L'8 maggio, in Germania, era una giornata assolata e ventosa, ed era domenica, perciò la maggior parte delle industrie e delle attività produttive erano ferme. Più o meno attorno alle 13 grazie alle energie rinnovabili, dal solare all'eolico, dall'idroelettrico alle biomasse, sono stati prodotti 55 gigawatt di energia elettrica dei 63 (l'87%) che il Paese stava consumando.
Una situazione ideale, durata pochi minuti, che ha fatto sì che il prezzo dell'elettricità è diventato negativo per alcune ore: in quel lasso di tempo i tedeschi sono stati pagati per consumare elettricità.
Il vento elettrico. È in effetti una situazione limite, che in Germania che si è verificata per la prima volta grazie a una concomitanza di fattori, dal clima al buon parco installato - che nel complesso, nel 2015, ha fruttato al Paese il 33% del fabbisogno di energia elettrica. E nuove pale eoliche, in particolare, potranno probabilmente incrementare questo risultato, nei prossimi anni.
Non è un caso unico. L'anno scorso, in luglio, fu la Danimarca a produrre in un giorno il 116% dell'energia richiesta, grazie unicamente alle sue turbine a vento, mentre la stessa notte si arrivò al 140%, tant'è che fu "costretta" a vendere elettricità a Svezia, Norvegia e Germania.
È comunque azzardato trarre conclusioni univoche. Molti ricercatori sostengono che le rinnovabili, per il modo con il quale vengono prodotte (il Sole c'è solo di giorno, il vento non è costante, il livello dei bacini idrici è una variabile incontrollabile), possono dare solamente un piccolo aiuto alla richiesta mondiale di energia elettrica, altri invece sostengono che le potenzialità sono di molto superiori.
VENTO SOLARE. L'energia prodotta dal flusso di particelle polarizzate emesso dal Sole potrebbe essere sfruttata sulla Terra: ma come catturarla? I fisici Brooks Harrop (Washington State University) e Dirk Schulze-Makuch (Washington State's School of Earth and Environmental Science) propongono di utilizzare un satellite per andare a caccia di elettroni: l'oggetto orbitante dovrebbe essere dotato di un lungo cavo di rame che, caricato elettricamente, produrrebbe un campo magnetico in grado di catturare il flusso del vento solare. L'energia verrebbe poi spedita sulla Terra tramite un laser ad infrarossi. Purtroppo, prima di realizzare il satellite rimangono parecchi problemi da risolvere, non ultimo il bisogno di proteggerlo dai detriti spaziali.
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LAGHI "ESPLOSIVI". Il metano e l'anidride carbonica presenti nelle profondità di alcuni laghi come il lago Nyos in Camerun o il lago Kivu in Rwanda - se sprigionati in superficie produrrebbero ingenti quantità di energia, letali per le persone che vivono nelle vicinanze. Ma se mantenute in profondità e sfruttate correttamente, quelle riserve di gas possono generare energia in grandi quantità. Il governo del Rwanda ha costruito una centrale elettrica da 3,6 MW (foto) che preleva i gas direttamente dal lago.
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VIBRAZIONI. Le vibrazioni prodotte dalle persone che ballano in discoteca o che camminano su una superficie possono essere convertite in energia, se catturate da materiali piezoelettrici. Questi infatti producono una differenza di potenziale che genera elettricità se sottoposti a un particolare stress, in questo caso l'urto dei piedi sul pavimento. Il Club Watt di Rotterdam (Olanda), una discoteca, ha deciso di sfruttare questa tecnologia e di utilizzare i passi di danza dei suoi clienti per alimentare le luci del locale durante la serata.
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FECI E URINA. Esistono diversi progetti, tra loro simili, che prevedono di riciclare il metano contenuto nelle feci dei nostri amici a quattro zampe per produrre energia. Uno di questi è il Park Spark Project, pensato per la città di Cambridge, in Massachusetts: dei grossi bidoni pubblici per la raccolta di escrementi canini (detti "digestori") sfruttano il metano proveniente dalla naturale fermentazione del lascito animale per azionare una turbina che genera a sua volta elettricità. Ma anche la pipì è una risorsa preziosa: alla Heriot-Watt University di Edimburgo, un gruppo di ricercatori lavora a una cella a combustibile alimentata a urina. Un'invenzione che fa il paio con la bio-batteria del BioEnergy Team di Bristol, del cui prototipo vi avevamo parlato qui.
