Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Dimensionamento di un disposi=vo “point absorber” per la conversione di energia da onda nel Mare Mediterraneo Renata Archetti DICAM, Università di Bologna Giuseppe Passoni DEIB; Politecnico di Milano Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Liber. et al., 2013 Cruz, 2008 Alghero a) a) 4 Mazara del Vallo b) 10 b) 410 2 2 4 4 6 8 6TP [s] 8 10 10 12 12 TP [s] Ponza [%] d) d) 4 HS [m] HS [m] c) c) 48 8 6 6 24 24 2 2 0 [%] 0 [m] HS H[m] S [m] HS H[m] S 4 2 4 6 8 TP [s] 10 12 4 4 4 6 8 6TP [s] 8 10 10 12 12 TP [s] 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 [%] 0 [%] La Spezia 10 10 8 8 6 6 24 4 2 2 0 [%] 4 6 8 TP [s] 10 12 0 [%] Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 PELAMIS AQUABUOY 25 20 WAVE DRAGON Capacity factor [%] AquaBuOY Pelamis Wave Dragon 15 10 5 Scala [-] 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Alghero AquaBuOY Pelamis Mazara Wave Dragon AquaBuOY Pelamis Wave Dragon Scala 0.4 0.4 0.4 0.35 0.3 0.3 Potenza nominale [kW] 10 30 283 6 11 104 Energia media annua [MWh] 14 53 421 10 20 175 16% 20% 17% 18% 21% 19% Capacity factor [%] Bozzi S, Arche; R, Passoni G. Wave electricity produc.on in Italian offshore: A preliminary inves.ga.on. Renewable Energy 2014 (62), 407 – 416. Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Posizione AL LARGO Principio di lavoro SUSSULTO (HEAVE) Tipologia POINT ABSORBER Sistema di conversione dell’energia GENERATORE ELETTRICO LINEARE Inspirato al Seabased WEC, sviluppato dall’Università di Uppsala Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Equazione del moto Equazione eleJromagneKca Sviluppo del modello accoppiato idrodinamico ed eleJromagneKco OXmizzazione della coppia boa-‐generatore per i mari italiani Incremento efficienza: aggiunta di un corpo supplementare risonante Confronto modello 1DoF e 2DoF: effeJo dell’abbrivio Interazione idrodinamica tra disposiKvi: simulazione di un array Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 IPOTESI Teoria lineare Modellazione 1D Traslazione verKcale FORZE IDRODINAMICHE FORZA ELETTROMAGNETICA FORZA MECCANICA 𝒎∙𝒛 =𝑭↓𝒆𝒄 (𝒕)+𝑭↓𝒓𝒂𝒅 (𝒛 )+𝑭↓𝒊𝒅𝒓𝒐 (𝒛)+ 𝑭↓𝑳𝑮 (𝒊↓𝒑𝒉 ,𝒛 )+ EQUAZIONE DEL MOTO 𝑭↓𝒎𝒐𝒍𝒍𝒂 (𝒛) 𝒆𝒎𝒇↓𝒑𝒉 (𝒛,𝒛 )=𝑹↓𝒕 ∙𝒊↓𝒑𝒉 (𝒛,𝒛 )+𝑳∙𝒅/𝒅𝒕 (𝒊↓𝒑𝒉 ) EQUAZIONE ELETTROMAGNETICA Bozzi S., Miquel A.M., Antonini A., Passoni G., Arche; R. Modeling of a point absorber for energy conversion in Italian seas. Energies 2013 (6), 3033 – 3051. Miquel A.M. Wave energy in the Italian seas: preliminary design of a point absorber. M.Sc. Thesis 2012. Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 RISULTATI Movimento e potenza ele^rica Sta= di mare Buoy position (r) and sea level (b) over time for wave height H= 1.2374 and period T= 5.94 1 ODE solver Dinamica sistema Buoy z[m], v[m/s], wave[m] 874 onde monocromaKche 0.25 𝑚 ≤ 𝐻𝑠 ≤ 9.5 𝑚 2 𝑠 ≤ 𝑇e ≤ 18 𝑠 Matrice di potenza z u eta 0.5 0 -0.5 -1 588 589 590 591 time [s] 592 593 594 GENERATED POWER for H=1.24 [m] and T=5.94 [s] A B C Ptot 8 7 Coefficien= idrodinamici Pm Occorrenze 5 Modello PTO Potenza generata P(t) [kW] Massa aggiunta Forza di radiazione Forza di eccitazione 6 4 3 2 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t/T [-] 20 minuK Energia media annua Capacity factor Capture width ra=o Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 1. Scelta della forma oZmale del galleggiante 2. Scelta dei parametri geometrici del cilindro 3. Simulazione di boe cilindriche di diverso diametro con lo stesso affondamento Analisi di sensiKvità della potenza prodoJa ai parametri geometrici del cilindro (diametro, altezza, affondamento) D = 2 m D = 3 m D = 4 m D = 5 m D = 6 m 4. Simulazione di generatori di diversa