Mare e vento: energia eolica offshore

"I love wind energy because…" è il claim del Global Wind Day 2014, che coinvolgerà 75 paesi in tutto il globo. Una giornata mondiale dedicata alla scoperta del vento, alla sua forza e alle numerose potenzialità, che il suo corretto sfruttamento è in grado di aprire. L'idea e la realizzazione di questa singolare giornata è della EWEA - European Wind Energy Association. L'obiettivo che, l'EWEA intende raggiungere con questo evento, è di alzare il livello di attenzione sensibilizzando l'opinione pubblica e diffondendo contenuti sull'energia del vento e i suoi vantaggi, che altrimenti andrebbero persi.

COSA È IL VENTO E PERCHÈ È IMPORTANTE

Il vento è: impalpabile, lieve o sferzante e, a volte, addirittura distruttivo. 

(Definizione visiva di aria)

<< Il vento è aria che spira >>, come diceva poeticamente Seneca e si tratta, davvero, di uno dei fenomeni naturali che più incidono sulla vita della terra e degli esseri umani. Se però vogliamo essere più precisi nella sua definizione, dobbiamo lasciar perdere la letteratura e rivolgerci alla scienza. Questa ci dice che si tratta di aria in perenne movimento e che a sua volta provocato dalle differenze di pressione tra due punti dell'atmosfera. Tale fenomeno si crea perché il Sole, infatti, non riscalda in modo uniforme le masse d'aria che si trovano al di sopra della superficie terrestre: infatti, in alto troviamo l'aria calda, in basso si muove invece quella fredda; c'è poi da considerare la densità dell'aria che cambia in relazione al contenuto di umidità. Da queste differenze nascono i venti, si tratta di aria che soffia e si sposta, con andamento orizzontale, dalle zone di alta pressione a quelle di bassa pressione per ristabilire l'equilibrio. Il vento, seppur impalpabile, racchiude quindi in sé una tale forza dirompente che può essere trasformata in energia pulita, che rispetta l'ambiente e che, come le altre forme di fonti rinnovabili, è pressoché inesauribile. Non dimentichiamo, poi, che il vento è stata la prima fonte di energia alternativa utilizzata dall'uomo.

ENERGIA EOLICA

L'energia eolica nasce, quindi, dal processo di conversione dell'energia cinetica del vento in una forma utilizzabile, che può essere elettrica o meccanica. Il passaggio in una forma utilizzabile avviene grazie all'impiego di tecnologie create ad hoc come l'aerogeneratore eolico, che tutti identifichiamo con le pale eoliche molto simili agli antichi mulini a vento. Diciamo che il processo di trasformazione non è immediato, perché l'energia aerodinamica raccolta con un generatore eolico, generalmente, diviene prima meccanica e da meccanica poi, nella maggior parte dei casi, diventa elettrica. Durante ciascuno di questi passaggi la quantità di energia trasmessa è sempre minore di quella iniziale. Per creare quantità di energia utilizzabile, non si può far conto su di un solo ed isolato aerogeneratore, ma vengono create delle vere e proprie centrali, dette anche parchi eolici o wind farm. Le cui zone di installazione, non sono scelte a caso, ma devono seguire precisi criteri, legati soprattutto alla morfologia del territorio. Una volta individuata l'area, i veri protagonisti diventano i generatori eolici. Ce ne sono diversi tipi, ma si possono suddividere in due macro - gruppi: turbine con asse del rotatore orizzontale e quelle con asse del rotatore verticale rispetto al terreno. La prima tipologia di turbine è quella più diffusa nel mondo (99%) e le ragioni del loro enorme successo sono ovviamente da ritrovarsi nei rendimenti che, a parità di potenza, sono molto maggiori rispetto a quelli delle turbine ad asse verticale. Non è però tutto, perché la caratteristica che rende unica e interessante questa fonte di energia rinnovabile e che i parchi eolici possono essere sia onshore, quindi sulla terra ferma, ma anche offshore cioè in mare. E questi ultimi stanno diventando sempre più oggetto d'interesse di privati e di organizzazioni governative.

(Wind farm)

ENERGIA EOLICA OFF SHORE

Esiste, quindi, anche l'eolico offshore: nient'altro che l'eolico realizzato in mare. Si tratta di impianti installati a diverse miglia dalla costa per sfruttare i forti venti che soffiano, sicuramente maggiori e più forti rispetto a quelli che battono sulla terra ferma, dato che non sono rallentati da ostacoli. Tale intensità si riflette nella capacità dell'eolico offshore (a parità di potenza installata) di produrre mediamente il 30% di energia in più rispetto al consueto eolico onshore.

Questa maggior capacità produttiva ha fatto si che negli ultimi anni si stiano sviluppando molto, soprattutto in Europa, l'interesse e gli investimenti per l'implementazione di questo tipo di fonte di energia rinnovabile, in quanto sembra offrire molti più vantaggi, in termini di energia prodotta, rispetto all'eolico tradizionale anche se i costi di realizzazione degli impianti risultano ancora alti, oggi circa doppi rispetto all'eolico a terra. 

