1) PREMESSA
Lo sfruttamento del moto ondoso del mare
è da tempo oggetto di studi e sperimentazioni volti alla
trasformazione in energia elettrica del suo enorme potenziale.
A quanto risulta a chi scrive le esperienze e gli studi in corso
riguardano esclusivamente sistemi che, pur agendo con modalità
differenti, hanno il loro comune traguardo nella produzione di
energia pulsante cioè caratterizzata da una continua variazione
di intensità dovuta all'inevitabile altalenare delle onde
del mare.
Un dispositivo poco ingombrante e ad elevata capacità di
regolazione del sistema con eliminazione dei picchi e copertura
dei punti di minima resa come quello che viene qui proposto, si
ritiene possa essere di grande interesse in questi tempi di pressante
necessità di produrre energia rinnovabile e lo è
maggiormente nel caso svolga un vero e proprio ruolo di accumulazione
di energia aumentando la sua producibilità tramite altre
fonti secondo le modalità che saranno più avanti
spiegate.
L'opera presenta ulteriori vantaggi alcuni, come ad esempio la
protezione delle sponde dalla devastante azione delle onde che
vi sbattono contro, comuni ai sistemi già realizzati ma
altri che se ne distaccano totalmente per le possibilità
aggiuntive di sistemazione dei lungomari.
2) DESCRIZIONE DI MASSIMA DEL SISTEMA PROPOSTO
Viene descritta un'opera di marginamento
fisso della costa con produzione di energia elettrica ottenuta
essenzialmente dall'immissione in pressione dell'acqua del mare
in un capace serbatoio interrato. Il serbatoio, di tipo idropneumatico
cioè con la struttura del tutto particolare che sarà
di seguito illustrata, è in grado di svolgere le seguenti
funzioni principali:
- accogliere l'acqua immessavi naturalmentte dalla forza d'urto
dell'onda o da altri mezzi meccanici,
- conservarla fino al momento della sua uttilizzazione,
- livellare, grazie alla grande capacit&aggrave; di invaso, la
portata in uscita,
- consentire, con una diversificazione dellle pressioni di esercizio,
più regimi di funzionamento graduabili in funzione dell'intensità
del fenomeno ondoso di per sé molto variabile.
- offrire la possibilità di accumullare l'energia in esubero
per renderla disponibile nei successivi momenti di bisogno.
3) IDICAZIONI DI DETTAGLIO
Le opere proposte consistono, come illustrato
nella Planimetria di fig. 2 e nella sezione trasversale della
fig. 3, in una barriera frangiflutto che segue la linea di costa
opportunamente fondata su una robusta palificata e che comprende
le seguenti strutture principali.
1) Il dispositivo di captazione
2) Il serbatoio di accumulo
3) La centrale di produzione dell'energia elettrica con annessa
sala quadri.
L'ossatura principale del manufatto è
costituita da un lungo muro di marginamento della sponda sul quale
si innestano, lato mare, un numero imprecisato di setti trasversali
mentre verso terra trova posto la grande vasca di accumulo denominata
specificatamente serbatoio idropneumatico. I setti suddividono
il frangiflutto in tante celle di captazione autonome e che immettono
l'acqua in pressione nello stesso serbatoio di accumulo.
3.1) IL DISPOSITIVO DI CAPTAZIONE
Essendo dimostrato che il materiale avente
le migliori caratteristiche per assorbire ed annullare la forza
d'urto delle acque, è, non già quello di tipo rigido
e di notevole robustezza, bensì quello flessibile in grado
di adattarsi al movimento del mezzo liquido che lo investe subendone
danni relativamente meno gravi, sarà di materiale elastico
anche la struttura che viene qui proposta per la captazione dell'energia
propria delle onde. Si tratta in dettaglio di un diaframma di
contenimento (chiamato anche gonna) curvo e a flessibilità
controllata dalla pressione del serbatoio e che si estende orizzontalmente
per otto metri cioè per tutta la larghezza di ogni nicchia
di captazione essendo saldamente ancorato ad una piastra metallica
che percorre tutto il perimetro di contatto con la parte fissa
in cemento armato. Tale piastra metallica continua e che sporge
a 90 gradi dalla superficie del calcestruzzo, è costituita
da due elementi orizzontali lungo i due lati superiore ed inferiore
mentre in quelli laterali ha un andamento ad arco conformato in
base alla curvatura che deve assumere anche il diaframma. E' infatti
tra queste due piastre laterali cha và teso il diaframma
in modo da obbligarlo ad assumere, quando è a riposo, il
profilo curvo.
