Questo video è offerto da Incogni.
I convertitori di energia delle onde hanno fatto un sacco di, ehm, onde nel settore energetico ultimamente
grazie in parte al nuovissimo dispositivo di energia delle onde della Cina, su scala di megawatt.
Questo dispositivo non è il primo del suo genere, ma le sue dimensioni rappresentano una svolta
per questo ramo sottoutilizzato ma potente dell'albero genealogico dell'energia pulita.
Che cos'è la generazione di energia dal moto ondoso e come si confronta con altre fonti rinnovabili?
E se l'energia delle onde è così grande, allora perché è in ritardo rispetto a quella solare, eolica e altre?
Immergiamoci nell'oceano dell'energia rinnovabile, dove le onde possono contenere più potenziale non sfruttato
del sole.
Forse i surfisti avevano sempre ragione.
Sono Matt Ferrell... benvenuto su Undecided.
L'energia delle onde è una specie di ramo dell'albero genealogico dell'energia idroelettrica.
Invece di usare dighe e gravità per catturare l'energia potenziale dell'acqua mentre cade,
sta traducendo il movimento dell'oceano in energia quasi illimitata.
In altre parole, l'energia delle onde utilizza l'energia cinetica immagazzinata nelle onde ed è meccanicamente
simile all'energia eolica.
Tecnicamente, entrambi stanno cercando di catturare le onde, ma le onde si increspano attraverso
diversi stati della materia.
Ci sono un paio di differenze importanti però.
Innanzitutto, a differenza del vento, le onde oceaniche non sono intermittenti.
Il surf è sempre alto, amico!
E secondo, l'acqua ha più massa dell'aria.
Poiché l'energia potenziale viene calcolata utilizzando massa e velocità, ha il potenziale per trasferire
più energia.
Ciò significa che c'è molta più energia potenziale nel mare disponibile per la cattura.
In teoria, le sole coste degli Stati Uniti potrebbero generare fino a 2,64 trilioni di chilowattora di energia.
Questo è circa il 64% della produzione totale di elettricità su scala industriale degli Stati Uniti nel 2021.
E le onde tendono ad aumentare in inverno.
Quindi, quando i giorni più corti iniziano a influenzare negativamente l'energia solare, l'energia delle onde diventa solo
più forte!
Sembra fantastico, ma qual è il problema?
Proprio come il solare, il trucco è convertire in modo efficiente ed efficace tutta l'energia delle onde
in elettricità utilizzabile.
Al centro di questo problema c'è lo sviluppo di un Wave Energy Converter (WEC) ottimizzato in
grado di generare elettricità mentre sopravvive alle dure condizioni dell'oceano.
Il record più antico dell'umanità che sfrutta l'energia idroelettrica risale al 202 a.C. in Cina.
A quei tempi usavano martelli da viaggio e una ruota idraulica verticale per pestare e sbucciare il grano, oltre a
rompere il minerale.
Quindi, è appropriato che torniamo in Cina per l'ultima innovazione dell'energia idroelettrica.
Questo è un enorme WEC chiamato power bank mobile Nankun.
E quando dico massiccio, intendo sul serio!
Il Nankun pesa 6.000 tonnellate e può generare fino a 24.000 chilowattora
di elettricità al giorno.
Questo è pari al consumo giornaliero di elettricità di 3.500 famiglie.
Le dimensioni e la generazione su scala di megawatt del Nankun rappresentano un grande balzo in avanti
rispetto ai dispositivi di energia delle onde più vecchi e più piccoli su scala di kilowatt.
Ma il Nankun non è l'unico WEC.
Dalle boe assorbenti a serpentina alle colonne d'acqua oscillanti che usano le onde per muovere l'aria e
muovere le turbine, a cose ancora più strane, c'è una vasta gamma di design diversi tutti in competizione
per essere l'unico a spezzare l'energia delle onde in modo efficiente e commerciale.
Perchè è questo?
Non è che vediamo un sacco di modi diversi per trasformare il vento in energia, e non c'è
un'enorme varietà di diverse forme di pannelli solari.