Gli investimenti elevati, fino ad oggi, necessari erano la somma di una serie di fattori: i costi di trasporto dei materiali, le difficoltà costruttive, i problemi di ancorare le torri al fondale e i problemi legati alla corrosione ad opera delle acque marine sulle strutture impiantate. È solo questione di tempo e la tendena comincerà ad invertirsi perché, come sostiene Alessandro Totaro, responsabile settore eolico di AssoRinnovabili: <<Diversi studi mostrano come nel medio periodo sarà possibile ridurre i costi della tecnologia dal 30 al 40%, operando sul lato delle fondazioni e riducendo l'uso dell'acciaio>> senza intaccare la sicurezza. Queste proiezioni sono tanto più veritiere se si tiene in considerazione il fatto che, l'eolico offshore, è un'industria molto giovane, ricordiamoci che il primo impianto eolico offshore è stato costruito nel 1991 in Danimarca dalla Siemens e da allora, dopo 20 anni, i costi di realizzazione di questo tipo di strutture sono già diminuiti del 40%, <'industria così giovane>>, come afferma Michael Hannibal, responsabile a livello globale del settore eolico offshore di Siemens in un'intervista rilasciata al Corriere della Sera nel gennaio scorso. Questi due esperti, non sono gli unici ad avere una visione ottimistica per il futuro di questa fonte di energia rinnovabile, anche l'UE condivide questa idea positiva e si trova in prima linea, con un piano che prevede un aumento dell'ordine di 30-40 volte della capacità installata di impianti eolici offshore rispetto ad oggi entro il 2020. Progetto ambizioso? Forse, ma le premesse per raggiungere l'obiettivo ci sono. 

Cerchiamo, con qualche dettaglio in più, di capire perché l'obiettivo dell'UE è a portata di mano.

Dal punto di vista della tecnologia utilizzata, non vi sono sostanziali differenze dall'eolico che siamo abituati a vedere sulla terraferma: si utilizzano infatti le comuni macchine tripala e ad asse orizzontale, prediligendo in particolare quelle di grande taglia (fino a 7 MW). Come abbiamo visto, ciò che cambia è la presenza delle fondazioni marine, a cui vanno ancorati i generatori, e di linee elettriche subacquee per il trasporto dell'elettricità sulla terraferma, elementi che sono la causa dei maggiori costi d'investimento richiesti.

Due limiti importanti a fronte di numerose e caratteristiche vantaggiose. Mi riferisco al fatto che in mare aperto:

• gli impianti di produzione sono più grandi rispetto a quelli sulla terraferma;
• i venti, non avendo ostacoli, sono più forti e stabili rispetto alla terraferma perché soffiano con velocità maggiori e con maggiore costanza;
• le turbine eoliche destano meno la preoccupazione dei vicini;
• trovandosi a 3 km dalla costa si risolvono anche i problemi di carattere estetico; 
• anche i problemi ambientali legati al pericolo costituito dalle torri per gli uccelli, rapaci e migratori in particolare, e per i pipistrelli sono molto più limitati.

Inoltre aggiungiamo che alcuni ricercatori sostengono persino che la creazione di piattaforme e sistemi di piloni e cavi sottomarini potrebbe creare, nel tempo, zone di ripopolamento e di biodiversità sui fondali, come già accade per le pile e gli ancoraggi delle piattaforme petrolifere. Gli impianti offshore rappresentano quindi, secondo la maggior parte degli esperti del settore, il vero futuro dell'energia eolica, sia in termini ambientali sia di potenziale produttivo. 

I paesi europei con più installazioni sono Danimarca e Regno Unito seguiti da Olanda e Svezia. Attualmente il maggiore parco eolico offshore si trova di fronte alle coste del Kent in Gran Bretagna (Thanet Wind Farm):  quest'area è costituita da 100 turbine per una potenza installata di 300 MW. E il nostro paese? Nel nostro paese l'interesse per l'eolico offshore è piuttosto basso, da un lato perché solo il Mar Tirreno, vicino alle nostre due isole maggiori, presenta le condizioni climatiche favorevoli a questo tipo di energia e dall'altro per le caratteristiche dei nostri fondali marini che risultano molto ripidi. Inoltre non ci sono linee guida nazionali o normative locali da seguire e un altro aspetto assolutamente non trascurabile è rappresentato dalla vocazione turistica delle nostre coste, molto maggiore rispetto a quella dei mari del Nord, che rappresenta un limite quasi invalicabile alla realizzazione di infrastrutture in prossimità del litorale. Però un tentativo è stato fatto: «In Italia per ora è stato autorizzato un solo progetto che è possibile definire realmente in mare, proposto da Mediterranean Wind Offshore (Gruppo Termomeccanica), da 136 MW nel golfo di Gela con turbine da 3,5 MW», afferma Totaro. Il progetto, però, è bloccato a causa di un ricorso al Tar da parte di alcuni Comuni dell'area interessata. 