Nel lato superiore e nei due laterali, detta piastra metallica
sporge dal calcestruzzo per una quarantina di centimetri sufficienti
per fissare stabilmente il diaframma e realizzare la sua tenuta
idraulica lungo tutto contorno mentre nel lato inferiore la piastra
stessa sporge per 1.40 m in quanto, oltre a svolgere il medesimo
compito di collegamento, è anche munita di alcune valvole
a battente che consentono all'acqua di penetrare dal basso nella
cella ma non di uscirne. Sarà una contropiastra metallica,
anch'essa continua, che fisserà, tramite una lunga fila
di bulloni, tutto il bordo del diaframma garantendone la perfetta
tenuta idraulica. Tra contropiastra e diaframma verrà inserito
un doppio rinforzo flessibile che ne segue tutto contorno sporgendo
verso l'interno al fine di resistere al grande sforzo di taglio
che le onde esercitano in tale punto sul diaframma stesso.
La cella è munita di fori di collegamento con la retrostante
vasca di raccolta anch'essi dotati di valvola a battente che consente
all'acqua l'ingresso in vasca nel mentre impedisce l'uscita di
quella precedentemente accumulatavi e che invece vi permane in
pressione e pronta ad azionare le turbine di produzione della
corrente elettrica.
Ogni cella di captazione è superiormente chiusa a quota
+ 3.00 metri sul mare da un solaio che costituisce il piano viabile
o la passeggiata lungomare.
In definitiva il dispositivo di captazione è composto da
tante celle affiancate aventi un'altezza interna che va da --2.75
a + 3.00, ognuna delimitata superiormente dal solaio di copertura
e verticalmente in tre lati da una parete in calcestruzzo ed invece,
dal lato mare, da un diaframma o gonna elastica ad arco inclinato.
La cella è collegata nella sua parte inferiore sia col
mare aperto e sia con il retrostante serbatoio idropneumatico
tramite aperture munite di valvole di non ritorno che vincolano
la direzione dell'acqua del mare tassativamente secondo il percorso
mare - cella - serbatoio idropneumatico.
Da rilevare come, prima dell'inizio della normale attività
del dispositivo, sia necessario estrarre tramite la pompa a vuoto
di cui è dotata la centrale tutta l'aria contenuta nella
parte superiore della cella. Una volta completata questa operazione,
sarà la pressione atmosferica a mantenere la cella stessa,
per tutta la durata dell' esercizio, totalmente piena d'acqua.
Allo scopo il diaframma dovrà non solo possedere l'elasticità
necessaria per cedere alla forza delle onde e quindi svolgere
compiutamente la sua principale funzione che è l'immissione
in serbatoio di cospicui volumi d'acqua, ma dovrà anche
resistere alla depressione interna provocata da detta pompa a
vuoto senza subirne eccessive modifiche, essendo teso tra le due
piastre laterali curve. Il materiale da usare per il diaframma
dovrà pertanto essere studiato e sperimentato visto che
la sua duplice funzione è basilare per il funzionamento
delle opere. Una possibile variante costruttiva del diafamma potrebbe
anche riguardare la posa in opera di robuste funi o nastri elastici
ben tesi ed in numero da definire, lungo la superficie interna
del diaframma per rinforzarne la resistenza. Esiste anche la possibilità
di fissare al diaframma dei pani di piombo che, durante la fase
di arretramento dell'onda, contribuiscano a riportarlo nella posizione
di riposo. E' però da notare come la depressione da vincere
nell'azione sussidiaria del diaframma sia assai modesta essendo
pari ad una colonna d'acqua di soli tre metri.
