ISWEC: l’energia che viene dal mare

Il moto ondoso è considerato la più grande fonte di energia rinnovabile inutilizzata del Pianeta: ENEA e RSE hanno calcolato che se si riuscisse a sfruttarla si otterrebbero 80 mila miliardi di KWh: cinque volte il fabbisogno annuale di energia elettrica del mondo intero. Il nostro sistema ISWEC fa esattamente questo: converte l’energia delle onde marine in energia elettrica, rendendola immediatamente disponibile per impianti off-shore o immettendola nella rete elettrica per dare corrente a comunità costiere. Il nome completo è Inertial Sea Wave Energy Converter e lo abbiamo sviluppato insieme a Wave for Energy S.r.l., spin-off del Politecnico di Torino. Il sistema è costituito da uno scafo galleggiante sigillato con al suo interno una coppia di sistemi giroscopici collegati ad altrettanti generatori. Le onde provocano il beccheggio dell’unità, ancorata al fondale, ma libera di muoversi e oscillare. Il beccheggio viene intercettato dai due sistemi giroscopici collegati a generatori che lo trasformano in energia elettrica. Una soluzione semplice, con un cuore d’alta tecnologia. Oltre che dalle onde, il mare può fornire energia pulita in molti altri modi.

Per studiare e utilizzare al meglio tutto il potenziale di mari e oceani, in collaborazione con il Politecnico di Torino, abbiamo creato MORE – Marine Offshore Renewable Energy Lab: un laboratorio interamente dedicato allo sviluppo di tecnologie per sfruttare il moto ondoso, ma anche le correnti oceaniche, le maree e il gradiente salino, oltre che per migliorare l’eolico e il solare offshore.

Il nostro impegno nello sviluppo del settore delle energie rinnovabili marine è stato rafforzato dall’ingresso, come lead partner, nell’Ocean Energy Europe (OEE), la più grande organizzazione europea per lo sviluppo delle energie dall’oceano. Un incarico che ci permette di contribuire alle definizione delle linee strategiche adottate dalla OEE per la commercializzazione di soluzioni tecnologiche offerte dal mare.

ISWEC è perfetto per fornire energia elettrica a impianti off-shore, in particolare a piattaforme Oil&Gas. Il primo impianto pilota è già attivo a Ravenna, collegato alla nostra piattaforma PC80 e integrato con un impianto fotovoltaico. Questo tipo di applicazioni aumenta l’autosufficienza energetica di strutture posizionate al largo, lontano dalla costa e magari in contesti geografici in cui l’approvvigionamento elettrico non è scontato. Questa prima versione è arrivata a produrre il 105% della sua potenza nominale di 50 kW, ma stiamo lavorando a un modello industriale di ISWEC che raccoglierà tutte le innovazioni che sta studiando il MORE Lab. Il nostro obiettivo è sviluppare 118 impianti ISWEC industriali per arrivare a produrre circa 12 MW di energia elettrica dal moto ondoso. Questi dispositivi arriveranno a 100 kW di picco e il primo varo è previsto per la fine del 2022. Sarà il primo impianto al mondo che verrà collegato piattaforma in produzione Prezioso al largo delle coste di Gela. L’industrializzazione della tecnologia ISWEC è resa possibile da un accordo tra Eni, Cassa Depositi e Prestiti, Fincantieri e Terna, che mettono a sistema le competenze nei loro rispettivi ambiti per produrre impianti ISWEC su scala industriale, in grado di fornire energia rinnovabile a piattaforme offshore medio-grandi e a insediamenti su isole minori.

L’energia del moto ondoso è la più costante tra quelle rinnovabili: a differenza del sole e del vento, il mare non si ferma mai. Ed è anche la più “densa” perché non è altro che la concentrazione dell’energia prodotta dal vento, che a sua volta concentra l’energia prodotta dal riscaldamento dell’atmosfera dovuto al sole. La potenza energetica media delle onde è dell’ordine dei 2-3 kW per m², quattro-cinque volte la potenza ottenibile con l’eolico e fino a venti volte quella del fotovoltaico. Gli aspetti problematici da risolvere erano due: la corrosione a causa della salsedine e le variazioni di intensità delle onde. Con ISWEC li abbiamo risolti entrambi poiché le parti mobili e delicate sono all’interno dello scafo sigillato, completamente isolate dall’acqua salata, mentre i sistemi giroscopici che alimentano i due generatori sono tarati automaticamente per rispondere alle diverse condizioni meteomarine. ISWEC converte il moto ondoso in energia elettrica grazie a un sistema inerziale basato sul principio della fisica classica della conservazione del momento angolare: le onde provocano l’oscillazione dello scafo che si trasmette ad un volano in rotazione su un asse perpendicolare a quello di beccheggio, questo per effetto giroscopico, produce un terzo moto perpendicolare ad entrambi utilizzabile per generare energia elettrica. ISWEC presenta una componente attiva nel processo di cattura dell’energia, che viene regolata dalla velocità di rotazione del volano e consente di adattare l’inerzia dello scafo alla lunghezza d’onda marina che lo investe; questa caratteristica, implementata per la prima volta al mondo da Eni su un prototipo industriale, è il vero punto di discontinuità rispetto agli altri sistemi di cattura, infatti si è in grado di variare l’inerzia del dispositivo come se ne modificassimo le dimensioni, ottenendo  di fatto un sistema a geometria variabile virtuale. Le onde sono la più grande fonte di energia rinnovabile non sfruttata, presentano alta prevedibilità, bassa variabilità e hanno una densità energetica estremamente elevata, che ne fanno la risorsa rinnovabile che più si avvicina ai vantaggi delle fonti fossili. Queste caratteristiche fanno delle onde una promettente fonte di energia per il futuro, idonea per la decarbonizzazione delle attività O&G off-shore e per assicurare l’autonomia energetica delle piccole isole.

