante (Floating Offshore Wind Farm – FOWF) composto da 42 turbine eoliche ciascuna con potenza nominale di 12 MW per una potenza totale dell’impianto di 504 MW. L’impianto è da ubicarsi nella zona di mare antistante la costa sud occidentale della Sardegna, a circa 35 km dalla costa”.

Nel progetto, attualmente in fase di verifica preliminare, è previsto l’uso di fondazioni di tipo galleggiante costituite da una struttura principale semisommersa da cui spunta la turbina e da una chiglia sospesa che funziona da zavorra stabilizzante, collegata ad un sistema di ormeggio e ancoraggio in grado di minimizzare l’impatto ambientale sui fondali.

Secondo quanto riportato nella relazione tecnica generale, le turbine sono configurate per entrare in funzione quando la velocità del vento supera i 3 m/s (10,8 km/h) per arrestarsi quando la velocità del vento supera i 28 m/s (circa 100 km/h), e sarebbe in grado di alimentare 650 mila abitazioni per circa 30 anni.

Tecnologie ibride

Le piattaforme galleggianti possono essere impiegate anche combinando diversi sistemi per la produzione di energia, così una piattaforma nata solo per il fotovoltaico può produrre anche con l’eolico o con il moto ondoso, oppure sfruttando tutte le soluzioni contemporaneamente.

L’azienda tedesca SINN Power è la prima al mondo a proporre una tecnologia ibrida di questo tipo, con una piattaforma modulare in grado di produrre energia dalle diverse fonti disponibili in mare: moto ondoso, sole e vento.

Il primo progetto, alle fasi finali dei test ad Heraklion (capitale dell’isola di Creta in Grecia), prevede piccole turbine eoliche da 3 kW installate sulla stessa piattaforma che sostiene sia i pannelli fotovoltaici che i convertitori di energia da moto ondoso.

energia verde da piattaforma galleggiante ibrida
Piattaforma galleggiante ibrida
(Fonte: sinnpower.com)

Isole artificiali per l’energia verde

C’è anche chi sogna più in grande. Non solo piattaforme galleggianti ma vere e proprie isole artificiali per la produzione di energia rinnovabile.

Dove saranno le isole per l'energia verde in Danimarca
Posizione dei parchi eolici e delle energy islands della Danimarca
(elaborazione dati: Enermed Srl)
Danish energy island concept - Danish Energy Agency
Concept isola artificiale parco eolico danese
(Fonte: Agenzia danese per l’energia - ens.dk)

Il governo della Danimarca ha approvato la realizzazione di due isole artificiali che saranno collegate ad altrettanti parchi eolici offshore in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di 3 milioni di famiglie europee, ma che a regime potrà soddisfarne fino a 10 milioni.

In una prima fase l’isola più grande avrà le dimensioni di 120.000 metri quadrati, la dimensione di un centro commerciale (poco meno di 17 campi da calcio), ma con l’idea di espandersi fino a 460.000 metri quadrati (poco più di 64 campi da calcio).

L’isola artificiale che sorgerà nel Mare del Nord funzionerà come hub per il parco eolico formato da 200 turbine eoliche con una capacità di 3 GW (con la possibilità in futuro di espandersi fino a 600 turbine per un totale di 10 GW) e fornirà energia, oltre alla stessa Danimarca, anche a Regno Unito, Germania e Olanda, mentre l’isola che sorgerà nei pressi dell’isola di Bornholm (che includerà anche il progetto in fase di realizzazione chiamato Thor) sarà l’hub del parco eolico con capacità di 2 GW e servirà anche la Germania, il Belgio e l’Olanda.

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