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1 PREMESSA
E' stato stimato che i fabbisogni energetici mondiali continueranno ad aumentare
costantemente almeno per i prossimi venticinque anni. Fermo restando le attuali politiche
governative i fabbisogni energetici mondiali, nel 2030, aumenteranno del 50% rispetto ad
oggi. Più del 60% di tale aumento sarà fornito dal petrolio e dal gas naturale. Le emissioni
di anidride carbonica, responsabili dell'effetto serra, continueranno perciò ad aumentare,
chiamando in causa la sostenibilità a lungo termine del sistema energetico mondiale.
Azioni decise da parte dei governi dei Paesi consumatori stanno oramai indirizzando il
mondo verso un percorso energetico orientato al contenimento del consumo dei
combustibili fossili e alla promozione delle Risorse Energetiche Rinnovabili (RER).
Nessuna fonte energetica in realtà sarebbe tale se non vi fosse modo efficace,
efficiente ed economico di catturarne il potenziale. Per permettere la reciproca
integrazione tra politica energetica e ambientale, è necessario uno sforzo da parte dei
ricercatori per lo sviluppo di tecnologie, economicamente convenienti, per lo sfruttamento
delle fonti di energia rinnovabili come, tra le altre, quella delle onde.
L'energia delle onde è una risorsa rinnovabile e pulita il cui contributo potenziale
nel mercato mondiale dell'energia elettrica può essere stimato nell'ordine dei 2000
TWh/anno, che rappresenta circa il 10% dei consumi elettrici mondiali.
Oggi, in tutto il mondo, il più grande problema per l'estrazione dell'energia elettrica
dal moto ondoso è sviluppare tecnologie affidabili e dai costi contenuti. L'Italia è il
secondo paese al mondo per importazione di energia elettrica e solo il 20% delle risorse
energetiche per produrre energia elettrica, sono di provenienza nazionale. La quota di
energia rinnovabile prodotta ha raggiunto solo il 16%.
1.1 SCOPO DEL LAVORO
Il presente lavoro ha come scopo quello di fornire la mappatura della potenza
ricavabile dal moto ondoso nel Mar Mediterraneo con l'obbiettivo utilizzarlo come valido
strumento per lo sviluppo e per la diffusione dell'estrazione di energia ondosa tramite
appositi convertitori (WEC) in Italia e in tutti i paesi che si affacciano sul bacino del
Mediterraneo.
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2 ENERGIE RINNOVABILI
Sono da considerarsi energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti
che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono "esauribili" nella scala dei
tempi "umani" e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le
generazioni future.
Sono dunque generalmente considerate "fonti di energia rinnovabile" il sole, il vento, il
mare, il calore della Terra, ovvero quelle fonti il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la
disponibilità nel futuro, mentre quelle "non rinnovabili", sia per avere lunghi periodi di
formazione di molto superiori a quelli di consumo attuale (in particolare fonti fossili quali
petrolio, carbone, gas naturale), sia per essere presenti in riserve non inesauribili sulla
scala dei tempi umani, sono limitate nel futuro.
Prima di procedere alla descrizione del panorama delle energie rinnovabili, si
vuole qui accennare alle motivazioni politiche che giustificano la loro importanza.