In fase di normale esercizio l'automatismo terrà sotto
controllo la cella di captazione provvedendo, tramite la pompa
a vuoto, ad evacuare l'aria che vi si fosse accidentalmente accumulata.
Ed ecco il dinamismo di captazione ed immissione dell'acqua in
serbatoio.
E' noto come in mare aperto sia solo l'onda che si sposta mentre
ogni singola particella d'acqua che la compone descrive, in verticale,
una traiettoria circolare rimanendo sempre nella stessa zona.
In riva al mare ha luogo, invece, lo spostamento, in direzione
perpendicolare alla costa, di una grande massa d'acqua che, con
moto alterno, va a sbattervi violentemente contro. Sono queste
masse d'acqua che, opportunamente orientate dai due setti laterali
di ciascuna cella, premono con violenza contro il diaframma elastico
e, vintane la resistenza elastica, lo forzano ritrarsi verso terra
e ad assorbire interamente l'energia senza che abbiano origine
onde riflesse di ritorno.
La barriera ha così svolto il suo compito di protezione
della riva dai danni dovuti al moto ondoso nel mentre il forzato
arretramento del diaframma ha ridotto il volume interno della
cella causando l'immissione in serbatoio di un quantitativo d'acqua
più o meno consistente e ad una pressione variabile a seconda
dell'ampiezza e della forza dell'onda del momento. La caratteristica
di incomprimibilità dell'acqua quando, come detto, sia
evitata la presenza anche minima dell'aria, assicura che ad ogni
movimento del diaframma corrisponda un trasferimento d'acqua dalla
cella al serbatoio riuscendo a vincere la pressione interna del
serbatoio stesso.
Finita la sua fase attiva, l'onda si ritira verso il mare aperto
e il diaframma, spinto dalla sua elasticità ed eventualmente
da quella esercitata dalle funi elastiche di rinforzo o dai pani
di piombo, tende a riportarsi nella sua posizione di riposo provocando
l'immissione nella cella di nuova acqua spinta dalla pressione
atmosferica ad attraversare le valvole di cui è munita
la piastra inferiore.
Da rilevare come ogni cella, pur immettendo acqua in pressione
in uno stesso serbatoio, eserciti la sua azione indipendentemente
da quella delle altre con un duplice vantaggio. Innanzitutto viene
scongiurato il pericolo che contro il diaframma avessero ad esercitarsi
in coincidenza, come accadrebbe se essa fosse ininterrotta per
l'intera lunghezza del marginamento, una pressione positiva e
una negativa, e quindi di risultato nullo, dovute alla presenza
contemporanea di due onde di direzione opposta .
In secondo luogo l'azione autonoma ed assolutamente alterna delle
varie celle costituisce una sequenza ininterrotta di immissioni
elementari in serbatoio che si susseguono a brevissimi e casuali
intervalli di tempo il ché provoca una prima importante
continuazione dell'entrata d'acqua nel serbatoio, data dalla somma
di dette immissioni elementari.
Sarà poi il serbatoio con il suo notevole volume idrico
e con quello del cuscinetto d'aria a completare l'opera di normalizzazione
del flusso che, al momento della sua uscita finale per giungere
alla turbina, risulterà assolutamente uniforme e quindi
senza più risentire dell'altalenare delle onde.
Una ultima, importante, osservazione sul diaframma elastico. Ad
avviso di chi scrive il contrapporre alla forza d'urto delle onde
una gonna elastica presumibilmente rinforzata da funi anch'esse
elastiche, rappresenta quanto di meglio si possa prevedere sia
per le caratteristiche proprie di tale struttura che, proprio
grazie alle sue doti di flessibilità, è in grado
di adeguarsi alle variabilissime onde del mare seguendone la forma
ed i ritmi grazie anche alla tecnica costruttiva che ai nostri
giorni ha raggiunto, anche in tale settore, traguardi ambiti.
