CompactRio di National Instruments è il cuore di un innovativo sistema giroscopico per produrre energia dalle onde marine

Automazione Industriale Award 2014
Wave for Energy, società di Torino, ha realizzato il sistema Iswec (Inertial Sea Wave Energy Converter), un dispositivo innovativo che sfrutta  in modo efficiente la risorsa acqua per produrre energia elettrica. Il controllo della soluzione ideata dalla società torinese è affidato a un controller  CompactRio di National Instruments.
La soluzione

Il mare è una risorsa per la produzione di energia elettrica dalle grandi potenzialità e lo sviluppo di centrali di produzione di energia da fonti rinnovabili è una delle maggiori sfide di questi anni. L'integrazione di diverse fonti di energia, comprese le rinnovabili, consentirà infatti di ottenere un mix energetico tale da soddisfare il fabbisogno energetico futuro.
Con Iswec (Inertial Sea Wave Energy Converter), un dispositivo galleggiante per la produzione di energia da moto ondoso, Wave for Energy ha realizzato un sistema che va nella direzione citata sopra.
Il dispositivo di conversione è alloggiato all'interno di un opportuno galleggiante, caratterizzato da un posizionamento flottante che non prevede sistemi rigidi di collegamento o fondazioni sul fondale marino: il suo principio di funzionamento, basato su un sistema inerziale risonante con il moto ondoso del mare, è realizzato con un volano di cui si sfrutta l'effetto giroscopico.
Il beccheggio dello scafo, indotto dal moto periodico delle onde incidenti, combinato alla velocità di rotazione del volano induce, grazie agli effetti giroscopici, una rotazione della piattaforma di sospensione del giroscopio attorno al singolo grado di libertà cui essa è dotata. L'albero in ingresso al Pto (Power Take Off), collegato rigidamente alla piattaforma di sospensione, garantisce il trasferimento di potenza meccanica del moto ondoso al generatore elettrico incaricato della trasformazione finale in potenza elettrica.

Il progetto ha la finalità di realizzare un prototipo full scale che sarà varato a Pantelleria nell'autunno 2014.
Lo scafo, che ha dimensioni 8 x 15 m con un'altezza di 4,5 m, alloggia al suo interno due gruppi giroscopici per una potenza elettrica installata di 130 kW. Il cuore dell'intero sistema risiede nelle leggi di controllo del generatore elettrico e del motore che regola la velocità di rotazione dei giroscopi. La piattaforma hardware e software di sviluppo degli algoritmi deve essere in grado di provvedere in tempo reale all'acquisizione dei sensori sul campo, di interfacciarsi con le previsioni metereologiche, di prevedere le caratteristiche del potenziale della futura onda incidente in base allo storico misurato e, infine, di generare il segnale di controllo al generatore elettrico a breve termine e il segnale di controllo in velocità al motore elettrico accoppiato al volano per una regolazione a lungo termine.
È stato scelto quindi un controller dual core real time CompactRio di National Instruments, che permette la gestione del sistema di controllo, l'interfacciamento con differenti bus di campo utilizzati dalla sensoristica installata, la misura e l'acquisizione dei dati. I canali di misura utilizzati sono 8 digital output, 8 digital input, 4 analog input, 3 porte seriali e una profibus per la comunicazione con gli azionamenti.
Un server installato sul CompactRio permette la comunicazione dei dati all'esterno tramite comunicazione su rete di telecomunicazione cellulare.

I vantaggi

La caratteristica principale di Iswec è di essere sintonizzabile con la
variazione di periodo e altezza dello stato di mare mediante la
regolazione della velocità di rotazione del volano. Tale variazione consente la regolazione della frequenza propria del sistema,
sintonizzandola con la frequenza dell'onda incidente e ottendendone un incremento della produttività. Il dispositivo, inoltre, non ha
componenti meccanici mobili immersi in acqua, un elemento che riduce
significativamente la manutenzione del sistema e ne migliora
l'efficienza.

Situazioni critiche, come il verificarsi di
condizioni di moto ondoso particolarmente gravose per il sistema
meccanico o per il generatore elettrico, sono egualmente gestite modificando i parametri del controllo del generatore e, in caso di
necessità, applicando delle procedure di messa in sicurezza del sistema.
Come per le altre fonti di energia rinnovabile, Iswec contribuisce a ridurre la dipendenza dal petrolio e dalle fonti fossili non rinnovabili.
Dal punto di vista ambientale, il sistema ha anche una serie di impatti positivi sul territorio e contribuisce alla riduzione dell'emissione di gas serra:  avendo il sistema in scala reale una produttività annua pari a 250MWh, si stima  un risparmio di 68 t di CO2 all'anno. Il sistema occupa una zona di mare nella quale saranno vietati l'accesso e la pesca: sono quindi protetti i fondali marini e favorite la biodiversità e la proliferazione della flora e della fauna.

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