Le considerazioni su cui poggia la scelta politica di adottare e incentivare l’energia
rinnovabile, sono le seguenti:
• è necessario differenziare il mix energetico
Attualmente il consumo mondiale di energia primaria è basato su petrolio, gas e
carbone (Figura 2-1), con un aumento della competizione per le risorse energetiche tra i
paesi sviluppati (anche se con consumi ormai stazionari, come Europa, Stati Uniti e
Giappone) (Figura 2-2) e paesi in fase di industrializzazione (soprattutto Cina e, nel
prossimo futuro, l’India). I consumi da fonte fossile saranno sempre più soddisfatti da
giacimenti presenti in aree del mondo caratterizzate da instabilità sociale o politica. Ad
oggi il 40% delle riserve mondiali di petrolio è concentrato in Medio Oriente (di cui il 75% è
in mano a paesi OPEC, (Figura 2-3), mentre il 56% delle riserve mondiali di gas è
localizzato in Medio Oriente e Russia. Di contro, le riserve di fonti fossili presenti nei paesi
sviluppati, come il gas in Europa (l’Olanda produce circa il 50% del gas consumato
nell’UE) e il carbone (Nord America ed Europa) sono in lento esaurimento. Il rapporto tra
le riserve disponibili e l’estrazione annua è, attualmente, di circa 61 anni per il gas e di
133 anni per il carbone. La risposta politica di fronte a un simile scenario, a livello
europeo, è quella riportata nelle “Conclusioni della Presidenza” al Consiglio Europeo di
Bruxelles svoltosi nel marzo 20071: ci si è posti l’obiettivo di arrivare al 20% dei consumi
di energia primaria provenienti da fonte rinnovabile e ridurre del 20% i consumi energetici
1 http://register.consilium.europa.eu/pdf/it/07/st07/st07224-re01.it07.pdf
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rispetto le proiezioni del 20202
Figura 2-1:Andamento dei consumi mondiali per fonte fossile 2000-2007 (Mtep)
Fonte: BP Statistical Review of World Energy (Giugno 2007)
Figura 2-2: Consumi mondiali di energia primaria 2000-2007 (Mtep)
Fonte: BP Statistical Review of World Energy (Giugno 2007)
2 indicate nel “Libro Verde sull’Efficienza Energetica” redatto dalla Commissione UE
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Figura 2-3: produzione di petrolio per area: dati storici e previsioni (in %)
Fonte: elaborazione ENEA su dati AIE, World Energy Outlook 2006
• è necessario ridurre le emissioni di gas serra al fine di contenere il
surriscaldamento globale.
Sono alcuni gas a lunga permanenza nell’atmosfera, come sta confermando la
ricerca scientifica mondiale, che contribuiscono all’imprigionamento dell’energia radiante
solare nell’atmosfera, determinando il surriscaldamento di quest’ultima. In particolare il
principale gas ad effetto serra è l’anidride carbonica, originata principalmente dall’uso dei
combustibili fossili nel settore energetico e industriale; il settore primario contribuisce per il
13% circa alle emissioni di gas serra. Secondo l’IPPC (Integrated Pollution Prevention
and Control) la concentrazione di CO2 nell’atmosfera è passata da 280 ppm prima del
1750 a 379 ppm nel 2005. Negli ultimi 50 anni si è assistito ad una intensificazione dei
parametri indicatori del surriscaldamento globale derivanti principalmente dall’attività
antropica. Per tali motivi, mentre l’Unione Europea si è impegnata a ridurre del 20% i livelli
di emissioni rispetto ai valori registrati nel 1990, nell’incontro del G8 tenutosi in Giappone
nel luglio 2008 si è siglato un documento che ambisce addirittura a dimezzare le emissioni
di gas serra entro il 2050. A titolo di confronto, per sottolineare l’ambiziosità (e la difficoltà)
nel conseguire tali obiettivi, si rammenti che il Protocollo di Kyoto prevede di ridurre
mediamente del 5%, entro il 2012, i livelli di emissione rispetto i valori del 1990 (le
percentuali obiettivo variano per area economica e per nazione). Come al precedente
punto, gli strumenti per attuare una politica di riduzione delle emissioni di gas serra
consistono principalmente nell’aumento dell’efficienza energetica (conseguibile soprattutto
grazie ad un uso più attento dei combustibili da parte del consumatore finale) e
nell’impiego energetico delle fonti rinnovabili. D’altra parte l’IPPC considera necessario
dimezzare le emissioni entro il 2050 per contenere l’aumento della temperatura mondiale
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entro i 2,4°C, che è appunto il valore termico al d i sotto del quale le variazioni ambientali a
livello planetario dovrebbero essere tutto sommato contenute.
2.1 ENERGIE RINNOVABILI DESTINATE A PRODURRE ELETTRICITÀ E LA LORO IN-
STALLAZIONE NEL MONDO
L’energia prodotta dalle fonti rinnovabili può essere classificata, secondo due
modalità:
• sulla base dell’origine (idrica, solare, da biomassa e rifiuti, eolica, geotermica)
• a seconda dell’utilizzo (energia elettrica, termica, meccanica – combustibile da
trasporto).