Ne fanno fede, in campo idraulico, le molte applicazioni di apparecchiature
un tempo basate su strutture metalliche a battente ed oggi vantaggiosamente
sostituite da guaine elastiche che ad una ottima funzionalità
aggiungono una lunga durata ed una totale assenza di colpi d'ariete
e rumori fastidiosi.
L'impiego del diaframma elastico è tutt'altro che nuovo
anche in lavori marittimi essendo usato con soddisfacenti risultati
per la costruzione di barriere mobili gonfiabili o fisse dando
prova, anche in tale campo, di ottima flessibilità, funzionalità
e durata.
In ogni caso quando anche si nutrissero dei dubbi sulla efficacia
e resistenza della descritta gonna elastica sarebbe possibile
dotare la cella di captazione, in alternativa al diaframma, di
un portellone mobile metallico munito di guarnizioni di tenuta
come illustrato nella fig. 4 e di robuste molle atte a farlo ritornare
nella posizione di riposo, ferme restando tutte le altre modalità
di esercizio dell'impianto.
Una ulteriore variante rispetto al progetto riguarda la possibilità
di eliminare del tutto il diaframma per prevedere che sia la pressione
d'urto delle onde a far entrare direttamente l'acqua del mare
nel serbatoio idropneumatico tramite delle bocche di presa tronco
coniche appositamente studiate. Si tratterebbe di una notevole
semplificazione delle opere di captazione ma, a giudizio di chi
scrive, meno efficace di quella in progetto nella captazione della
potenza d'urto delle onde e, sopratutto, non in grado di eliminare,
come il diaframma elastico, le onde di riflessione.
3.2) IL SERBATOIO DI ACCUMULO E REGOLARIZZAZIONE DEL FLUSSO
Un serbatoio di accumulo destinato ad
alimentare una centrale di produzione di energia elettrica come
quello in oggetto è normalmente costituito da una vasca
sopraelevata rispetto al punto di restituzione, in questo caso
costituito dal mare. Chiaramente la realizzazione lungo il bordo
marino di una struttura di questo tipo, oltre ad alcuni inconvenienti
riguardanti l'esercizio, presenterebbe dei problemi di impatto
ambientale assolutamente insormontabili per cui non potrebbe nemmeno
essere presa in considerazione.
Si prevede invece di sostituirla con il serbatoio idropneumatico
cioè con una struttura che, oltre a trovare la sua collocazione
ideale nel sottosuolo e a ridosso delle celle di captazione di
cui al capitolo precedente, presenta delle favorevolissime caratteristiche
di funzionamento.
La struttura, che segue in tutta la sua lunghezza la barriera
frangiflutto integrandosi perfettamente con l'ambiente, costituisce
una notevole capacità di invaso destinata ad essere alimentata
da una lunga serie di immissioni elementari operate dalle singole
celle di captazione, eventualmente integrate da altre fonti energetiche
come sarà proposto nella variante di cui al cap. 4, nel
mentre il flusso in uscita verso le turbine è unico, uniforme
e con possibilità di esercizio diversificate in quanto
è consentito cambiare la pressione e quindi il salto utile
dell'acqua per la produzione dell'energia elettrica. Per continuare
nella similitudine con il serbatoio dell'ipotesi precedente si
può affermare che quello in argomento è equiparabile
ad una serie di vasche sovrapposte con possibilità di utilizzazione
dell'una o dell'altra a seconda delle necessità. In un
giorno di tempesta quando si hanno onde di estrema potenza e quindi
in grado di spingere l'acqua a 10 e più metri di altezza
si apre la vasca superiore, se la potenza diminuisce si passa
a quella intermedia per finire a quella di soli 3 m di quota quando
il mare è meno mosso. Tutto questo può essere molto
più facilmente attuato dal serbatoio idropneumatico.
