L’eolico offshore potrebbe fornire energia elettrica in abbondanza ma, come con l’energia solare, questo rifornimento può essere intermittente e imprevedibile. Un nuovo approccio dei ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (Mit) potrebbe però mitigare questo problema, consentendo di stoccare e poi riutilizzare, su richiesta ed ogni volta che è necessario, l’energia prodotta dalle pale eoliche offshore.
David Chandler, del Mit News Office, spiega che «La chiave di questo concetto è il posizionamento di enormi sfere di cemento sul fondo del mare, sotto le turbine eoliche. Queste strutture, ognuna del peso di migliaia di tonnellate, potrebbero servire sia come ancore di ormeggio per le turbine galleggianti che come mezzo per immagazzinare l’energia prodotta. Ogni volta che le turbine eoliche producono più energia di quanto sia necessario, questa energia sarebbe deviata per azionare una pompa fissata alla struttura sottomarina, pompando acqua di mare in una sfera cava di 30 metri di diametro. (Per un confronto, il diametro del serbatoio è all’incirca quello del Great Dome del Mit o della cupola in cima al Campidoglio Usa). Dopo, quando è richiesta energia, l’acqua sarebbe fatta rifluire nella sfera attraverso una turbina collegata ad un generatore e l’elettricità risultante rispedita a terra».
Il lavoro è stato sostenuto da una borsa di studio della Mit energfy initiative e l”idea è esposta dettagliatamente nella ricerca Ocean Renewable Energy Storage (ORES) System: Analysis of an Undersea Energy Storage Concept pubblicata da Proceding of the Ieee (Institute of electrical and electronics engineers) da Alexander Slocum, professore di Mechanical engineering al Mit, Brian Hodder, un ricercatore della Mitt energy initiative e da tre alunni del Mit e da un ex studente che ha lavorato al progetto.
I ricercatori del Mit hanno calcolato che una di queste sfera, messa a 400 metri di profondità, potrebbe stoccare fino a 6 megawatt-ora di energia: questo significa che 1.000 di queste sfere potrebbero fornire per diverse ore più energia di una centrale nucleare, abbastanza da farne una fonte affidabile di energia. Quindi 1.000 turbine eoliche dotate di sfere-ancora potrebbero sostituire una centrale a carbone o nucleare. In più, a differenza delle centrali nucleari o a carbone, alle quali occorrono ore per entrare in piena funzione, questa fonte di energia potrebbe essere disponibile in pochi minuti e immessa nella rete di distribuzione elettrica con la stessa rapidità. Infatti, come spiega Chandler, «Il sistema sarebbe grid-connected, così le sfere potrebbero essere utilizzate anche per immagazzinare energia da altre fonti, tra le quali i pannelli solari a terra o i sovraccarichi delle centrali elettriche, che operano in modo più efficiente a livelli costanti. Questo potrebbe potenzialmente ridurre la dipendenza dal picco di potenza delle centrali, che in genere operano in modo meno efficiente».
Con sfere con pareti di uno spessore di tre metri, il peso del calcestruzzo sarebbe sufficiente a mantenere le strutture sul fondo del mare anche quando sono vuote. I ricercatori sottolineano che «Le sfere possono essere gettate a terra e poi rimorchiate al largo su una chiatta appositamente costruita», vista che nessuna nave esistente è in grado di portare un carico di grandi dimensioni come questo. Hodder sottolinea che «Stime preliminari indicano che una di queste sfere potrebbe essere costruita e installata al costo di circa 12 milioni di dollari, con costi via decrescenti con l’esperienza. Questo potrebbe produrre un costo stimato di stoccaggio di circa 6 centesimi per kilowatt-ora: un livello considerato vitale dall’utility industry. Centinaia di sfere possono essere installate come componente di turbine eoliche galleggianti far-offshore». Il team del Mit ha calcolato che la profondità ottimale per le sfere sarebbe di circa 750 metri, anche se la riduzione dei costi nel tempo potrebbe far diventare questa tecnica redditizia anche in acque più basse.
Queste pale eoliche galleggianti sono stati proposte, tra gli altri, da Paul Sclavounos, un professore di ingegneria meccanica ed architettura navale del Mit, ed Hodder è convinto che questo sistema applicherebbe bene il suo concetto: «In combinazione, le turbine galleggianti e le sfere di stoccaggio sottomarine potrebbero fornire un’affidabile energia on-demand, tranne durante lunghi periodi di calma. Nello stesso tempo, un’ubicazione molti chilometri in mare aperto fornirebbe il vantaggio di venti più forti che nella maggior parte dei siti on-shore, ma anche di operare fuori dalla vista dalla terraferma. Questo fornisce un sacco di flessibilità nella scelta del sito».
Mit News ha intervistato Jim Eyer, un senior analyst dell’agenzia di consulenza energetica E&I Consulting di Oakland, che non è stato coinvolto in questa ricerca, che dice che il progetto «Affronta alcune importanti sfide legate alla produzione di energia eolica in generale, in particolare la mancata corrispondenza temporale tra produzione e domanda e la variabilità delle produzione, variazioni di output particolarmente rapide che portano ad un eccessivo "ramping" della produzione distribuibile», ma crede che l’ipotesi del Mit «Sia un po’ romanzesca più che potenzialmente significativa. Ovviamente avremo bisogno di un proof-of-concept pilota per fare il successivo passo dello sviluppo.
Slocum ed i suoi studenti nel 2011 hanno costruito un prototipo di 30 pollici di diametro che ha funzionato bene nei cicli di carico e scarico, dimostrando la fattibilità di questa idea. Il team spera di estendere la sua progettazione ad una sfera di 3 metri, per poi, se ci saranno finanziamenti, salire gradualmente fino a una versione a 10 metri da testare in ambiente sottomarino. Il Mit ha comunque naturalmente già depositato un brevetto sul sistema. I ricercatori stimano che un parco eolico offshore accoppiato a queste sfere di stoccaggio dovrebbe utilizzare una quantità di calcestruzzo paragonabile a quella utilizzata per costruire la diga di Hoover, realizzata ’30 nel Grand Canyon, alta 221,4 metri e lunga 379, ma forbirebbe una quantità analoga di energia.
Il problema è che la produzione di cemento è una delle principali fonti di emissioni di CO2, ma il team del Mit ha pensato anche a questo: «Il calcestruzzo per queste sfere potrebbe essere fatto, in parte, invece che di cemento, utilizzando grandi quantità di ceneri "fly" delle centrali a carbone esistenti, un materiale che altrimenti sarebbe un rifiuto». Secondo il team del Mit «Nel corso di un decennio di costruzione e installazione, le sfere potrebbero utilizzare molte delle ceneri leggere prodotte dalle centrali a carbone Usa, e produrre energia sufficiente a fornire un terzo del fabbisogno di energia elettrica degli Usa».
Quindi le ceneri delle centrali a carbone verrebbero utilizzate per stoccare energia che punta a sostituirle: una specie di contrappasso o di araba fenice eolica che sorge dalle ceneri del rifiuto energetico che, dopo le scorie nucleari, è quello contro il quale è più forte la protesta delle associazioni ambientaliste statunitensi
