Come rendere i parchi eolici galleggianti il ​​futuro dell'elettricità verde

Come rendere i parchi eolici galleggianti il ​​futuro dell'elettricità verde
 Vismar UK / Shutterstock

Dal 2010, l'energia eolica ha registrato una crescita sostenuta in tutto il mondo, con la quantità di energia generata dall'eolico offshore in aumento quasi 30% ogni anno. I paesi di tutto il mondo devono accelerare rapidamente la fornitura di energia rinnovabile per soddisfare la crescente domanda e ridurre rapidamente le emissioni. Nonostante questa urgenza, l'eolico offshore attualmente fornisce meno dell'1% della fornitura mondiale di elettricità.

Molte delle principali località in acque poco profonde per la costruzione di parchi eolici sono in fase di sviluppo. Ma il potenziale dell'eolico offshore rimane ancora in gran parte non sfruttato, secondo il grafico della capacità installata a livello mondiale di seguito.

Capacità eolica onshore vs offshore

Capacità eolica onshore vs offshore (come rendere i parchi eolici galleggianti il ​​futuro dell'elettricità verde)Chiave: vento offshore = grigio chiaro e vento onshore = grigio scuro. IRENA, Autore previsto

La ragione di questo potenziale non sfruttato è quella 80% del vento soffia ininterrottamente ulteriormente al largo - in acque più profonde di 60 metri, dove le turbine incorporate nel fondo marino sono difficili da costruire.

La soluzione potrebbe essere quella di galleggiare in parchi eolici offshore. Quindi cosa li trattiene?

Vento offshore galleggiante

Tutte le turbine eoliche esistenti in mare aperto sono fissate al fondo del mare da una base fissa - per lo più un grande palo tubolare d'acciaio che transita sull'albero della turbina sopra il fondo del mare. Queste cosiddette turbine a fondo fisso sono limitate a profondità d'acqua di 50 o 60 metri.

Ma progetti recenti, tra cui Hywind al largo della costa scozzese e WindFloat al largo del Portogallo, dimostrano che è possibile costruire turbine eoliche galleggianti. Una singola turbina da sei megawatt - come quelle utilizzate nella fattoria Hywind - può generare elettricità sufficiente per alimentare 4,000 case nel Regno Unito.

Ma fornire elettricità domestica equivalente per una popolazione globale di 9 miliardi di 2050 richiederebbe qualcosa come mezzo milione di turbine eoliche offshore - un aumento di 100 volte rispetto al numero attuale - oltre alla capacità aggiuntiva di fornire elettricità per la futura domanda di energia.

Sfortunatamente, mentre i parchi eolici galleggianti sono tecnicamente fattibili, non sono economicamente praticabili. Fare qualsiasi cosa in mare aperto lo è costoso. Per costruire un parco eolico a fondo fisso di un gigawatt, il costo per completare l'indagine del sito necessaria è dell'ordine di £ 15 milioni. L'installazione e la messa in servizio della fattoria ammonterebbero a circa £ 650 milioni, mentre i costi continui per l'esercizio e la manutenzione ammonterebbero a circa £ 75 milioni all'anno. Alla fine della sua vita, che potrebbe essere di circa 25 anni, ci sono altri £ 300 milioni necessari per la disattivazione.

Eppure i parchi eolici galleggianti, che sono ancora agli albori del loro design e tecnologia, sono ancora più costosi. Mentre il prezzo per la fornitura di energia eolica offshore nel 2019 oscillava tra £ 36 e £ 45 per MWh di elettricità, le aste attuali per l'eolico galleggiante hanno un prezzo oltre il doppio di tale importo.

Anche le strutture offshore sono molto grandi. Le turbine Hywind da sei megawatt hanno un diametro di 154 metri - ogni pala ha la stessa lunghezza di un'apertura alare per aereo A380. La turbina Siemens Gamesa da 10 megawatt ha un diametro del rotore di 193 metri, mentre la turbina di riferimento da 15 megawatt del National US Renewable Energy Laboratory ha un diametro di 240 metri. Costruire, installare, gestire, monitorare, mantenere e smantellare le infrastrutture di questa scala, nell'oceano, non è un compito banale.

Due delle cinque turbine utilizzate nel primo parco eolico galleggiante al mondo, Hywind Scotland.Due delle cinque turbine utilizzate nel primo parco eolico galleggiante al mondo, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock

Mentre le compagnie energetiche spesso costruiscono lontano in mare, una singola turbina eolica galleggiante produce molta meno energia di una singola piattaforma offshore di petrolio o gas. Nel corso della sua vita operativa, a seconda delle dimensioni di entrambe le strutture, potrebbe essere inferiore di 1,000 volte. Quindi sono necessarie molte più infrastrutture per lo stesso rendimento energetico derivante dalle energie rinnovabili. Mettere in mare una turbina eolica offshore e mantenerla lì deve diventare molto più economico per abbinare il costo della produzione di energia da petrolio o gas offshore.

Molto può essere appreso dalla tradizionale ingegneria offshore per aiutare con il passaggio alle energie rinnovabili. Ma non è possibile ottenere le necessarie riduzioni dei costi facendo più o meno la stessa o migliorando l'efficienza dei metodi e delle tecnologie esistenti.

Soluzioni tecnologiche

Ecco perché probabilmente ci vorranno nuove tecnologie per rendere i parchi eolici galleggianti convenienti. Ad esempio, l'uso di robot e altre tecnologie autonome per controllare le attività di ingegneria offshore - dall'investigazione dei fondali marini al funzionamento, l'ispezione e la manutenzione di una turbina eolica galleggiante - potrebbe ridurre il rischio per i lavoratori e fornire un controllo più efficiente di questi sistemi complessi.

Le ispezioni di routine dei parchi eolici offshore da parte delle persone sarebbero impraticabili sui vasti sviluppi in corso di costruzione oggi, e sicuramente per quelli previsti in futuro. I sensori intelligenti integrati in tutte le parti di un parco eolico galleggiante possono invece valutare costantemente la struttura della struttura.

apprendimento automatico - che utilizza i dati per insegnare ai computer a prendere decisioni da soli - potrebbe essere usato per dirci l'ancoraggio più efficiente durante la progettazione o se una linea di ormeggio potrebbe essere a rischio di guasto durante il funzionamento.

Già, l'apprendimento automatico può utilizzare i dati meteorologici per controllare le posizioni delle pale delle turbine, per massimizzare la quantità di energia che generano o prevenire danni in presenza di forti venti o tempeste. Nuovi metodi combinare la fisica con l'apprendimento automatico può fare previsioni affidabili con meno dati, il che è utile in mare aperto dove i dati possono essere difficili da raccogliere.

Mentre il governo del Regno Unito inizia un inchiesta nel tipo di innovazioni tecnologiche che potrebbero affrontare i cambiamenti climatici, l'eolico offshore è il primo scalo. Con gli investimenti nella tecnologia del futuro, i parchi eolici galleggianti potrebbero contribuire a potenziare la capacità di energia rinnovabile del paese e del mondo.The Conversation

Susan Gourvenec, Cattedra della Royal Academy of Engineering in Emerging Technologies - Intelligent & Resilient Ocean Engineering, Università di Southampton

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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