Cosa rende l'energia delle onde così strana?
Ebbene, a differenza dell'energia solare o eolica, non abbiamo ancora trovato gli strumenti, le tecniche ei materiali migliori della categoria
.
Quando si tratta di WEC, ci sono molti modi diversi per scuoiare un gatto e il campo è semplicemente
meno ricercato rispetto ad altre energie rinnovabili.
Secondo Robert Thresher del National Renewable Energy Laboratory (NREL), anche se
esiste una vasta gamma di progetti diversi, è possibile che dobbiamo ancora inventare il
miglior WEC.
Nel 2014 alcuni esperti stimavano che l'energia delle onde fosse circa 30 anni indietro rispetto all'eolico e al solare.
Tuttavia, da allora il numero di articoli pubblicati sull'energia delle onde è quasi raddoppiato.
Anche se la ricerca sta crescendo rapidamente, qual è il grande ostacolo?
L'energia delle onde deve affrontare più sfide ingegneristiche rispetto ad altri generatori di energia rinnovabile.
I WEC, per progettazione, devono essere abbastanza forti da essere sballottati dal vento e dall'acqua
tutto il giorno, tutti i giorni, per decenni.
Di nuovo, il surf è attivo, amico, il surf è sempre attivo.
Non c'è scampo dal surf!!
E questo è un giorno normale.
Questi sistemi devono essere progettati per resistere a mari agitati e
anche a varie tempeste e uragani.
Un sistema mal progettato verrà fatto a pezzi dalle onde.
L'oceano stesso non è particolarmente accogliente per la nostra tecnologia.
L'acqua salata è corrosiva e può distruggere metallo ed elettronica.
Mentre gli involucri impermeabili e gli anodi sacrificali possono aiutare a proteggere alcune strutture, la nebbia salina
è ancora uno dei principali test di tortura su elettronica e metalli rinforzati.
C'è anche il bio-fouling, in cui organismi come i cirripedi e le alghe aderiscono felicemente
a tutto ciò che gettiamo in mare e causano ogni sorta di problema.
Ma nonostante queste sfide, l'energia pulita potenzialmente offerta dai mari è troppo
buona per lasciarsela sfuggire.
E con il campo giovane com'è, c'è solo una pletora di dispositivi strani e meravigliosi
tutti in lizza per superare in modo efficiente queste sfide e diventare lo standard del settore.
Un promettente promettente è la serie xWave di CalWave di dispositivi di conversione dell'energia delle onde.
Sei già stanco di me che dico "saluto"?
Cos'è xWave e come funziona?
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Quindi torniamo a xWave e a come funziona.
Progettato e brevettato nel 2012 da CalWave, questo dispositivo converte in potenza il movimento relativo delle
onde che si sovrappongono.
Il design robusto di xWave gli consente di catturare l'energia delle onde proveniente da qualsiasi direzione e
persino di riposizionarsi nella colonna d'acqua per massimizzare il suo potenziale di cattura.
Nel 2016 CalWave ha vinto il secondo premio di $ 500.000 al Wave Energy Contest del DOE.
Poi è andato allo Scripps Institute of Oceanography per una corsa di prova di 6 mesi, dove l'xWave ha resistito
alla più grande tempesta che ha colpito l'area in un decennio.
Questo in realtà fa emergere un buon punto.
Grandi tempeste possono portare onde troppo forti per essere convertite in energia.
Le grandi onde possono anche danneggiare i WEC.
Ma xWave può rilevare autonomamente le tempeste in arrivo e utilizzare la sua capacità di riposizionarsi per
abbassarsi in sicurezza sotto le onde.
Il Pacific Northwest National Laboratory ha studiato l'impatto ambientale dell'xWave e ha dato
al dispositivo ottimi voti.
La minaccia di intrappolamento e collisione era presente ma minima.
Eventuali suoni o campi elettromagnetici (EMF) emessi dall'xWave sono stati sufficientemente smorzati
dal suo scafo.
