Tecnologie che sfruttano l'energia del movimento dell'acqua o dei differenziali di temperatura
negli oceani promettono di fornire un'abbondante elettricità senza emissioni di carbonio.
Molto prima che gli umani si attaccassero ai combustibili fossili, abbiamo imparato a sfruttare la potenza dell'acqua per fare lavoro. I fiumi scorrevano mulini che macinavano farina, tronchi segati o telai filati che trasformavano le fibre in tessuti. Le generazioni successive hanno capito che l'acqua in movimento poteva essere utilizzata anche per trasformare le turbine che generano elettricità. Ma le dighe erette con turbine elettriche bloccavano i corsi d'acqua, compromettendo gli ecosistemi fluviali per fornire energia alle città in crescita.
I dispositivi attualmente in fase di sviluppo nel Regno Unito, negli Stati Uniti e altrove generano elettricità sfruttando il movimento delle onde oceaniche e delle maree o le differenze di temperatura dell'acqua tra la superficie dell'oceano e le sue profondità. Il settore è maturo con la promessa, ma per raggiungere il suo potenziale, gli ingegneri, gli imprenditori ei responsabili delle politiche che lavorano per eliminare l'elettricità priva di carbonio dal movimento dell'acqua e dai gradienti termici devono superare le formidabili barriere normative e finanziarie.
L'energia dall'acqua ha un grande potenziale
Stime governative e accademiche prevedono che l'energia rinnovabile marina potrebbe fornire una quota significativa dell'elettricità utilizzata nelle aree costiereProponenti di idrocinetica marina o conversione dell'energia termica oceanica spesso si nota che le tecnologie forniscono elettricità che è sia affidabile che nel posto giusto. Dopo tutto, le onde e le maree possono essere previste. E gli umani tendono a raggrupparsi vicino all'acqua: Quasi il 40 percentuale di americani vivere in contee direttamente su un litorale, e più della metà della popolazione mondiale vive entro 125 miglia di una costa.
Le stime governative e accademiche prevedono che l'energia rinnovabile marina potrebbe fornire una quota significativa dell'elettricità utilizzata nelle aree costiere. Le valutazioni commissionate dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno rilevato che "il massimo della generazione elettrica teorica" che potrebbe essere prodotta da onde, maree e correnti fluviali e gradienti termici oceanici nelle acque statunitensi è 2,116 terawattora ogni anno, con poco più della metà dell'elettricità consumata nel paese ogni anno. Un TWh di energia elettrica può alimentare le case 85,000. Secondo la California Energy Commission, lo sfruttamento del potenziale di generazione di energia da onda oceanica dello stato è sui megawatt 7,400, equivalente alla percentuale 17 del carico massimo gestito dall'operatore di rete della California negli ultimi anni.
Una ricerca pubblicata da ingegneri dell'Università di Oxford e dell'Università di Edimburgo nel mese di gennaio 2014 ha scoperto che le turbine a marea collocate nel Pentland Firth, una stretta striscia d'acqua che separa la costa settentrionale della Scozia continentale dalle isole Orkney, potrebbero generare 43 per cento dell'elettricità della Scozia. Secondo RenewableUK, un'associazione di categoria, il potenziale energetico ondoso nelle acque britanniche e irlandesi è di 840 TWh l'anno, pari alla metà della risorsa energetica europea a onda totale e quasi due volte e mezzo l'attuale fabbisogno annuo di energia elettrica del Regno Unito.
Le energie rinnovabili marine sono un'industria in rapido sviluppo
A un'energia oceanica pannello di eventi Convocato all'università della California, Berkeley, School of Law nel mese di settembre 2012, Bill Toman, allora project manager della divisione Ocean and Marine Systems di Science Applications International Corporation, ha notato il fiorire dell'innovazione nel settore. Toman, ora principale con Pacific Marine Renewables, ha stimato che alcune delle diverse tecnologie di energia rinnovabile marina di 80 erano in fase di sviluppo in tutto il mondo, con circa una dozzina in una fase matura.
"Sta avanzando a un ritmo più veloce rispetto a quello del vento 30 anni fa", afferma Paul Jacobson, leader dell'energia oceanica presso l'Electric Power Research Institute. Jacobson dice che non crede che l'industria delle rinnovabili marine abbia bisogno di 30 anni per raggiungere il punto in cui il settore eolico è oggi, perché l'ingegneria del design è progredita così tanto negli ultimi anni.
In 2012 Verdant Power sono state installate turbine potenti sotto la superficie dell'East River di New York City per trasformare l'energia delle maree in energia elettrica. Foto per gentile concessione di Verdant Power, Inc.
