ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter): un sistema giroscopico innovativo per produrre energia dalle onde

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"Come per le altre fonti di energia rinnovabile, ISWEC contribuisce a ridurre la dipendenza dal petrolio e dalle fonti fossili non rinnovabili."

- Paolo Gherra, WAVE FOR ENERGY

The Challenge:
Utilizzare il mare come risorsa per la produzione di energia elettrica dalle grandi potenzialità per soddisfare il fabbisogno energetico del futuro.

The Solution:
Wave for Energy propone ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter), un dispositivo innovativo e galleggiante in grado di sfruttare in modo efficiente l'energia derivata dal moto ondoso.

Author(s):
Paolo Gherra - WAVE FOR ENERGY
Giuliana Mattiazzo - WAVE FOR ENERGY
Vincenzo Orlando - WAVE FOR ENERGY

Il dispositivo di conversione è alloggiato all’interno di un galleggiante, caratterizzato da un posizionamento flottante che non prevede sistemi rigidi di collegamento o fondazioni sul fondale marino. 
Il suo principio di funzionamento, basato su un sistema inerziale risonante con il moto ondoso del mare, è realizzato con un volano grazie al suo effetto giroscopico.
Le onde incidenti inducono Il moto di beccheggio dello scafo e del volano contenuto al suo interno.
Questo beccheggio, combinato alla velocità di rotazione del volano, induce, grazie agli effetti giroscopici, un moto di rotazione della piattaforma di sospensione del giroscopio sul singolo grado di libertà di cui essa è dotata.

L’albero in ingresso al PTO (Power Take Off, il generatore elettrico), collegato rigidamente alla piattaforma di sospensione, garantisce il trasferimento della potenza meccanica del moto ondoso al generatore elettrico, incaricato della trasformazione finale in potenza elettrica.

La caratteristica principale del sistema, quella che lo rende unico rispetto ai sistemi concorrenti, è quella di essere sintonizzabile rispetto alla variazione dello stato del mare (cioè del periodo e dell'altezza significativi delle onde) mediante la regolazione della velocità di rotazione del volano. Tale variazione di velocità consente la regolazione della frequenza propria del sistema, sintonizzando la frequenza di massima produttività con la frequenza dell’onda incidente, ottendendo un incremento della produttività complessiva del sistema.
La regolazione di questa velocità di rotazione è ottenuta grazie al controllo del motore di spin del volano e viene effettuata in base alle previsioni a breve termine del moto ondoso.

Un’altra importante caratteristica del dispositivo è quella di non avere componenti meccanici mobili immersi in acqua, riducendo significativamente la manutenzione del sistema e migliorandone l’efficienza.

Il sistema, innovativo in ogni suo aspetto, presenta una serie di sistemi di sicurezza che permettono la gestione delle situazioni critiche per il sistema, ad esempio il verificarsi di condizioni di moto ondoso particolarmente gravose per il sistema meccanico o per il generatore elettrico. La regolazione avviene modificando i parametri di controllo del generatore e, in caso di necessità, applicando delle procedure di messa in sicurezza del sistema.

Lo scafo, le cui dimensioni sono  8m per 15m con un’altezza di 4,5m e un pescaggio di circa 4 m, presenta al suo interno due gruppi giroscopici con una potenza elettrica installata di 130 kW.  Il cuore dell’intero sistema risiede nelle leggi di controllo del generatore elettrico e del motore che regola la velocità di rotazione dei giroscopi.

La piattaforma hardware e software di sviluppo degli algoritmi deve essere in grado  di provvedere all’acquisizione in tempo reale dei sensori sul campo, di interfacciarsi con le previsioni metereologiche, di eseguire la previsione delle caratteristiche dell’onda incidente (in base misure eseguite nel corso degli ultimi periodi d’onda) e, infine, di generare il segnale di controllo (controllo a breve termine) al generatore elettrico e il segnale di controllo in velocità al motore elettrico accoppiato al volano per una regolazione a lungo termine.

È stato pertanto scelto un controller dual core real-time NI CompactRIO che permette la gestione del sistema di controllo, l’interfacciamento con differenti bus di campo utilizzati dalla sensoristica installata, la misura e l’acquisizione dei dati. I canali di misura utilizzati sono 8 digital output, 8 digital input, 4 analog input, 3 porte seriali e una profibus per la comunicazione con gli azionamenti.
Un server installato sulla piattaforma CompactRIO permette la comunicazione dei dati all’esterno tramite comunicazione su rete di telecomunicazione cellulare.

RISULTATI
Come per le altre fonti di energia rinnovabile, ISWEC contribuisce a ridurre la dipendenza dal petrolio e dalle fonti fossili non rinnovabili.
Dal punto di vista ambientale, il sistema ha una serie di impatti positivi sul territorio. Come tutti i sistemi di sfruttamento di fonti rinnovabili, ISWEC contribuisce alla riduzione dell’emissione di gas serra. Un sistema in scala reale avente produttività annua pari a 250MWh permette di risparmiare 68 tonnellate di CO2  all’anno. Il sistema occupa una zona di mare nella quale sarà vietato l’accesso e la pesca, proteggendo i fondali marini con la creazione di aree protette, favorendo la biodiversità e la proliferazione della flora e della fauna.

Author Information:
Paolo Gherra
WAVE FOR ENERGY

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