E per finire, xWave utilizza solo lubrificanti e oli approvati da Green Marine, quindi qualsiasi sfortunata
fuoriuscita di sostanze chimiche sarebbe innocua.
Non avrei mai pensato di dire "lubrificanti e oli" in un video.
Come si confronta con l'altra nostra recente svolta, il Nankun?
Non sono riuscito a trovare studi sull'impatto ambientale per questo dispositivo, ma visto che ha
appena iniziato le operazioni di prova a giugno, non sarei sorpreso se uno studio del genere
era imminente.
È importante notare che i lubrificanti, gli oli e il biofouling sono un altro motivo per cui
l'energia delle onde non è stata utilizzata molto in passato.
È bello vedere aziende come CalWave essere proattive su questo e fornire anche
i risultati.
Ma tutta la compatibilità ambientale non significa molto se xWave non è abbastanza bravo
a generare energia da distribuire in primo luogo!
I dispositivi x1 più piccoli possono generare 100 kilowatt, che è sufficiente per un condominio più grande,
mentre il loro dispositivo più grande, l'xWave x100, può generare fino a 500 MW.
CalWave afferma che anche loro sono scalabili, ovviamente, basta metterne di più nell'acqua.
Come vedremo tra poco, questa è una caratteristica piuttosto importante.
Inoltre, la società afferma che i suoi xWaves sono costruiti per durare 20 anni o più.
Secondo CalWave, xWave raggiunge da solo un fattore di capacità minimo del 40%
.
Ma questo può essere aumentato a oltre l'80% se è collocato insieme e combinato con l'eolico offshore.
Vento e onde formano in realtà un duo dinamico.
Ricordi come le onde tendono ad essere più forti nei mesi invernali?
Bene, il vento tende a salire in estate.
Quando si confrontano il costo e la produzione di energia nel corso della vita per i generatori, si tende a utilizzare
il costo livellato dell'energia (LCOE), un calcolo che cerca di misurare in modo olistico quanta
energia un determinato progetto produrrà nel corso della sua vita rispetto a quanto costerà
nello stesso periodo di tempo.
Sia l'energia delle onde che l'eolico offshore tendono ad avere LCOE relativi elevati per ragioni simili,
ma la co-localizzazione di questi dispositivi di energia verde può davvero aiutare a ridurre questo numero.
Possono condividere l'infrastruttura di esportazione elettrica, due dispositivi in ​​uno spazio risparmiano sui costi immobiliari
e rende la manutenzione più facile ed economica da eseguire ecc.
Quindi, anche se la colocation non è una strategia unica per xWave, è bello sapere che
il loro dispositivo è essendo progettato sia per funzionare con il vento che con la carta.
Abbiamo parlato molto di come l'ambiente influisce sui WEC, ma in che modo i WEC influenzano l'ambiente?
È frustrantemente difficile dire esattamente quale sia l'impatto ambientale dei WEC
perché il campo è così giovane e ci sono così tante variabili.
Letteralmente tonnellate di design diversi, ognuno dei quali fa cose diverse con le onde in
parti diverse di ecosistemi marini unici sparsi per il mondo.
È molto da calcolare e varierà enormemente da un progetto all'altro.
Ad esempio, molti WEC fluttuanti utilizzano cavi elettrici per rimandare
a terra l'energia che hanno raccolto.
La vita marina, come gli squali, a volte può essere attratta da sistemi come questo.
Ad esempio, alcuni cavi in ​​fibra ottica oceanica hanno indotto gli squali a dargli occasionalmente
un morso di prova non così gentile.
Il motivo esatto per cui è ancora un po' sconosciuto, quindi è qualcosa che dobbiamo capire
meglio e affrontare.
Per qualcosa come la rumorosa pompa dell'aria su un WEC a colonna d'acqua oscillante, potrebbe spaventare
foche e tartarughe marine a riposo.
Come si spiega tutto questo?
A complicare ulteriormente le cose, questi dispositivi dovrebbero durare più di 20 anni.