Una manciata di sviluppatori nel Regno Unito, negli Stati Uniti e in Cina hanno ottenuto l'approvazione o firmato accordi per la costruzione di progetti su scala commerciale. A settembre 2013 il governo scozzese ha dato il via libera per la costruzione della prima fase di 398 MW MeyGen progetto di energia mareomotrice. Le prime sei turbine saranno installate nel Pentland Firth in Scozia in 2015.
A gennaio 2012, Verdant Power ha ricevuto la prima licenza commerciale per un progetto di energia delle maree negli Stati Uniti. La Federal Energy Regulatory Commission ha autorizzato Verdant ad installare fino a turbine 30 con una capacità combinata di poco superiore a 1 MW nell'East River di New York per catturare il energia dell'acqua che si muove con le maree. Durante la sua fase di dimostrazione, il progetto consegnato 70 megawattora di energia elettrica a due clienti a New York City.
Dean Corren, direttore della tecnologia marina corrente con Verdant, afferma che la società intende installare sul sito la sua turbina commerciale di nuova generazione, Gen5. Il supporto finanziario del DOE, afferma, consentirà di testare i componenti chiave (acciaio, cambio e lame) nel corso del prossimo anno per determinare l'affidabilità delle nuove turbine sott'acqua. Le prime turbine Gen5 dovrebbero essere nell'East River in 2015.
Ad ottobre 2013, Lockheed Martin firmato un contratto per costruire la più grande centrale elettrica termica oceanica del mondo, una struttura 10 MW probabilmente costruita nel sud della Cina. Lockheed prevede di costruire un sistema a circuito chiuso che utilizza il calore delle acque di superficie calde per convertire l'ammoniaca, che ha un basso punto di ebollizione, in un gas utilizzato per alimentare una turbina a vapore. L'acqua fredda in profondità sotto la superficie viene quindi utilizzata per convertire il vapore in liquido.
Dan Heller, vice presidente di nuove iniziative per Lockheed Mission Systems and Training, ha detto a Reuters nel momento in cui Lockheed progettava di iniziare a lavorare su un progetto 100 MW durante il corso del progetto e si aspettava di essere in grado di iniziare a commercializzare le versioni 100 MW e 10 MW in tutto il mondo in circa cinque anni.
Sfide normative e limitazioni tecniche
Anche con l'avanzare della tecnologia, gli esperti del settore e del governo concordano sul fatto che ostacoli significativi devono essere superati se l'elettricità generata dalle tecnologie di energia rinnovabile marina è competitiva sul prezzo in qualsiasi momento con energia da combustibili fossili o da fonti più mature di energia rinnovabile come il solare, il vento e geotermico. Secondo Max Carcas, referente esterno per il Centro europeo per l'energia marina, l'energia marina costa $ 0.42 a $ 0.50 per kilowattora oggi, più di due volte il prezzo medio dell'elettricità da parchi eolici offshore.
Le sfide normative e le limitazioni tecniche hanno reso difficili i progetti di costruzione di grandi quantità di onde magnetiche, maree e oceano. In agosto 2012, Ocean Power Technologies ha ricevuto la prima licenza Federal Energy Regulatory Commission per una centrale elettrica a onde negli Stati Uniti, per un array di dispositivi 1.5 MW che si trova al largo di Reedsport, Oregon. Un anno dopo, The Oregonian segnalati che gli ostacoli normativi e tecnici avevano bloccato il progetto e che "OPT ora fa vaghe promesse per testare la loro prima boa nelle acque dell'Oregon non più tardi di 2016".
Gli sviluppatori di progetti, molti dei quali sono delle start-up, hanno difficoltà a rimanere a galla finanziariamente mentre lavorano per ottenere i permessi necessari.
I ritardi non sono stati limitati agli Stati Uniti Wave Hub, una piattaforma di test di energia rinnovabile marina situata sul fondo marino 10 miglia al largo della Cornovaglia, Regno Unito, costa e collegata alla rete terrestre tramite un cavo sottomarino, è stata completata in 2010 ma deve ancora essere usato. OceanEnergy, una società irlandese per l'energia delle onde, aveva pianificato di dispiegare la propria OE Buoy al sito entro la fine di 2012. A dicembre 2013, Wave Hub ha annunciato la compagnia di energia del moto ondoso Seatricity prevede di sviluppare un array 10 MW sul sito nei prossimi due anni.