ISWEC è un esempio del lavoro di squadra che c’è dietro a ogni nostra tecnologia proprietaria. In questo caso, una delle sfide tecnologiche più delicate da risolvere era la taratura del sistema giroscopico per ottimizzarne la risposta alle condizioni locali del mare: passaggio fondamentale per sfruttare quella disponibilità costante che costituisce la caratteristica più interessante del moto ondoso. Si trattava di analizzare e incrociare fra loro grandi quantità di dati da fonti diverse, quelli metereologici e quelli relativi al funzionamento della macchina. L’aiuto è arrivato dal HPC4 e HPC5, i nostri supercomputer: grazie alla loro potenza di calcolo utilizziamo modelli matematici avanzati per elaborare formule di risposta adatte a ogni situazione meteomarina. E così oggi la “Culla dell’Energia” non si ferma mai, garantendo livelli di produzione costanti. Una ulteriore crescita tecnologica di ISWEC consiste nell’installazione di pannelli fotovoltaici sulla coperta degli impianti di scala industriale che, larghi 23 metri e lunghi 19, offrono un’ampia superficie utile. Particolarmente profonda e ramificata, inoltre, è l’integrazione fra le nostre persone e strutture e il MORE Lab. Il laboratorio, infatti, ha sede presso il Politecnico e impiega infrastrutture di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, ma si interfaccia con due nostri importanti asset di ricerca: il Marine Virtual Lab nel Green Data Center di Ferrera Erbognone, che utilizza il supercomputer HPC5, e l’area di test in mare aperto a Ravenna, dove stiamo valutando la versione pilota di ISWEC. Il MORE Lab, inoltre, fa rete anche con il sito di test del Politecnico a Pantelleria, dove altri aspetti di questa tecnologia vengono studiati all’interno dell’ecosistema isolano, che mira all’autonomia energetica e all’azzeramento dell’impatto paesaggistico. A pieno regime, il laboratorio impiega circa 50 ricercatori che collaborano con nostre persone, per una rapida crescita del know-how specifico e per la finalizzazione industriale delle tecnologie. Il centro, inoltre, dispone di una vasca di prova navale e di laboratori all’avanguardia. Il Politecnico di Torino, parallelamente, ha attivato una cattedra specifica sulla “Energia dal Mare” per formare ingegneri specializzati nella progettazione, realizzazione e utilizzo delle nuove tecnologie che saranno sviluppate proprio nel laboratorio.

Seppur diversi, tutti gli insediamenti marittimi si assomigliano perché hanno esigenze simili. Una piccola isola abitata non è tanto differente da una piattaforma Oil&Gas: orizzonti e distanze hanno le stesse dimensioni. Per questo stiamo valutando possibili applicazioni di ISWEC per la fornitura di energia elettrica a comunità che vivono su piccole isole. Affiancando più dispositivi tra loro, ad esempio, si possono realizzare dei parchi energetici marini con una potenza sufficiente a garantire la fornitura elettrica ai villaggi isolani. Questo traguardo si sta avvicinando grazie agli accordi che stiamo sviluppando insieme a Cassa Depositi e Prestiti, Fincantieri e Terna per produrre e attivare versioni su scala industriale di ISWEC. Fincantieri, in particolare, potrà mettere a disposizione le proprie competenze nelle realizzazioni navali e Terna quelle nell’ingegneria elettrica, mentre Cassa Depositi e Prestiti curerà, in sinergia con i partner, i rapporti con le Istituzioni centrali e gli enti locali, individuando i migliori profili economici e finanziari e i meccanismi di remunerazione dell’energia prodotta.