Tale struttura, i cui dettagli saranno riportati nel seguente
cap. 3.2) = "Il serbatoio di accumulo e regolarizzazione
del flusso", è costituito da un grande contenitore
a tenuta ermetica caratterizzato dalla presenza nella sua parte
superiore di un capace cuscinetto d'aria la cui pressione può
essere variata a seconda delle necessità aprendo delle
valvole di scarico o immettendo nuova aria con i compressori.
Una volta stabilito un determinato regime di esercizio dato dalla
pressione iniziale dell'aria, il serbatoio si regola da solo senza
alcun intervento dei compressori e funzionando in maniera del
tutto analoga ad un serbatoio sopraelevato posto di volta in volta
a quote variabili e corrispondenti alle pressioni prescelte. Si
intuisce quali sono le grandi possibilità di una struttura
così versatile ed utilizzata per catturare una energia
così saltuaria e variabile come sono le onde del mare.
Significa non solo adeguare di ora in ora la capacità di
captazione alle occasioni del momento ottenendo il risultato di
poter accumulare nello stesso spazio sia grandi quantitativi di
energia quali sono quelli del mare in tempesta e contemporaneamente
di contrapporre alla forza d'urto delle onde una barriera mobile
in grado di resistervi grazie alla maggior pressione del serbatoio
come pure, nel caso di mare più calmo, di raccoglierne
la diminuita forza con un diaframma più arrendevole alla
più debole spinta dell'onda ed ad un diminuito sforzo di
ingresso dell'acqua.
Siamo infatti in presenza di un diaframma a flessibilità
controllata in grado di contrastare razionalmente la violenza
delle onde.
Da ribadire inoltre la prerogativa nettamente favorevole che ha il serbatoio con il suo grande cuscinetto d'aria di livellare le spinte delle onde eliminandone totalmente i picchi e colmando ogni sia pur minimo punto di flesso. Inoltre si può affermare che il serbatoio risolve almeno in parte, uno dei problemi basilari della moderna società e cioè l'accumulo di energia, problema che si è tentato in più modi di risolvere senza risultati di rilievo. Tra di questi vanno ricordati gli impianti idroelettrici reversibili cioè dotati di macchine a doppio uso e di lago di accumulo a monte ed a valle. In tali casi, se durante determinati periodi le turbine ed alternatori producono la richiesta energia elettrica, in quelli successivi si trasformano rispettivamente in pompe e motori elettrici per risollevare l'acqua nel bacino superiore e realizzare in tal modo l'accumulo dell'energia di supero momentaneo. Si tratta però di impianti molto costosi e con rilevanti perdite di rendimento. Altre modalità di accumulo sono costituite dagli accumulatori elettrici ricaricabili che presentano però l'inconveniente di consentire risultati di entità molto piccola. Infine le moderne ricerche sono orientate verso sistemi ad idrogeno il quale, una volta prodotto tramite energia elettrica di supero, consentirebbe una utilizzazione dilazionata nel tempo e dislocata ovunque. La funzione di accumulo che può svolgere il serbatoio idropneumatico di grandissime dimensioni che fa parte delle opere qui descritte, si affianca efficacemente a tali sistemi potendo accumulare energia principalmente prodotta dalla violenza delle onde ma anche di qualsiasi altro tipo come ad esempio quella prodotta da pannelli solari (vedi variante del cap. 4) oppure di supero delle rete Enel.
3.3) LA CENTRALE DI PRODUZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA
La centrale di produzione, anch'essa
ubicata nel sottosuolo ed a ridosso delle celle di captazione
e del serbatoio idropneumatico, sarà munita delle seguenti
apparecchiature:
A) Le pompe a vuoto in grado di svuotare le celle di captazione
delle sacche d'aria che avessero da formarvisi,
B) le turbine atte, con possibilità di regolazione oppure
con una serie diversificata di macchine, a sfruttare i diversi
regimi di funzionamento dell'insieme in oggetto in uno con gli
annessi alternatori di produzione della corrente
C) le apparecchiature di regolazione del cuscino d'aria e cioè
i compressori e le valvole di scarico,
D) Le apparecchiature di comando e controllo automatico e manuale
degli impianti da installare in apposita sala quadri. Esse dovranno
provvedere alla impostazione dei regimi di funzionamento in funzione
della potenza di immissione reale d'acqua e del livello e della
pressione del serbatoio di ora in ora, alla messa in moto alla
regolazione delle pale e all'arresto delle turbine, al mantenimento
del cuscino d'aria nonché alla misura e al controllo generale
di funzionamento emettendo, se necessario, gli opportuni allarmi.