"Gli ultimi cinque anni sono stati piuttosto brutali per gli sviluppatori nel tentativo di organizzare progetti di onde oceaniche, di marea e di onde eoliche ibride", ha dichiarato Toman di Pacific Marine Renewables all'evento 2012 Berkeley. Gli sviluppatori di progetti, molti dei quali sono delle start-up, hanno difficoltà a rimanere a galla finanziariamente mentre lavorano per ottenere i permessi necessari.
"Un sacco di ingegneri che volevano mettere qualcosa in acqua, una volta che hanno visto il quadro normativo, i loro occhi sono diventati grandi e hanno deciso, 'OK, avrò bisogno di molto più denaro, e io Avremo bisogno di parlare con altri consulenti che sanno qualcosa su questo ", ha detto Laura Engeman, project manager del California Ocean Protection Council, nello stesso panel.
La sfida per i regolatori, ha aggiunto Engeman, è "bilanciare le opportunità di test con le necessarie precauzioni ambientali". Gli sviluppatori del settore sono finanziariamente limitati. Spesso è un grosso ostacolo per loro sviluppare il tipo di informazioni di base richieste dalla maggior parte delle agenzie autorizzate. "
"Poiché si tratta di nuove tecnologie che vengono collocate in ambienti in cui questo tipo di cose non sono mai state fatte prima, c'è molta incertezza ambientale", afferma Jacobson di EPRI. "L'industria è mantenuta ad un livello molto alto." Un rapporto preparato per il California Ocean Protection Council e la California Energy Commission, pubblicato a novembre 2008, ha rilevato che "sono improbabili pochi impatti di impianti di conversione dell'energia delle onde su uccelli e mammiferi marini" "Ma i dati di riferimento raccolti prima che i dispositivi vengano immessi nell'acqua" saranno fondamentali per valutare gli effetti post-installazione. "Gli autori hanno concluso che" mentre restano importanti problemi tecnologici ed economici, i problemi ecologici, in questa fase, sembrano gestibili ".
Un problema domina completamente questa scena e limita il tasso di crescita, e questa è la disponibilità di capitale ". - Dean Corren, Verdant
Tuttavia, le cose sembrano migliori all'orizzonte. Per aiutare gli sviluppatori a navigare nel processo di regolamentazione, il California Ocean Protection Council ha pubblicato nel dicembre 2011 linee guida per i progetti di energia rinnovabile oceanica. E nell'agosto 2013, i senatori statunitensi Ron Wyden, D-Ore. E Lisa Murkowski, R-Alaska, introdotto la legge sull'energia rinnovabile marina e idrocinetica di 2013, che promuoverà lo sviluppo e la semplificazione delle autorizzazioni per le tecnologie rinnovabili marine. A gennaio 20, 2014, la Commissione europea ha rilasciato due passaggi Piano d'azione per l'energia blu in base al quale l'UE prima convoca le parti interessate per identificare e proporre soluzioni alle sfide che l'industria delle rinnovabili marine deve affrontare e quindi sviluppare una road map strategica di 2016 per guidare il settore verso la commercializzazione.
Mostraci il denaro
Poi c'è il finanziamento. "Bisogna capire che una questione domina completamente questa scena e limita il tasso di crescita, e questa è la disponibilità di capitale", afferma Corren di Verdant Power. "Per l'energia emergente, il capitale di rischio non esiste più."
"Un sacco di roba dell'onda è fin troppo presto per il capitale di rischio", ha detto Toman al suo pubblico di Berkeley. "È stato stimato che costa circa $ 100 milioni per passare da un disegno di tovagliolo da cocktail a un dispositivo a onde commerciali. È una quantità spaventosa di capitale chiedere al tuo inventore di garage di venire fuori. "
PowerBuoy di Ocean Power Technologies produce elettricità mentre si muove nei mari agitati della costa scozzese. Foto per gentile concessione di Ocean Power Technologies, Inc.
Dove l'energia marina sta ponendo radici, è spesso grazie all'intervento del governo.
"Ecco perché l'Europa sta mangiando il nostro pranzo", dice Corren. "Il nostro governo ha ora la filosofia - almeno la metà ha la filosofia - che il governo non dovrebbe fare nulla".
I fautori riconoscono l'importanza dell'assistenza pubblica fornita all'industria - desiderano solo che ce ne sia di più. "Dall'elezione del Presidente Obama, il Dipartimento dell'Energia ha ricostituito il suo programma idroelettrico e si è anche impegnato a favore delle energie rinnovabili marine, sia delle maree che delle onde", afferma Corren, "ma è ancora molto al di là di dove dovrebbe essere se vogliamo essere uno dei principali attori nell'industria mondiale ".