È difficile studiare un dispositivo così longevo in un campo così giovane, specialmente in un ambiente
ostile come l'oceano.
Date le potenziali preoccupazioni ambientali associate ai WEC, è confortante sapere
che gli studi diligenti di xWave dimostrano che la vita marina sarà in gran parte inalterata.
Questi studi hanno persino tenuto conto dello scale up.
Sebbene lo scale up sembri semplice (basta costruire di più), le sfide ingegneristiche e finanziarie
sono state un fattore limitante in passato.
Questo è ciò che rende la scalabilità di xWave e le dimensioni di Nankun così entusiasmanti.
Naturalmente, il costo è sempre il re e i WEC hanno costi iniziali elevati.
L'installazione e la manutenzione sono spesso difficili e costose perché la maggior parte dei WEC opera in
o sotto acque agitate.
Possiamo vedere questo gioco con altre energie rinnovabili.
Ricordi le nostre installazioni eoliche offshore con LCOE altrettanto elevato?
C'è un motivo per cui tendono ad essere significativamente più costosi dei loro parenti a terra,
in parte perché trovare un immobile sottomarino adatto e ancorare il WEC
in sicurezza può costare da 2 a 3 volte di più del dispositivo WEC stesso.
E sia l'installazione che la manutenzione di solito richiedono l'attesa delle condizioni oceaniche
essere al sicuro o "giusto" che fa aumentare ulteriormente i costi.
Queste sfide ingegneristiche e finanziarie sicuramente non rendono facile testare i WEC su
larga scala o in ambienti controllati.
Alla fine della giornata, l'oceano è un luogo difficile e costoso in cui operare.
Può sembrare che l'oceano semplicemente non ci voglia lì.
Ma ancora una volta, vale la pena affrontare queste sfide, a causa del folle potenziale dell'energia delle onde.
Reza Alam dell'Università della California a Berkeley la mette così: ogni metro quadrato
di un pannello solare riceve da 0,2 a 0,3 kilowatt di energia solare, e ogni metro quadrato di
una torre eolica assorbe da 2 a 3 kilowatt.
Ogni metro della costa della California riceve 30 kilowatt di energia delle onde.
Certamente mette in prospettiva il potenziale dell'energia delle onde.
E ci sono buone ragioni per essere ottimisti.
Uno studio del 2019 del NREL ha suggerito che, se tutto va bene, l'LCOE dei convertitori di energia delle onde
potrebbe scendere fino a $ 0,30 per kWh entro il 2033, ovvero $ 300 per MWh.
L'LCOE ovviamente varia molto da sito a sito, ma per fare un confronto, uno studio dell'Energy
Information Administration (EIA) ha stimato l'LCOE medio per i parchi solari nel 2021 a oltre $ 33 per
MWh e l'eolico onshore a circa $ 38 per MWh.
Non si prevede che l'energia delle onde scenda a quei prezzi fino al 2050.
La stima prudente è di circa $ 130 per MWh (più o meno $ 60) e ottimisticamente
$ 70 per MWh (più o meno $ 30).
Considerando che il solare è attualmente uno dei modi più economici per generare elettricità, sembra
che non perderà quella corona tanto presto.
Ma nello scenario ottimistico l'energia delle onde può entrare nel campo da baseball.
L'energia delle onde è ancora un campo nuovo e le sue sfide ingegneristiche uniche e costose
significano che non è così "risolto" come l'eolico o il solare.
Ma l'enorme varietà di modi in cui possiamo trasformare le onde in elettricità ha reso l'energia delle onde
un campo eccitante.
E l'energia pulita potenziale, quasi illimitata fornita dai nostri mari è troppo buona per lasciarsela sfuggire.
Come ci mostrano Nankun e xWave, una volta che l'industria troverà le sue gambe, l'energia del moto ondoso potrebbe
essere uno degli strumenti di energia rinnovabile più potenti nella nostra cintura di utilità... a patto che i
costi possano scendere.
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