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LIQUAMI. La University of Nevada, a Reno (USA), ha scoperto che essiccare e bruciare i liquami permette di produrre ingenti quantità di energia in modo efficiente ed economico. Dalla combustione di queste sostanze si genera infatti una biomassa che può essere utilizzata come carburante a basso costo. Anche se questo tipo di tecnologia è ancora in fase di sviluppo, le stime indicano che un sistema di smaltimento su vasta scala potrebbe potenzialmente generare circa 25 mila kilowattora di elettricità al giorno.
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MEDUSE. Anche le meduse possono tornare utili per produrre energia: il bagliore luminoso che emettono è prodotto da una proteina verde fluorescente (GFP) che, se applicata su elettrodi di alluminio ed esposta a raggi di luce ultravioletta, rilascia elettroni. La ricerca è stata condotta da un team di chimici della Chalmers University of Technology di Göteborg, in Svezia: le celle a combustibile biologico prodotto dalla proteina GFP potranno essere utilizzate per alimentare nano dispositivi medici.
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ZUCCHERO. I ricercatori e i chimici del Virginia Tech stanno studiando un modo per trasformare lo zucchero in idrogeno da utilizzare come carburante. La ricetta consiste nel miscelare in un reattore zuccheri vegetali, acqua e alcuni enzimi specifici, ottenendo al termine del processo un miscuglio di idrogeno con piccole tracce di anidride carbonica. L'idrogeno può essere impiegato in celle a combustibile capaci di alimentare il motore di un veicolo a impatto zero, tuttavia prima di arrivare a questo tipo di applicazione bisognerà attendere ancora una decina d'anni: l'obiettivo più vicino è creare pile a idrogeno per alimentare computer e smartphone.
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CALORE CORPOREO. Il nostro corpo dissipa energia termica, calore, ma da qui a riuscire a utilizzarlo in modo organico per riscaldare ambienti, il passo è lungo. Questa è però l'idea del sindaco di Londra, Boris Johnson, che vuole trasformare l'eccesso di calore prodotto dalla folla di pendolari nelle stazioni della metropolitana in una fonte per riscaldare l'acqua delle abitazioni londinesi. Un'iniziativa evidentemente popolare, visto che proposte simili sono al vaglio per Parigi e Stoccolma.
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Il caso Costa Rica. In tutto ciò va comunque sottolineato che la Germania ha più volte dimostrato di credere molto nelle rinnovabili e, se dobbiamo dare retta alle dichiarazioni di intenti, si è proposta di arrivare con le rinnovabili al 100% della richiesta di energia elettrica entro il 2050. Al momento, comunque, c'è al mondo un unico caso notevole, il Costa Rica: il 14° Paese più felice al mondo (vedi su Focus.it), grande poco più di due volte la Lombardia e con meno di 5 milioni di abitanti (circa 10.000 dollari il PIL pro capite) nel 2015, per 75 giorni di fila ha prodotto con le rinnovabili il 100% del suo fabbisogno di energia elettrica, grazie al Sole e all'abbondanza di risorse idriche.
Sono i mari di Sua Maestà la Regina a ospitare il più grande parco eolico offshore del mondo. A circa 12 miglia al largo dalla foce del Tamigi, le 175 turbine eoliche del London Array produrranno energia sufficiente per illuminare 470mila abitazioni inglesi, circa i due terzi di quelle presenti nel Kent, con una capacità produttiva di 630 Mw.
Dal 29 ottobre scorso le prime 152 pale, installate su un'area di 90 km quadrati, hanno iniziato a girare e a produrre energia, mentre le rimanenti saranno a regime entro fine anno. L'impianto permetterà di risparmiare ogni anno 19 milioni di tonnellate di Co2 emesse nell'atmosfera.
Eppure tra gli scienziati c'è chi sostiene che anche una fonte rinnovabile come l'energia eolica in realtà non solo potrebbe minare pericolosamente l’equilibrio energetico del pianeta, ma potrebbe causare all’ambiente più danni di quelli provocati dalle emissioni di CO2 (leggi qui la notizia).
New York riversa nell'atmosfera una quantità impressionante di CO2, pari alla superficie di Manhattan per centinaia di metri di altezza: guarda come è stata calcolata in questa animazione.