QUALI I PROBLEMI AL SUO SVILUPPO?

I problemi per lo sviluppo della ricerca in questa materia non sono solo propri dell'Italia, ma sono condivisi dalla maggior parte dei paesi.

Il primo ostacolo allo crescita dell'energia eolica offshore è rappresentato dalla concorrenza del settore dell'energia eolica terrestre e soprattutto, perché molto potente, da quella dell'industria di prospezione del petrolio e del gas con cui si trova a competere per la richiesta di finanziamenti, attrezzature o competenze. Il secondo ostacolo consiste nell'assenza di reti di trasmissione elettrica in mare, la cui realizzazione richiede dei costi d'investimento elevati e altissima competenza tecnica. Terzo, in gran parte dei paesi adatti allo sviluppo di questa fonte di energia, non sono ancora state designate tutte le aree marine protette. Risulta pertanto difficile delimitare i confini dei parchi eolici marittimi. Forse però il quarto problema, per alcuni aspetti più rilevante degli altri, è rappresentato dal fatto che il vento non è un fenomeno controllabile e né tantomeno creabile artificialmente. Quindi si può definire una fonte di energia incostante, come ad esempio il sole. Le soluzioni studiate per ovviare a questo problema sono al momento due:

• Usare delle batterie per stoccare l'energia prodotta quando non c'è domanda di rete;
• Inventare sistemi ibridi che uniscano fotovoltaico ed eolico, garantendo sempre una certa energia alla rete.

Si tratta comunque di soluzioni costose e su cui ancora si stanno ancora svolgendo ricerche soprattutto negli Stati Uniti.

Quinto, la concessione di incentivi è condizionata da un solo elemento: non dipende dalla creazione di un parco eolico, ma dal fatto che le pale degli aereogeneratori girino.

NOVITÀ

Da qualche anno nei paesi nordici si sta lavorando ad un progetto innovativo da tanti punti di vista: si tratta della realizzazione di parchi eolici con turbina eolica galleggiante, uno strumento che per le sue caratteristiche è in grado di dimezzare i costi dell'eolico in mare. Queste strutture sono state sperimentate in diverse parti del mondo, ma il primo prototipo operativo è stato realizzato e posizionato nel 2009 a largo delle coste sud occidentale della Norvegia. L'obiettivo é dimostrare che tale tecnologia può fare fronte a venti forti ed onde impetuose. Si chiama Hywind, e l'idea è nata nata da un progetto dell'azienda Statoil. Si tratta di una struttura, a prima vista molto simile alle piattaforme petrolifere, costituita da un pilone galleggiante cavo in acciaio riempito con una zavorra, che si estende per 100 metri sotto la superficie ed è fissato al fondo del mare mediante tre cavi di ancoraggio in acciaio, pensata per essere installata in acque con una profondità dai 120 ai 700 metri. 

(Schema turbine galleggianti)

Questo permetterà di avere a disposizione un numero maggiore di siti in cui installare gli impianti eolici offshore e soprattutto di localizzarli lontano dalle coste, dove i venti sono più forti e costanti e dove non ci sono problemi paesaggistici. 

CURIOSITÀ

L'energia eolica offshore ed i suoi benefici sono oggetto di studi continui che permettono di scoprire sempre nuove positive valenze. Ad esempio, recentemente due prestigiose Università americane, Stanford e Delawere, hanno pubblicato i risultati di una ricerca che dimostra come gli impianti eolici in mare possano indebolire i cicloni prima che si infrangano sulle coste e quindi proteggerci da fenomeni meteorologici come venti forti e uragani.Secondo lo studio, le turbine possono costituire una sorta di barriera artificiale che smorza la potenza e la velocità dei fenomeni naturali.

(Impianto eolico durante in uragano)

I ricercatori hanno simulato gli effetti che avrebbero provocato gli ultimi uragani abbattutisi sulle coste degli Stati Uniti (Katrina, Issac e Sandy) se, davanti alle coste in questione, ci fossero stati dei grandi parchi eolici. I risultati ottenuti parlano chiaro: le turbine eoliche potrebbero disturbare le tempeste riducendo fino al 79% della loro potenza e diminuendo la velocità di picco del vento fino al tetto minimo di 92 miglia all'ora (148 km/h). E se l'uragano si dovesse abbattere su un piccolo impianto? Secondo i ricercatori americani, i risultati sarebbero confermati anche nel caso di piccoli impianti.

 Si può dire, quindi, che l'eolico offshore di "ultima generazione" risulta vincente. Le potenzialità racchiuse nel vento e ancora non sfruttate completamente, rendono l'energia eolica una fonte di energia rinnovabile dal potenziale enorme. Sicuramente, impegno nella ricerca e investimenti sono fondamentali per il suo sviluppo e per trovare soluzioni vantaggiose con costi d'investimento più bassi di quelli attuali. Dato che in questa direzione si stanno muovendo gran parte degli stati membri dell'UE e gli Stati Uniti, i risultati non tarderanno a venire.