Jacobson fa notare che il DOE ha sponsorizzato le risorse di energia rinnovabile marina e le valutazioni ambientali (EPRI ha guidato le valutazioni delle onde e delle risorse fluviali), lo sviluppo tecnologico dei componenti e lo sviluppo del progetto.
"Il supporto contrattuale DOE è stato incredibilmente utile", afferma Corren. "Lo stato di New York è stato incredibilmente utile sin dagli" 80 ". Il DOE ha riconosciuto che era necessario aumentare la quota dei costi delle sue sovvenzioni per soddisfare gli altri paesi offerti, dice. Prima, i contratti arrivavano con la quota di costo 50 / 50; ora i contratti possono arrivare fino a una quota di costo 80 / 20. Ad agosto 2013, DOE assegnato milioni di $ 16 per far avanzare progetti 17 che catturano energia da onde, maree e correnti.
Le energie rinnovabili marine hanno un futuro brillante
I sostenitori del settore concordano sul fatto che le rinnovabili marine hanno un futuro brillante anche se, nel breve periodo, potrebbero avanzare più rapidamente al di fuori degli Stati Uniti. Corren dice che questo probabilmente significherà che la maggior parte delle società con sede negli Stati Uniti si sposteranno oltreoceano. "O l'Europa, in particolare il Regno Unito e la Scozia, o la Corea del Sud", afferma, aggiungendo che Verdant ha già una società in Inghilterra. "Siamo stati in conversazioni con la Cina. Questi sono paesi con risorse importanti e importanti impegni ad investire nella tecnologia per realizzarlo ", afferma.
Al discorso di Berkeley, Toman ha accettato, dicendo: "Wave e le maree stanno diventando dei gangster in Europa, specialmente nel Regno Unito e in Scozia. Vedo che migrano qui negli Stati Uniti. Considerano il mercato californiano una specie di Santo Graal. Potremmo essere in un momento di rallentamento in questo momento, ma vedo gli sforzi europei tendere la mano a colonizzarci ".
Gli esperti sono convinti che le energie rinnovabili marine diventeranno più competitive nel tempo con la maturazione della tecnologia. Prototipi di sono operativi quasi una dozzina di dispositivi per l'energia marina nei siti gestiti da Centro europeo Energy Marine, un centro prove collegato alla rete nelle Isole Orcadi della Scozia stabilito in 2003. Più dispositivi di energia delle maree e delle onde sono stati testati presso la struttura di $ 59-milioni, finanziati dai governi scozzese e britannico e dall'UE, ma autosufficienti da 2011, rispetto a qualsiasi altro sito al mondo. Secondo la Commissione europea, alcuni 2 GW di progetti di energia rinnovabile marina sono in cantiere in Europa.
Gli esperti sono convinti che le energie rinnovabili marine diventeranno più competitive nel tempo con la maturazione della tecnologia. "C'è un sacco di carneficina là fuori tra i primi progetti", ha detto Toman. "Tuttavia, è stata acquisita una straordinaria esperienza. I progetti successivi trarranno beneficio dal grande lavoro svolto in questi primi progetti ".
"Questo non è il modo più economico per generare elettricità in questo momento", afferma Jacobson. "Se non c'è una qualche forma di domanda di energia rinnovabile, è molto più difficile far funzionare il finanziamento per sviluppare ulteriormente la tecnologia al punto che può essere economicamente competitivo sulla strada". Politiche come la tariffa feed-in recentemente approvata in Nuova Scozia per i progetti di energia mareomotrice sono necessari, dice, per far crescere il settore.
Scrivendo sul blog del Centro europeo per l'energia marina, Carcas predice, "Non è inconcepibile che una volta installato il primo 1,000 [MW] di energie rinnovabili marine (equivalente a una centrale elettrica convenzionale) i costi potrebbero essere simile a quello del vento offshore. "
"Questo settore ha un futuro. Sarà un piccolo ma significativo pezzo del puzzle per mettere insieme tutte le fonti di cui abbiamo bisogno che sono alla fine più sostenibile delle cose ", dice Corren. "Ha un futuro brillante."
Questo articolo è originariamente apparso su ensia
Circa l'autore
Justin Gerdes è un giornalista indipendente della San Francisco Bay Area specializzato in energia e cambiamenti climatici. Il suo lavoro è apparso al Guardian, Yale Environment 360, Forbes.com, MotherJones.com, Smithsonian.com, ChinaDialogue, l' cristiano Monitor scientifico e GreenBiz.com, tra gli altri.
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