Ricerca e sviluppo di convertitori di energia ondosa

Responsabile: Prof. Piero Ruol, PO, Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale

Composizione del GRE:

  • Piero Ruol, PO

 

Aree di ricerca di afferenza:

  • Sistemi di accumulo energetico
  • Smart Grid
  • Valutazione economica delle risorse ambientali ed energetiche

 

Attività:

Il gruppo studia dispositivi di energia ondosa dal 1999. Ha esaminato diversi convertitori, fra cui i più noti sono il WaveDragon (basato sul principio della tracimazione), Dexa (principio dei movimenti differenziali), Seabreath e OEBuoy (principio della camera d’acqua oscillante). Lo studio dei dispositivi è esteso al sistema di ancoraggio e all’interazione con la turbina elettrica.

Le attività svolte sono:

  • Stima del flusso di energia ondosa disponibile nei mari Italiani [Ref. 3]
  • Proof of concept (verifica in laboratorio della validità dell’idea progettuale)
  • Verifica delle potenzialità del dispositivo di conversione dell’energia ondosa
  • Ricerca finalizzata allo sviluppo del dispositivo per migliorarne l’efficienza idraulica (indicazioni sulle migliorie da apportare ai dispositivi esaminati)
  • Progettazione e verifica degli ancoraggi
  • Modelli Wave-2-Wire (modelli completi che stimano la corrente generata a partire dall’onda incidente, valutando gli aspetti idraulici, di interazione con il sistema di ancoraggio, del generatore elettrico)
  • Ricerca di base
  • Studio di desalinizzatori ed altri metodi di accumulatori della energia generata
  • Studio dell’interazione dei convertitori con la rete e smart grids

 

Elenco delle ultime pubblicazioni:

  1. Martinelli L., B. Zanuttigh and J.P. Kofoed. Selection of design power of wave energy converters based on wave basin experiments, Renewable Energy, Vol. 36(11), 2011, 3124-3132.
  2. Martinelli L, Pezzutto P. and Ruol P., Experimentally based model to size the geometry of a new OWC device, with reference to the Mediterranean Sea wave climate, Energies 6(9), 2013, 4696-4720.
  3. Mendoza E., Silva R., Zanuttigh B., Angelelli E., Andersen T.L., Martinelli L., Nørgaard J., Ruol P. Beach response to wave energy converter farms acting as coastal defence. Coastal engineering, 87(5), 2014, 97-111.

 

Contatti:

GEOMAR, Via Ognissanti, 39 – 35129 PADOVA

  Laboratorio marittimo

L’Università di Padova è stata fondata nel 1222 ed è una delle più antiche del mondo. La scuola idraulica nasce nel 1842 da Domenico Turazza. In Italia, Padova fu la prima a concentrarsi su opere marittime (1910) e nel 1925 era già funzionante un innovativo laboratorio con vasca in grado di generare onde. In Europa, i soli altri laboratori simili (per quanto ci risulta) erano Dresda, Karlsruhe, Pietersburg e Vienna. Nel 1954 fu costruita una nuova vasca ad onde di 18 x 21 m, la prima in Italia, ed è da allora stata ampiamente utilizzata per la previsione della trasformazione ondosa nei porti.
Oggi, il laboratorio marittimo è dotato delle attrezzature più moderne, adatte ad eseguire prove per le attività di ricerca di base e per gli studi di ricerca applicata. Gli incarichi svolti abitualmente riguardano principalmente i seguenti argomenti: trasformazione delle onde irregolari in acque basse; trasformazioni dell’onda indotta da opere marittime e di difesa costiera; verifica delle stabilità di dighe, strutture marittime e di difesa costiera; stima dell’efficienza di convertitori di energia ondosa; penetrazione dell’onda nei porti; valutazione dell’impatto di opere costiere lungo le coste sabbiose; valutazione del trasporto dei sedimenti in direzione crosshore e longshore; morfodinamica del litorale; azione delle onde sulle strutture e sistemi di ancoraggio.
Il laboratorio comprende due diverse strutture, un canale ad onde ed una vasca ad onde.

CANALE AD ONDE 2D

Dimensioni: lunghezza 35.0 m, larghezza 1.0 m, profondità 1.30 m.

Il canale è dotato di un generatore d’onda idraulico (pala di 1,0 x 1,4 m) con servovalvola e trasduttore di posizione in retroazione collegata al personal computer, che permette di generare attacchi di onde regolari e irregolari di assegnate caratteristiche spettrali. La pala può oscillare in modo rototraslatorio ma agisce generalmente come un pistone (traslazione orizzontale) o in alcuni casi ruota come fosse incernierato in basso. Il sistema di generazione di onda è anche dotato di assorbimento dell’onda riflessa. Nel canale vi è un sistema di ricircolo.

Il canale è stato completamente ricostruito nel 2002, quando è stata sostituita la vecchia struttura in cemento armato con una in acciaio, con travi si sostegno ad U (senza qualsiasi sovrastruttura). Nella parte superiore sono state collocate due rotaie, ove può essere montato un carrello (su cui posizionare sonde di livello o un profilatore automatico del fondo). Entrambi i lati del canale sono in vetro, perfettamente rettilinei.
Il canale è stato dotato anche di un nuovo sistema di pompaggio che consente il ricircolo di una portata nota dal fondo alla testa del canale. Una pompa può ricircolare portate fino a circa 100-300 m3/h (a seconda del tirante in canale). Il canale è stato equipaggiato con un dispositivo di “assorbimento attivo” nel 2005; questo aggiornamento si è reso necessario per evitare che le onde riflesse (dalla struttura o sulla spiaggia sotto esame) possono influenzare la generazione dell’onda stessa.

VASCA AD ONDE 3D:

Dimensioni: lunghezza 26.6 m, larghezza 17.8 m, profondità 0.80 m.

È dotato di una pala idraulica (8,0 x 0,85 m) con servovalvola e trasduttore di posizione collegata al personal computer, e consente di generare attacchi di onde regolari e irregolari di assegnate caratteristiche spettrali, oppure onde solitarie (con compensazione della fase calante). La pala del generatore può oscillare orizzontalmente e agire come un pistone. Il sistema è ancorato con serbatoi di acqua e può essere facilmente svuotato e spostato (per esempio ruotato in modo da consentire la generazione di onde oblique).

STRUMENTI DI MISURA

Gli strumenti di misura in uso nel laboratorio marittimo sono riassunte di seguito: sonde di livello (resistive, di lunghezza diversa), celle di carico (di diversa portata e forma), misura del livello statico (mobile su rotaie), strumenti per la misura della portata di acqua e aria, trasduttori di pressione, un profilatore automatico del fondo, un misuratore della velocità della corrente (micropropeller), fotocamere digitale e apparecchiature di registrazione video. Il sistema di acquisizione può acquisire dati ad una frequenza fino a 50kHz.

Il canale e il bacino sono dotati di software specifici per la generazione delle onde (HR Wallingford), acquisizione dati (Labview), di misura della portata lungo il sistema di ricircolo del canale e del profilatore (HR Wallingford).