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A rendere possibile la costruzione di un impianto da 3,7 miliardi di euro è stata la partnership tra tre dei leader mondiali nel settore delle energie rinnovabili che hanno unito le loro esperienze per sviluppare l'impianto eolico offshore più grande al mondo: Dong energy, uno dei principali gruppi energetici del nord Europa, con il 50%, E.On, uno dei più grandi gruppi energetici privati al mondo, con il 30% e Masdar, società araba leader nello sviluppo di tecnologie per energie rinnovabili (20%).
Qual è il Paese che investe di più in rinnovabili? Scoprilo qui.
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Volge ormai al termine il completamento della prima fase, che secondo programma avverrà entro fine 2012, ed è già prevista la realizzazione di una seconda che, se approvata, porterà la superficie totale del parco eolico offshore a circa 245 Km quadrati, garantendo una capacità totale fino a 1.000 megawatt (MW) e produrrà energia elettrica sufficiente per fino a 750.000 case - equivalente a un quarto delle famiglie a Londra, o tutte le case di Kent e East Sussex.
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Avviati nel marzo del 2011, i lavori di costruzione del parco offshore sono proseguiti fino a oggi senza grandi interruzioni, nonostante costruire questo tipo di impianti rappresenti sempre una sfida. La distanza dalla terra ferma, il fondale marino, le condizioni imprevedibili del mare e i forti venti rendono spesso difficili le operazioni di avanzamento del cantiere, ma secondo le previsioni la fase uno dovrebbe concludersi secondo programma entro la fine del 2012 con il completamento delle 175 turbine eoliche.
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Il primo passo per costruire un impianto eolico offshore è, come per qualsiasi altra costruzione, gettare le fondamenta. In questo caso, per sostenere le turbine eoliche vengono piantati dei lunghi tubi di acciaio sul fondo del mare (nella foto il tubo arancione), sui quali vengono poi montati i pali di transizione tramite l'uso di una gru. Attrezzati con scale e piattaforme per consentire le operazioni di manutenzione, questi pali vengono colorati di giallo per essere ben visibili a navi e aerei.
Nella prima fase sono stati necessari 177 pali, 175 per le turbine eoliche e altri due per le sottostazioni offshore. Per la loro installazione sul fondale marino sono state utilizzate delle apposite navi con quattro gambe allungabili che sollevano il ponte fuori dall'acqua creando una piattaforma stabile da cui è possibile effettuare tutte le operazioni necessarie per installare i pali sul fondo del mare.
Foto: © Image credit: London Array Limited
Le turbine eoliche della fase 1, con tre lame e colorate di grigio, spiccano dal mare per 87 metri di altezza del mozzo e hanno una capacità di 3,6 Mw ciascuna.
Per iniziare a produrre energia elettrica è necessaria una velocità del vento pari ad almeno 3 metri al secondo, mentre la piena potenza si raggiunge a partire dai 13 m/s. Per motivi di sicurezza, se la velocità del vento supera i 25 m/s - l'equivalente di una burrasca forza 9 - le turbine iniziano a spegnersi automaticamente.
Al fine di proteggere le imbarcazioni più piccole che possono navigare nei pressi del parco eolico, oltre alle luci di navigazione che ne segnalano la presenza, la punta di ciascuna pala sarà sempre almeno 22 metri sopra la superficie del mare anche durante l'alta marea.
Foto: © Image credit: London Array Limited
Sono oltre 200 chilometri i cavi di array che collegano le turbine eoliche tra loro e con le due sottostazioni offshore, ciascuno lungo tra i 650 e i 1.200 metri. Il trasferimento dell'energia elettrica prodotta dalle sottostazioni offshore alla sottostazione a terra di Cleve Hill, dove viene immessa direttanente nella rete elettrica nazionale, è affidato invece ai 220 chilometri di cavi di esportazione, che corrono in trincee scavate sul fondale marino. Non solo: grazie a questi cavi è possibile comunicare a distanza con le turbine eoliche, grazie al collegamento in fibra ottica.
Foto: © Image credit: London Array Limited
Per incrementare l'efficienza del parco eolico, oltre alle 175 turbine nella prima fase di London Array sono state installate due sottostazioni offshore per raccogliere l'energia prodotta dagli aerogeneratori e trasferirla a riva mediante i cavi di esportazione principali.
