Il futuro dell'integrazione delle infrastrutture di energia da marea e da onde

L'importanza crescente dell'energia dell'oceano

L’energia da marea e da onda rappresentano una delle più grandi risorse rinnovabili non sfruttate del pianeta. Gli oceani coprono più del 70% della superficie terrestre e trasportano un enorme deposito di energia cinetica e potenziale.A differenza del solare e del vento, che variano con il tempo e il tempo della giornata, l’energia oceanica è altamente prevedibile. Le maree seguono cicli lunari precisi e i modelli d’onda possono essere previsti giorni in anticipo.

Il potenziale tecnico dell'energia oceanica è stimato in oltre 300 gigawatt (GW) di capacità installata per l'energia da sola, mentre l'energia da onde potrebbe superare 10.000 ore all'anno — approssimativamente pari alla domanda globale di energia elettrica. Attualmente, la capacità installata è inferiore a 1 GW, ma il settore sta accelerando.

Innovazione tecnologica Integrazione alla guida

Le recenti scoperte nella scienza dei materiali, nell'elettronica di potenza e nell'idrodinamica stanno rendendo le tecnologie dell'energia oceanica più efficienti, durevoli e convenienti.

Convertitori di turbine e di energia avanzate

Le turbine a flusso di mare (spesso rispetto alle turbine eoliche subacquee) si sono evolute in modo drammatico. I primi progetti erano sistemi pesanti e fissi inclini alla corrosione. Le turbine moderne utilizzano lama a pinza variabile, i generatori a magneti permanenti a guida diretta e i materiali compositi che resistano all’acqua salata e al biofouling.

Collegamento griglia e cabina subacquea

I cavi moderni ad alta tensione alternano corrente (HVAC) e ad alta tensione corrente diretta (HVDC) riducono le perdite di trasmissione su decine di chilometri. I cavi dinamici, capaci di flettere con movimento d'onda, sono ora schierati accanto a dispositivi galleggianti. I nuovi inverter a griglia consentono agli impianti di energia oceanica di fornire un servizio passivo come la tensione attiva.

Conservazione dell'energia per l'intermittenza di liscio

Mentre l'energia del marea è prevedibile, produce un lull due volte al giorno. L'energia dell'onda fluttua con i modelli di gonfiaggio. L'accoppiamento dell'energia dell'oceano con lo stoccaggio — sia batterie agli ioni di litio, idroelettrico pompato, o tecnologie emergenti come l'elettrolisi dell'idrogeno — assicura un'alimentazione elettrica discarica costante.

Gemelli digitali e manutenzione predittiva

La tecnologia digitale gemella, che crea una replica virtuale di ogni dispositivo, permette agli operatori di simulare le prestazioni in condizioni diverse, di rilevare l'usura prima del fallimento e di pianificare la manutenzione durante il tempo calmo. I modelli di apprendimento automatico addestrati su anni di dati oceanici ora prevedono altezze d'onda e correnti con oltre 90% di precisione, consentendo la programmazione di potenza in tempo reale che si allineano alla domanda di mercato.

Sfide e opportunità

Nonostante i rapidi progressi, l'integrazione su larga scala affronta ostacoli gravi: i costi di capitale elevati, la complessità e le incertezze ambientali rimangono, ma ogni sfida presenta anche l'opportunità di innovazione e leadership politica.

Impatti ambientali ed ecologiche

Gli ecosistemi marini sono sensibili. Le caserme di mare possono alterare il trasporto dei sedimenti e la migrazione dei pesci; le turbine pongono rischi di collisione ai mammiferi marini; i dispositivi d'onda possono creare campi di rumore e elettromagnetici. Tuttavia, la ricerca mostra che gli array adeguatamente dimensionati e progettati possono coesistere con la vita marina.

Supporto economico per la visibilità e la politica

I costi di energia livellati (LCOE) per la potenza di marea e di onda superati storicamente 300/MWh, ma i costi stanno diminuendo. Per il flusso di mare, LCOE in Europa ha abbandonato al di sotto di 150/MWh, e il 2030 obiettivo per l’energia onda è €100/MWh.