Visti i modesti salti disponibili, presumibilmente
da 2 a 20 metri, si presume che le turbine saranno del tipo Kaplan
a doppia regolazione e quindi delle pale e del distributore al
fine di poter seguire la variabilità di energia disponibile.
Il manufatto della centrale è costituito da un parallelepipedo
posto in continuazione del serbatoio e quindi avente la stessa
sezione trasversale ed una lunghezza atta a contenere le apparecchiature
elettromeccaniche ed elettroniche elencate. Il tutto come schematicamente
indicato nelle fig. 2 e 6.
4) VARIANTE CON PANNELLI SOLARI DI INTEGRAZIONE DELLA PRODUZIONE IDROELETTRICA
Come descritto nei precedenti capitoli una delle strutture innovative del presente progetto consiste nella presenza del serbatoio idropneumatico in quanto struttura atta ad accumulare per tempi più o meno lunghi l'energia in esubero per renderla disponibile quando sarà maggiore la richiesta. Una sua utilizzazione integrativa di quella descritta è quella rappresentata nei disegni schematici allegati e consistente nella installazione superiormente ai setti in cemento armato di una lunga serie di pannelli solari in grado di produrre energia elettrica in alternativa o in aggiunta a quella dovuta alle onde del mare, energia che potrebbe essere utilizzata direttamente oppure contribuire all'accumulo di acqua in pressione nel serbatoio idropneumatico tramite installazione di una serie di pompe sommerse. Da rilevare come il prevedibile alternarsi di periodi temporaleschi a forte vento ed onde impetuose del mare con periodi di bonaccia e sole splendente, garantisca comunque una buona produzione elettrica dovuta ai due diversificati sistemi .
5) LA COSTRUZIONE E L'ESERCIZIO DEGLI IMPIANTI
L'impianto di ammortizzazione dei flutti
e di produzione di energia elettrica dovrà in anteprima
essere dimensionato in funzione delle caratteristiche del moto
ondoso che statisticamente si verificano nel luogo di impiego
accuratamente studiate tramite una lunga campagna di rilievi ed
esperienze.
Lo studio dovrà interessare ognuno dei componenti dell'impianto,
nessuno escluso, tenendo presente che quanto al riguardo è
riportato in questa breve relazione non rappresenta che una descrizione
sommaria avente il solo scopo di tracciarne i concetti di base
mentre la loro effettiva realizzazione potrebbe discostarsene
notevolmente.
Le possibili diversificazioni potranno vertere su una cella di
captazione di larghezza diversa di quella qui presunta in otto
metri in quanto si sarà, ad esempio, definita una dimensione
più adatta ad incanalare opportunamente il flusso delle
onde. Il diaframma elastico potrà richiedere anch'esso
quelle diverse dimensioni e forma che si riveleranno particolarmente
atte a svolgere il grave compito che gli viene assegnato tenendo
conto delle diverse tipologie di materiale elastico da adottare
disponibile in commercio o che dovesse essere appositamente costruito
ex novo.
Anche le quote altimetriche del fondo e della sommità della
barriera, da studiare località per località, rivestono
una importanza capitale nella progettazione così come anche
la forma e le dimensioni da assegnare al serbatoio idropneumatico
nonché tutte le sue possibili varianti di volume utile,
di pressioni e di regime di funzionamento. Tutto questo senza
parlare dei gruppi turbina-alternatore e delle loro innumerevoli
modalità di costituzione, di regolazione delle pale e di
esercizio.