Progettate, costruite e installate da Future Energy, una joint venture tra Fabricom, lemants e Geosea, con apparecchiature elettriche fornite da Siemens Transmission and Distribution Ltd, nella parte superiore ogni sottostazione è composta da tre livelli, con una superficie di circa 20x20 metri.
Una volta montate e interamente equipaggiate, pesano in tutto 1.250 tonnellate l'una.
Foto: © Image credit: London Array Limited
Ma cosa c'è in una sottostazione in mezzo al mare, lontana chilometri da riva? Le due sottostazioni offshore del London Array sono equipaggiate con i seguenti componenti:
- Trasformatori per aumentare il voltaggio prima che l'energia venga trasferita a riva. Questo aiuta a ridurre le perdite durante la trasmissione.
- Attrezzature d'emergenza e di protezione per interventi sul parco eolico.
- Un generatore elettrico di emergenza e batterie.
Foto: © Image credit: London Array Limited
Per poter immettere nel sistema di trasmissione nazionale a 400 kV la grande quantità di energia prodotta dal London Array è stato necessario realizzare anche una sottostazione a terra.
Costruita sul fianco di una collina, Cleve Hill sorge nei pressi di Graveney, sulla costa nord del Kent. Per ridurre al minimo l'inevitabile impatto che la presenza della nuova sottostazione a terra avrebbe potuto avere sull'ambiente, prima della sua costruzione sono state effettuate approfondite indagini ambientali ed è stato istituito un fondo di £ 200.000 per la conservazione della natura.
Per quanto riguarda la comunità locale, la sottostazione ha portato nuove opportunità di lavoro ed è stato istituito un fondo per progetti di vario tipo rivolti ai residenti, oltre a borse di studio per incentivare gli studi universitari, donazioni alle scuole della zona e una riqualificazione della rete stradale come parte del piano di gestione del traffico di mezzi pesanti provocato dalla costruzione dell'impianto.
Foto: © Image credit: London Array Limited
London Array riveste un ruolo chiave per il raggiungimento, da parte del Governo britannico, degli ambiziosi obiettivi in materia ambientale ed energetica: ridurre le emissioni di CO2 del 34% entro il 2020 e generare il 15% di tutta l'energia da fonti rinnovabili entro il 2015.
Una volta completato, il parco eolico permetterà la riduzione di 1,4 milioni di tonnellate di CO2 ogni anno, ma già con questa prima fase il risparmio di anidride carbonica pari a 925.000 tonnellate annue apporta un significativo contributo alla riduzione degli effetti dei cambiamenti climatici e del riscaldamento globale.
Ma oltre ai significativi benefici a lungo termine per l'ambiente che London Array offrirà riducendo le emissioni di anidride carbonica, grande attenzione è stata posta anche nella costruzione e nella messa in opera del parco eolico affinchè l'eventuale impatto negativo sul territorio venisse minimizzato. Tra i fattori ambientali considerati nello studio preliminare sono stati valutati i possibili effetti sia a terra che in mare per gli animali (mammiferi, pesci, uccelli), le spese di spedizione e navigazione, i processi costieri, l'impatto visivo, il traffico marittimo, il rumore e le indispensabili valutazioni socio-economiche.
Overshoot Day: il nostro debito (crescente) con la Terra.
Foto: © Image credit: London Array Limited
Ecco dove si trova il campo eolico.
Il paese che investe di più in energie rinnovabili? In base all'ultima edizione del Renewable Energy Country Attractiveness Indices, la classifica delle nazioni più interessate all'energia pulita realizzata da Ernst & Young, è la Cina. Nel terzo trimestre del 2010, la spesa di questo paese nel campo dell'eolico ha rappresentato da sola circa la metà degli investimenti mondiali nel settore. In altre parole, spiegano gli esperti, è come se una turbina su due fosse entrata in funzione in Cina. In base a queste rilevazioni l'Italia si collocherebbe al sesto posto, dietro a Stati Uniti (in seconda posizione), Germania, India e Regno Unito. Nella foto, un arcobaleno si staglia tra le turbine eoliche nei pressi della cittadina basca di Durango, in Spagna.
Energia eolica: informazioni, curiosità ed esempi virtuosi