Complessità tecniche e logistiche

I costi di trasporto, le finestre meteorologiche e i guasti del sistema di ormeggio hanno colpito i progetti iniziali. Tuttavia, le innovazioni nelle piattaforme di autoinstallazione - le basi ballate che si mettono in atto senza navi pesanti di sollevamento - e i robot di ispezione subacquea autonomi stanno riducendo questi costi.

Progetti emergenti e studi di casi

Diversi progetti pionieristici in tutto il mondo stanno dimostrando la fattibilità dell'integrazione a scala significativa.

MeyGen (Scozia)

Situato nella Pentland Firth, la gamma di marea MeyGen da 6 MW ha generato dal 2016. Utilizza quattro turbine da 1,5 MW e ha esportato oltre 60 GWh nella rete britannica. Il successo di MeyGen è nel suo approccio graduale, il monitoraggio meticoloso dei fondali e la connessione a rete tramite una sottostazione onshore esistente, che ora si sta espandendo a 80 MW, con piani per integrare la memoria della batteria e fornire servizi di bilanciamento nazionale.

Sihwa Lake Tidal Power Plant (Corea del Sud)

Costruito nel 2011, la caserma di 254 MW Sihwa è la più grande installazione di energia marea al mondo. Genera elettricità utilizzando 10 turbine sommerse che catturano l’energia come flussi d’acqua attraverso le porte della caserma. L’integrazione di Sihwa nella rete della Corea del Sud è semplice perché la sua produzione è prevedibile e funziona come un impianto di carico base.

WaveRoller (Portogallo)

Il dispositivo WaveRoller, installato fuori Peniche, utilizza un pannello a cerniera che oscilla con onde quasi costiere per guidare un generatore idraulico. Il progetto è stato collegato alla rete portoghese dal 2019 ed è parte della rete di test del Centro Europeo per l’Energia Marina. Il suo design innovativo a fondo montata evita il rischio di collisione per la vita marina e semplifica l’ormeggio.

Il ruolo della politica e della cooperazione internazionale

L’integrazione dell’energia oceanica non può avvenire in isolamento. Le strategie nazionali di energia devono includere esplicitamente le rinnovabili marine nei piani di espansione della rete e i quadri normativi devono semplificare l’accesso a ambienti marini. L’iniziativa Ocean Energy Europe] sostiene l’associazione di categoria per un target dedicato di energia oceanica nella Direttiva sull’energia rinnovabile dell’Unione europea.

Prospettive future: una rivoluzione energetica blu

In vista dell'integrazione dell'energia da marea e da onda nelle griglie nazionali, seguirà una traiettoria simile al vento offshore: dalle dimostrazioni a singolo dispositivo alle matrici multidispositive, poi alle grandi aziende collegate tramite hub energetici offshore. Entro il 2035, possiamo vedere piattaforme ibride che combinano turbine eoliche, pannelli solari, convertitori di energia da onda e persino elettrolizzatori di idrogeno, tutti collegati alla riva tramite un cavo di interlocalizzazione.

Gli operatori di reti si affidano sempre più alla predisposizione dell’energia oceanica per bilanciare la variabilità del solare e del vento. L’energia del mare, con i suoi cicli quotidiani persistenti, può servire come risorsa “rinewable baseload” quando abbinata a una piccola quantità di stoccaggio. L’energia d’onda, che spesso raggiunge l’inverno quando il solare è basso, fornisce un prezioso complemento stagionale in latitudini temperate.

Le previsioni di investimento di Bloomberg NEF suggeriscono che gli investimenti globali cumulativi nell’energia oceanica potrebbero raggiungere i 30-50 miliardi di dollari entro il 2040, supportando centinaia di migliaia di posti di lavoro nelle comunità costiere. I cluster di produzione potrebbero emergere in regioni con un forte patrimonio di ingegneria marina — Scozia, Bretagna di Francia, Nord-Ovest del Pacifico degli Stati Uniti e Giappone.