Un breve accenno deve essere fatto anche nei riguardi delle modalità
costruttive e di manutenzione delle opere e particolarmente del
diaframma elastico che, essendo per buona parte costantemente
immerso in acqua marina, impone, sia nella fase iniziale costruttiva
e sia per eventuali successivi interventi di manutenzione, la
messa all'asciutto della cella di captazione. Dovranno pertanto
prevedersi le opere provvisionali, non indicate nei disegni allegati,
come i gargami opportunamente inseriti nei setti ed atti a contenere
i panconcelli di salvaguardia dalle acque del mare e di svuotamento
della cella dal'acqua.
Si tratta in definitiva di un insieme di opere del tutto nuovo,
da scoprire e da verificare con rilievi ed accertamenti preventivi
e da mettere successivamente a punto durante l'esercizio. A quest'ultimo
riguardo è da rilevare come, a fronte della complessità
del compito da svolgere, sussista un fattore che senza dubbio
gioca a favore di un risultato finale positivo e che è
dato dalla presenza, assolutamente innovativa, del serbatoio idropneumatico
il quale conferisce al sistema una notevole elasticità
consentendo, anche ad opera ultimata, notevoli varianti di funzionamento
e conseguenti adattamenti alla situazione reale quale risulta
dalle esperienze che l'esercizio effettivo non mancherà
di offrire.
6) NOTE SUL COMPORTAMENTO DEL SERBATOIO IDROPNEUMATICO
Le caratteristiche del serbatoio idropneumatico sono in dettaglio leggibili nel sito internet http://altratecnica.3000.it oppure nel n 2/2003 Della rivista "L'Acqua", organo della Associazione Idrotecnica Italiana, dove figurano il grafico delle sue condizioni generali di funzionamento ed anche una bibliografia con il titolo di memorie che riportano alcune realizzazioni effettivamente portate a termine, sia pure in settori diversi da quelli marini, del serbatoio idropneumatico in oggetto. Si ritiene utile riportarne una parte perchè specificatamente pertinente all'impiego qui previsto. In sintesi, se a serbatoio vuoto si avrà cura di immettere aria compressa fino ad una pressione di 0.2 atmosfere, nelle successive fasi di ingresso d'acqua in pressione il volume accumulato varierà secondo i dati della seguente tabella riportati anche nel grafico della fig. 7:
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La zona di funzionamento che qui interessa
è quella rappresentata in segno marcato e che prevede con
un riempimento minimo del 50% del volume utile cui corrisponde
una pressione di 0.4 atm pari ad una colonna d'acqua di quattro
metri, del 70% con sette metri e del 90% con venti metri. Da qui
si comprende come il serbatoio possa adeguarsi ottimamente alle
variazioni della energia trasmessa dal moto ondoso. Il suo grado
di riempimento e la relativa pressione dipendono da due fattori
contrapposti: da una parte la potenza delle onde che le fa crescere
entrambi, dall'altro l'uso che se ne fa per produrre energia elettrica
che le fa calare.
Senza entrare nei dettagli di funzionamento dei gruppi turbina-alternatore
e delle relative regolazioni che richiedono una conoscenza specifica,
al solo scopo di far capire le grandi possibilità del serbatoio
idropneumatico, si può prevedere in linea di massima un
esercizio a tre diversi regimi :
1^ regime = bassa portata , pressione m. 5 percentuale di riempimento
= 60%
2^ regime = portata media, pressione 12 m, percentuale di riempimento
=82%
3^ regime alta portata, pressione 20m. ,percentuale di riempimento
=90%
Poiché il funzionamento ideale dell'impianto richiede di
evitare un esercizio ad intervalli più o meno lunghi a
favore di quello continuativo che fornisce energia elettrica più
pregiata, si prevede di far funzionare sempre il gruppo di potenza
inferiore rispetto a quella disponibile e di mantenerlo, anche
in fase crescente del vento, in esercizio continuativo grazie
alle sue possibilità di regolazione delle pale e del distributore
e ciò finché le condizioni del serbatoio non abbiano
raggiunto la fase superiore cui corrisponderà l'avviamento
del gruppo anch'esso di classe superiore. In fase calante del
vento si seguiranno, ovviamente, regole del tutto simili ma di
segno opposto: come il serbatoio non è più in grado
di mantenere le condizioni di portata e pressione relative ad
una determinata fase, viene declassato il gruppo turbina che rimane
in moto finché non si raggiunge la fase più bassa
per passare nuovamente ad una classe inferiore di turbina qualora
il vento continuasse a scemare.