Nel 2004 le energie rinnovabili, che includono anche il settore idroelettrico, hanno
fornito attorno al 7% del fabbisogno di energia elettrica mondiale. Il settore é cresciuto
significativamente dagli ultimi anni del ventesimo secolo, tanto che nel 2005 il totale dei
nuovi investimenti in questa area è stato stimato attorno i 38 miliardi di dollari USA. La
Germania e la Cina guidano la graduatoria, con investimenti di circa $ 7 miliardi ognuna,
seguiti dagli Stati Uniti, dalla Spagna, dal Giappone, e dall'India. L’investimento in fonti di
energia rinnovabile ha comportato nel 2008 l'aggiunta di 35 GW di potenza elettrica
installata.
Figura 2-4:le varie fonti di impiego di energia rinnovabile nel mondo (Fonte: REN21)
Di seguito viene descritta la prima modalità di classificazione e per ciascuna
“origine” viene riportata una breve descrizione delle modalità di produzione di energia
elettrica dalla fonte rinnovabile in esame.
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2.1.1 Energia eolica*
L'energia eolica è il prodotto della conversione dell'energia cinetica del vento in
altre forme di energia (elettrica o meccanica). Oggi viene per lo più convertita in energia
elettrica tramite una centrale eolica, mentre in passato l'energia del vento veniva utilizzata
immediatamente sul posto come energia motrice per applicazioni industriali e pre-
industriali (come, ad esempio, nei mulini a vento). Prima tra tutte le energie rinnovabili per
il rapporto costo/produzione, è stata la prima forma di energia rinnovabile scoperta
dall'uomo dopo il fuoco.
Secondo l'agenzia GWEC, la percentuale di potenza eolica installata rispetto alla
potenziale capacità disponibile nel mondo è stata del 25,6% nel periodo tra la fine del
2005 e del 2006, evidenziando ampi margini di intervento. Alla fine del 2006 il totale di
potenza eolica installata nel mondo ha raggiunto il valore di 74 GW, denotando che più
della metà di tale incremento si è registrata in soli quattro paesi: Germania (20.621 MW di
capacità eolica totale nel 2006), Spagna (15.515 MW ma al gennaio 2008), Stati Uniti
(16.800 MW nel 2008) ed India (7.660 MW nel 2007). Il raddoppio della capacità
generativa ha richiesto circa tre anni e mezzo. Bisogna denotare che la capacità totale
installata non corrisponde alla reale energia producibile che è circa un terzo della potenza
installata; la reale produzione elettrica é generalmente il 25-40% della capacità nominale.
Ad esempio, una turbina da 1 MW con un "capacity factor" del 35% non produce 8.760
megawattora in un anno (1x24x365), ma 0.35x24x365 = 3,066 MWh, con una potenza
media realmente sfruttata di 0,350 MW.
Il “capacity factor” dipende essenzialmente dalla ventosità del sito di installazione.
Tali considerazioni sono essenziali per definire il “numero di ore equivalenti di
funzionamento” dell’aerogeneratore alla potenza nominale; un sito è idoneo se tale
numero di ore è almeno di 1500 ore in un anno, altrimenti si rischia di installare grosse
turbine eoliche in siti poco ventosi e, conseguentemente, non sfruttarle al meglio della loro
potenzialità.
Grazie ai recenti sviluppi tecnologici l'energia eolica inizia ad essere
economicamente vantaggiosa. Il costo di installazione è relativamente basso (circa 1,5 €
per Watt), quindi appetibile se raffrontato ad altre tecnologie come ad esempio il
fotovoltaico (circa 5 € per Watt) oppure il nucleare (da 2 a 6 € per Watt, a seconda del tipo
d'impianto).
