“Le energie rinnovabili per le isole minori e le aree marine protette italiane” – Edizione 2013 Vestire i fari di vento e di sole (Tipologia “e”)

Concorso di idee internazionale: “Le energie rinnovabili per le isole minori e le aree marine protette italiane” – Edizione 2013 Vestire i fari di vento e di sole (Tipologia “e”)

Location: Italy – Isola del Tino, Scoglio dell’Affrichella, Isola di Capraia

Designers: Massimiliano Pardi, Crisitna Rotta, Paolo Fatticioni, Iria Avanzini; Piegiulio Avanzini, Gruppo Eko

Project Year: 2013

PREMESSA E FILOSOFIA DELLE IDEE PROPOSTE
Nelle idee proposte sono prese in considerazione due tipologie di fari:

1. quelli collegati a infrastrutture locali (reti elettriche) estese, spesso localizzati in posizioni sopraelevate delle isole, lontano dal mare;

2. quelli isolati e privi di ogni tipo di infrastruttura (tipicamente quelli di segnalazione di scogli affioranti e/o secche). In entrambe le tipologie la domanda energetica (se riferita alla sola generazione luminosa) è di limitata entità, ad essa, in molti casi, si sopperisce con l’impiego di pannelli solari fotovoltaici e, dove serve, di un adeguato sistema di stoccaggio a base di accumulatori elettrici. Sia i sistemi di captazione fotovoltaica che gli accumulatori elettrici a batteria hanno impatto ambientale non trascurabile in riferimento sia al loro smaltimento di fine vita che al possibile inquinamento conseguente ad incidenti con dispersione in mare. Si propone di introdurre, in aggiunta alle tecnologie fotovoltaiche, sistemi eolici non convenzionali, generatori da moto ondoso e alternativi sistemi di stoccaggio dell’energia prendendo come base di lavoro, e rivalutando, tradizionali tecniche marinaresche.

SOLUZIONI
Per la cattura del vento le pale eoliche non sono proponibili paesaggisticamente e funzionalmente per i fari. La tecnologia marinaresca tradizionale a cui si fa riferimento è quella delle maniche a vento orientabili che adornavano le coperte dei piroscafi di fine secolo XIX – inizio XX.
Queste maniche a vento avevano lo scopo di catturare e convogliare l’aria fresca di superficie verso i compartimenti inferiori per renderli più vivibili. Lo sfruttamento del vento con questa tecnica, anche se meno efficiente, è visivamente meno impattante rispetto alle pale rotanti. I sistemi che si propongono per la captazione del vento fanno riferimento a strutture fisse, in grado di ricevere energia qualunque sia
la direzione di provenienza e basate sul principiodi conversione. Le strutture sono immaginate per essere adatte ad alloggiare pannelli fotovoltaici ad integrazione della generazione eolica.
Una prima soluzione consiste nel rivestimento del faro, normalmente costituito da un corpo principale cilindrico, con maniche a vento tangenziali fisse che possano catturare l’energia del vento in maniera selettiva, qualunque sia la direzione di provenienza e
convogliarla verso piccole turbine
generatrici posizionate alla base della struttura. Dal punto di vista realizzativo le maniche modulari prefabbricate vengono posizionate sul contorno della zona (quasi) cilindrica del faro. Le singole turbine eoliche posizionate nella zona di depressione alla base dei moduli sono realizzate da ventilatori centrifughi commerciali di serie modificati per lavorare in flusso inverso ed equipaggiati con generatore elettrico DC. Lungo la parte
verticale non attiva dei moduli possono essere eventualmente alloggiati pannelli fotovoltaici in posizione verticale.
Questa soluzione si applica a fari per i quali non esistano vincoli di tipo estetico o paesaggistico. Nel seguito è mostrata un’applicazione esemplificativa al faro dell’Isola del Tino.