Ovviamente la pressione rimane costante quando si riesce a far
coincidere la portata della turbina con quella entrante in serbatoio.
Tutte le manovre vengono compiute in automatico grazie al sistema
di comando e controllo che regola il funzionamento delle turbine
in funzione dei livelli, della pressione in serbatoio e sulla
base dei concetti ora enunciati.
Qualora la barriera sia dotata anche di pannelli solari e di pompe
di immissione integrativa in serbatoio dell'acqua marina, il comportamento
dell'insieme varia in funzione delle ulteriori disponibilità
energetiche derivate dai pannello solari stessi.
7) CONCLUSIONI
Si è descritto un sistema frangiflutto
in grado di attuare anche lo sfruttamento della forza d'urto delle
onde del mare per produrre energia elettrica. Si tratta di dispositivi
del tutto simili a quelli in corso di sperimentazione da molto
tempo ma dai quali si distinguono per la presenza di un componente
essenziale per la regolarizzazione dei flussi e cioè per
trasformare un'energia pulsante come quella delle onde in una
che si mantiene costante per periodi di una durata compatibile
con una sua utilizzazione ai fini idroelettrici. Il dispositivo
in parola è il serbatoio idropneumatico finora mai utilizzato
in applicazioni del genere ma che, ad avviso di chi scrive, è
atto a svolgere nel migliore dei modi tale gravoso compito.
Un altro elemento notevole è dato dal diaframma elastico
con cui si prevede di assorbire l'energia del moto ondoso per
proteggere efficacemente la sponda e, al tempo stesso, produrre
energia elettrica. In variante si è prevista la presenza
di pannelli solari ed eventuale impianto di sollevamento atto
ad incrementare il volume idrico nel serbatoio e quindi all'accumulo
dell'energia in esubero.
Caratteristiche fondamentali del sistema sono la sua grande elasticità
di esercizio che gli consente di modificare sostanzialmente le
modalità di funzionamento al variare dell'intensità
del moto ondoso, la possibilità di costituire un accumulo
di energia utilizzabile in tempi diversi ed infine il modesto
impatto ambientale essendo le opere per la gran parte sotterranee
mentre quelle in vista sono del tutto simili alle normali opere
di sistemazione del lungomare delle comuni centri balneari di
cui possono costituire una efficace, utile sistemazione.
A chiusura della proposta qui riportata si fa rilevare un difetto fondamentale che contraddistingue negativamente tutte le modalità di produzione di energia elettrica cosiddetta pulita e rinnovabile già in esercizio e cioè la loro eccessiva frammentazione in tantissimi dispositivi ognuno dei quali di dimensioni e produzione relativamente modesta. Si tratta di un inconveniente grave che compromette l'intero sistema attualmente molto diffuso in Italia ed in molte altre nazioni per gli eccessivi costi di manutenzione ed esercizio. Si pensi ad esempio alle fonti eoliche o quelle fotovoltaiche disseminate in una miriade di eliche rotanti o di pannelli solari. La barriera frangiflutto qui descritta presenta il vantaggio notevolissimo di concentrare la produzione di un tratto di costa marina della lunghezza di parecchi chilometri in una unica centrale idroelettrica ottenendo il duplice vantaggio di compensare gli sbalzi di energia che vi si riscontrano ed al tempo stesso di facilitare l'esercizio essendo da gestire una singola centrale.