potenza nominale, con la stessa unità elementare 4 kW 6 kW 8 kW 10 kW 12 kW Antonini A., Miquel A.M., Arche; R., Bozzi S., Passoni G. Preliminary design of a point absorber with linear generator designed for energy produc.on off the Italian coasts. EWTECH 2013 Scarpa F. Wave energy in Italian seas: Hydro-‐Electric modeling of a point absorber with a directly driven tubular linear generator. M.Sc. Thesis 2013 Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Alghero 20% Mazara del Vallo 20% 17% 17% 15% 15% 15% 10% 10% 10% D [m] 5% 2 3 4 5 LG4 D [m] 5% 6 2 LG6 Ponza 20% 3 4 LG8 5 14% D [m] 5% 6 2 LG10 3 4 5 LG12 20 AEO [MWh] Località Alghero 10 Mazara del Vallo Ponza La Spezia LG [kW] 6 6 6 6 D [m] 5 5 5 5 AEO [MWh] 8.82 8.85 7.56 5.84 CF 15.4 [%] 13.5 17 11.6 8.917 14 11 5.7 0 2 3 4 5 6 6 Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Occorrenze [%] Periodo proprio del disposi=vo Alghero 𝜔 ↓0 =√𝜌𝑔𝜋𝐷↑2 /4 +𝐾 /𝑚+𝑚↓𝑎 𝑇↓0 ≅2.5𝑠 CORPO SUPPLEMENTARE RISONANTE NEUTRO SFERICO A PROFONDITA ELEVATA 𝜔 ↓0 =√𝜌𝑔𝜋𝐷↑2 /4 +𝐾 /𝑚+𝑚↓𝑎 Mazara del Vallo Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Massa aggiunta [kg] 100000 80 80000 60 60000 40 40000 20 20000 ω[rad/s] 0 0.5 d Energia media annua [MWh] 1 1.5 2 2.5 Alghero Mazara del Vallo 3 Forza di radiazione [Ns/m] 40000 0 80% Ponza La Spezia Capacity factor 60% 30000 40% 20000 20% 10000 ω[rad/s] 0 0.5 200000 1 1.5 2 2.5 0% Alghero Mazara del Ponza Vallo 3 Forza di eccitazione [N/m] 40% 160000 30% 120000 20% 80000 10% La Spezia Capture width ra=o 0% 40000 ω[rad/s] 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Alghero Mazara del Ponza Vallo La Spezia Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 40 Energia media annua [MWh] 30 Sussulto (heave) 20 10 Abbrivio (surge) 0 Alghero 50 40 30 20 10 0 Capacity factor [%] Alghero 30 Mazara del Vallo Mazara del Vallo Capture width ra=o [%] 20 10 0 Alghero Mazara del Vallo Miquel A.M., Antonini A., Arche; R., Bozzi S., Passoni G. Assessment of the surge effects in a heaving point absorber in the Mediterranean Sea. OMAE 2014. Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 q>1 𝒒=𝑷↓𝒑𝒂𝒓𝒄𝒐 /𝑵× 𝑷↓𝒊𝒔𝒐𝒍𝒂𝒕𝒐 INTERAZIONE COSTRUTTIVA q<1 INTERAZIONE DISTRUTTIVA Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 MAZARA del VALLO ALGHERO q = 1.05 77.0 MWh q = 1.04 76.8 MWh q = 1.04 76.6 MWh q = 0.96 56.2 MWh q = 0.92 65.1 MWh q = 0.93 65.4 MWh LA SPEZIA L PONZA q = 0.98 57.3 MWh q = 0.94 66.3 MWh q = 0.97 56.6 MWh q = 0.95 43.3 MWh q = 0.93 42.7 MWh q = 1.07 48.8 MWh Giassi, M. Hydrodynamic interac.on among wave energy converters: electric produc.on in the Italian offshore. M.Sc. Thesis 2014 Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 FACILITIES 2D wave-current flume 3D wave basin Dimensions 10x0.7x0.5 m Hmax up to 0.3 m Dimensions 10x17x1.4 m 16 wavemaker modules Spectral waves Hmax up to 0.5 m longshore-current simulations Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Il disposi=vo, opportunamente dimensionato, presenta prestazioni comparabili ai proto=pi a^ualmente disponibili Disponibilità di know how e di strumen= modellis=ci e sperimentali per lo studio preliminare di altri disposi=vi puntuali Analisi di faXbilità prevede considerazioni sui cos= di installazione e manutenzione. Energia dal mare Le nuove tecnologie per i mari italiani ENEA, 1-‐2 luglio 2014 Grazie per l’attenzione Renata Archetti Adrià Moreno Miquel Alessandro Antonini DICAM, Università di Bologna Giuseppe Passoni Silvia Bozzi Giambattista Gruosso Francesca Scarpa Federica Bizzozero Mariannza Giassi DEIB, Politecnico di Milano Si ringraziano CONISMA e RITMARE per il supporto a parte della ricerca
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