B) La cattura del vento con una struttura fissa di servizio al faro
Questa soluzione, basata ancora sul concetto delle maniche a vento, eventualmente integrate con strutture fotovoltaiche, è applicabile a quei casi nei quali il faro possiede particolari caratteristiche architettoniche o vincoli paesaggistici e valori storico/culturali che non ne permettono la “vestizione”. In questi casi si tratta di realizzare in prossimità del faro, ed in zona esposta al vento (ed al sole), una struttura dedicata. Il concept architettonico si è ispirato alla forma a spirale delle conchiglie.
La conchiglia è una struttura biologica rigida e dura che protegge e sostiene il mollusco, con questa proposta si è voluto reinterpretare queste caratteristiche e si è inteso esaltare le sue linee e le sue forme.
Nella struttura a conchiglia proposta la cattura del vento avviene, sia attraverso delle bocche di presa, che rievocano le spine del modello naturale, sia attraverso la coclea principale che in natura individua l’alloggiamento del mollusco.
La struttura poggia su una piattaforma rigida, incernierata centralmente su un attuatore rotante pneumatico che, attraverso un sensore, permette di far girare l’intera struttura a favore di vento.
La tecnologia proposta utilizza principalmente due materiali: struttura puntiforme in acciaio
tubolare e tamponatura in ETFE (Etilene tetrafluoroetilene). L’ ETFE, scelto per la tamponatura, è un polimero parzialmente florurato, che ha un’alta resistenza alla corrosione in un ampio spettro di temperature. E’ un plastica trasparente, più leggera e più resistente del vetro; più isolante e più semplice ed economico da installare e può essere trasportato in rotoli e posizionato sulla struttura prefabbricata sopra esposta, seguendo le linee e le forme della struttura che imita quella biologica.
La sua trasparenza permette inoltre di far entrare all’interno i raggi del sole, che raggiungono i pannelli fotovoltaici posizionati come una corazza a protezione della turbina eolica. Nella soluzione immaginata, per il nuovo semaforo del monte Arpagna all’Isola di Capraia, il faro è integrato nella struttura di generazione di energia. Nel caso di fari preesistenti la struttura viene affiancata al faro.
Questa soluzione si applica, in particolare, ai fari posizionati su strutture geologiche costituite da scogli isolati affioranti a bassa elevazione, del tipo di quelli esistenti allo scoglio d’Africa (formiche di Montecristo). Il sistema consiste in un camino idraulico, ricavato all’interno della battigia, collegato al mare aperto da un condotto comunicante. L’oscillazione della colonna d’acqua provocata dal moto ondoso alimenta una turbina idraulica ad asse verticale alloggiata all’interno del condotto di comunicazione.
La turbina di tipo Savonius ruota sempre nello stesso senso all’invertirsi del moto nel condotto. Il sistema è un OWC (Oscillating Water Column) modificato con la soppressione della cassa d’aria e con la sostituzione della turbina di Wells ad aria con una più semplice turbina idraulica di tipo Savonius. Per i fari su scogli circondati dal mare la posizione del captatore è poco rilevante in quanto il moto ondoso risulta attivo qualunque sia la provenienza delle onde per effetto dell’impatto o della risacca.
Nel Tirreno centrale ci sono da attendersi 27 giorni consecutivi di calma. Ciò rende necessario un sistema di stoccaggio dell’energia elettrica adeguato.
C.1. Accumulo con celle a combustibile reversibili
Una via innovativa di accumulo elettrochimico non impattante per l’ambiente è costituita dall’impiego di celle a combustibile PEM (a membrana solida polimerica) ad idrogeno/ossigeno reversibili. Celle a combustibile di questo genere, sono già disponibili sul mercato. La stessa figura mostra lo schema di processo di questo tipo di equipaggiamento. La disponibilità immediata di energia elettrica suggerisce l’utilizzo di un faro a LED di nuova generazione: per il faro dell’Africhella risulta sufficiente una lampada a 5 livelli per un consumo di 50 W in tensione continua da 12 V.
C.2. Accumulo di idrogeno
La disponibilità di elettricità in forma discontinua e la presenza del mare nelle vicinanze, in molti dei fari, si prestano per attuare un processo di accumulo riferito alla produzione di idrogeno. Questo può essere prodotto per via elettrolitica dell’acqua di mare. Sono inoltre in corso di sviluppo tecnologie di conversione diretta della acqua di mare in idrogeno con un processi catalitici attivati dalla radiazione solare.
La disponibilità immediata di idrogeno suggerisce il suo utilizzo diretto per la generazione luminosa usando una lampada a reticella, facendo così riferimento ad un’altra tecnologia
tradizionale marinaresca, quella delle lampare e delle lampade a gas a reticella.
C) Generazione da moto ondoso e stoccaggio elettrochimico non convenzionale dell’energia

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