___________________
* fonte del paragrafo: ALESSCO, l'Agenzia Locale per l'Energia e per lo Sviluppo Sostenibile, "La situazione internazionale",
http://alessco.it/it/wp-content/uploads/2009/03/la-situazione-internazionale.pdf
Figura 2-5:capacità mondiale installata e previsioni 1997-2010 (Fonte: WWEA)
Negli USA si calcola che un aerogeneratore di ultima generazione (da 3 MW di
picco, costo 3-6 milioni di dollari, altezza torre di circa 100 m) se posto in zone agricole
ventose come il Nord e Sud Dakota, il Kansas, oppure il Texas, possa generare almeno
300.000 $ di energia elettrica all'anno. Se consideriamo invece attorno all'aerogeneratore
un'area di rispetto di 4 ettari (40.000 m2) coltivata a mais da destinare a bioetanolo, si
calcola che questi 4 ettari produrranno soltanto circa 2000 litri di etanolo, vendibili a 1000-
2000 $ (con uso intensivo di carburante, manodopera e macchine agricole). Inoltre se
incentivato, (come avviene in Italia con i cosiddetti “certificati Verdi”) l’investimento iniziale
dell’eolico rientra in tempi ragionevoli.
In alcuni paesi come la Danimarca l'elettricità prodotta con l'eolico ha raggiunto il
23% del fabbisogno nazionale. All'avanguardia sono anche la Spagna (9%) e la Germania
(7%). L'Italia è settima nella classifica delle nazioni con le maggiori potenze installate; tra
il 2000 e il 2006, la capacità mondiale installata si è quadruplicata. Anche la Gran
Bretagna guarda con interesse al settore: nel 2008 il Fondo di Investimento della Corona
Britannica, che possiede le aree marittime della Gran Bretagna fino a ~20 km dalla costa,
con il programma Clipper's Britannia Project, ha deciso di investire in giganteschi
aerogeneratori, di potenza superiore ai 5 MW.
2.1.2 Energia idroelettrica *
L'energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta la trasformazione
dell'energia potenziale gravitazionale (posseduta da masse d'acqua in quota) in energia
cinetica nel superamento di un dislivello, la quale energia cinetica viene trasformata,
---------------------------------
* fonte del paragrafo: ALESSCO, l'Agenzia Locale per l'Energia e per lo Sviluppo Sostenibile, "La situazione internazionale",
http://alessco.it/it/wp-content/uploads/2009/03/la-situazione-internazionale.pdf
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grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in energia elettrica.
L'energia idroelettrica viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi grazie alla creazione di
dighe e di condotte forzate.
Nel mondo la potenza elettrica installata da fonte idroelettrica ha raggiunto nel
2005 un livello di saturazione attorno la cifra di 816 GW, di cui 750 GW provengono da
impianti di grandi dimensioni (bacini artificiali o naturali), e 66 GW dalle cosiddette
installazioni “mini-hydro”. Recentemente sono stati realizzati altri grossi bacini idroelettrici
dalla potenza installata di 10,9 GW dalla Cina, dal Brasile e dall'India, ma la crescita più
veloce (8%) è avvenuta nel cosiddetto mini-hydro, che nel 2005 ha aggiunto ulteriori 5
GW. Queste ultime installazioni sono state realizzate principalmente in Cina, dove si stima
che si trovino circa il 58% degli impianti miniidroelettrici.
Nell'Occidente, il Canada è il maggiore produttore di energia idroelettrica nel
mondo, ma la costruzione di grossi impianti idroelettrici ha subito una stagnazione a
causa di preoccupazioni di tipo ambientalistico e della mancanza di siti idonei, oramai tutti
utilizzati. La tendenza odierna propende verso il mini-hydro perché ha un impatto
ambientale meno rilevante e rende possibile sfruttare molti più siti. Nella sola regione
canadese della British Columbia si stima che il solo mini-hydro riuscirà a raddoppiare la
produzione di energia nella provincia.
2.1.3 Energia geotermica *
L'energia geotermica è l'energia generata per mezzo di fonti geologiche di calore e
può essere considerata una forma di energia rinnovabile, se valutata in tempi brevi3. Si
basa sulla produzione di calore naturale della Terra (geotermia) alimentata dall'energia
termica rilasciata in processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi quali l'uranio,
il torio e il potassio, contenuti naturalmente all'interno della terra.
L'energia geotermica viene utilizzata commercialmente in più di 70 paesi. Verso la
fine del 2005, la produzione mondiale di elettricità geotermica ha raggiunto una potenza
installata di 9,3 GW, con ulteriori 28 GW usati direttamente come fonte di calore per il
riscaldamento. In questo settore, l’Islanda è il paese all’avanguardia. Se si considera la
geotermia a bassa entalpia, vale a dire l’impiego delle pompe di calore geotermiche che
sfruttano il calore del suolo, l'utilizzo della geotermia supera i 100 GW di potenza
installata.
3
Il continuo sfruttamento di una sorgente geotermica può indurre localmente, nell'intorno dei pozzi di
sfruttamento, una riduzione del valore di anomalia positiva termica
* fonte del paragrafo: ALESSCO, l'Agenzia Locale per l'Energia e per lo Sviluppo Sostenibile, "La situazione internazionale",
http://alessco.it/it/wp-content/uploads/2009/03/la-situazione-internazionale.pdf
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2.1.4 Energia solare*
Per energia solare si intende l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando
direttamente l'energia irraggiata dal Sole verso la Terra.
Tenendo conto del fatto che la Terra è una sfera che oltretutto ruota,
l'irraggiamento solare medio è, alle latitudini europee, di circa 200 watt/m². Moltiplicando
questa potenza media per metro quadro per la superficie dell'emisfero terrestre istante per
istante esposto al sole si ottiene una potenza maggiore di 50 milioni di GW, ma tale
potenza è poco concentrata, nel senso che è necessario raccogliere energia da aree
molto vaste per averne quantità significative, e piuttosto difficili da convertire in energia
facilmente sfruttabile con efficienza accettabile.
L'energia solare può essere utilizzata per generare elettricità (fotovoltaico) o per
generare calore (solare termico). Sono tre le tecnologie principali per trasformare in
energia sfruttabile l'energia del sole:
• il pannello solare termico sfrutta i raggi solari per scaldare un liquido con speciali
caratteristiche, contenuto nel suo interno, che cede calore, tramite uno
scambiatore di calore, all'acqua contenuta in un serbatoio di accumulo.
• il pannello solare a concentrazione sfrutta una serie di specchi parabolici a
struttura lineare per concentrare i raggi solari su un tubo ricevitore in cui scorre un
fluido termovettore o una serie di specchi piani che concentrano i raggi
all'estremità di una torre in cui è posta una caldaia riempita di sali che per effetto
del calore fondono. In entrambi i casi "l'apparato ricevente" si riscalda a
temperature molto elevate (400 °C - 600 °C)
• il pannello fotovoltaico sfrutta le proprietà di particolari elementi semiconduttori per
produrre energia elettrica quando sollecitati dalla luce.
Nel 2005 la potenza installata che sfrutta l'energia solare ammontava a 93,4 GW;
questo valore è decisamente irrilevante rispetto al potenziale sfruttabile, poiché la quantità
di energia solare che investe tutte le superfici terrestri “utili” (esclusi quindi gli oceani)
fornisce un’energia pari a 3,8 YJ/anno (che equivalgono ad una potenza teoricamente
disponibile di 120.000 TW). Questa cifra evidenzia che soltanto una piccola frazione della
risorsa solare potenzialmente disponibile sarebbe sufficiente a rimpiazzare interamente
l’impiego dei combustibili fossili oppure il ricorso all'energia nucleare.
La tecnologia più appetibile per sfruttare l’energia solare è rappresentata dal
fotovoltaico, il cui fenomeno contrassegnato dallo stesso nome consente di trasformare
direttamente la radiazione solare in energia elettrica. Nel 2005 l'elettricità prodotta da
sistemi fotovoltaici direttamente connessi alle reti elettriche ha subito il trend di crescita
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* fonte del paragrafo: ALESSCO, l'Agenzia Locale per l'Energia e per lo Sviluppo Sostenibile, "La situazione internazionale",
http://alessco.it/it/wp-content/uploads/2009/03/la-situazione-internazionale.pdf
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