Il convegno ha evidenziato il vasto potenziale delle turbine offshore nella decarbonizzazione della rete.

Catturare energia dai venti che soffiano dalle coste degli Stati Uniti potrebbe più che raddoppiare la produzione di elettricità della nazione. Non c’è da meravigliarsi che l’amministrazione Biden consideri questa immensa risorsa di energia pulita come centrale per i suoi ambiziosi obiettivi climatici di elettricità al 100% senza emissioni di carbonio entro il 2035 e un’economia a zero emissioni nette entro il 2050. La Casa Bianca punta a 30 gigawatt di energia eolica offshore entro il 2030, sufficiente per alimentare 10 milioni di case.

In un simposio presentato dal MIT Energy Initiative (MITEI) il 22 marzo 2023, esperti accademici, analisti energetici, sviluppatori eolici, funzionari governativi e rappresentanti di servizi pubblici hanno esplorato le immense opportunità e le formidabili sfide di sfruttare questa risorsa titanica, sia negli Stati Uniti Stati e altrove nel mondo.

“C’è molto lavoro da fare per capire come utilizzare questa risorsa in modo economico, e prima piuttosto che dopo”, ha affermato Robert C. Armstrong , direttore del MITEI e professore di ingegneria chimica alla Chevron, nella sua introduzione all’evento.

Nelle sessioni dedicate alla tecnologia, allo sviluppo e all’integrazione, alla politica e alla regolamentazione, i partecipanti hanno inquadrato le questioni fondamentali per lo sviluppo dell’eolico offshore, descritto le minacce al suo rapido lancio e offerto potenziali percorsi per superare gli ingorghi.

I progressi della ricerca e sviluppo

Moderando un panel sulla ricerca del MIT che sta facendo progredire il settore, Robert Stoner , vicedirettore per la scienza e la tecnologia del MITEI, ha fornito al pubblico un contesto sull’industria.

“Abbiamo un alto grado di coincidenza geografica tra dove si trova quella capacità eolica e dove si trova la maggior parte di noi, ed è complementare al solare”, ha affermato. Le turbine situate in acque più profonde e al largo ottengono il vantaggio di venti a velocità più elevate. “È possibile rendere queste macchine enormi, creando sostanziali economie di scala”, ha affermato Stoner. Una turbina onshore genera circa 3 megawatt; le strutture offshore possono produrre ciascuna da 15 a 17 megawatt, con lame della lunghezza di un campo da calcio e altezze superiori al monumento a Washington.

Per sfruttare la potenza dei parchi eolici distribuiti su centinaia di miglia nautiche in acque profonde, ha affermato Stoner, i ricercatori devono prima affrontare alcuni problemi seri, tra cui la costruzione e la manutenzione di questi enormi impianti in ambienti difficili, la disposizione di parchi eolici per ottimizzare la generazione e la creazione di parchi eolici affidabili e connessioni socialmente accettabili alla rete terrestre. Gli scienziati del MIT hanno descritto come stanno affrontando una serie di questi problemi.

“Quando progetti una struttura galleggiante, devi prepararti alle peggiori condizioni possibili”, ha affermato Paul Sclavounos , professore di ingegneria meccanica e architettura navale che sta sviluppando turbine in grado di resistere a forti tempeste che colpiscono le pale e le torri delle turbine con migliaia di tonnellate della forza del vento. Sclavounos ha descritto i sistemi utilizzati nell’industria petrolifera per legare al fondo dell’oceano giganteschi impianti galleggianti che potrebbero essere adattati per piattaforme eoliche. Componenti relativamente economici come cime di ormeggio in poliestere e materiali compositi “possono mitigare l’impatto delle onde alte e dei carichi di vento grandi, grandi”.

Per estrarre la massima potenza dalle singole turbine, gli sviluppatori devono tenere conto dell’aerodinamica tra le turbine in un singolo parco eolico e tra parchi eolici adiacenti, secondo Michael Howland, Esther e Harold E. Edgerton Assistant Professor di ingegneria civile e ambientale. Il lavoro di Howland sulla modellazione della turbolenza nell’atmosfera e della velocità del vento ha dimostrato che l’angolazione delle turbine di una piccola quantità l’una rispetto all’altra può aumentare significativamente la produzione di energia per le installazioni offshore, migliorando notevolmente la loro efficienza. Howland spera che la sua ricerca promuova “il cambiamento del design dei parchi eolici dall’inizio del processo”.

C’è un’incredibile complessità nell’integrare l’elettricità dall’eolico offshore nelle reti regionali come quella gestita da ISO New England, sia che si tratti di convertire le tensioni o di monitorare il carico delle utenze. Steven B. Leeb , professore di ingegneria elettrica e informatica e ingegneria meccanica, sta sviluppando sensori in grado di indicare guasti elettronici in una microrete collegata a un parco eolico. E Marija Ilić, professore a contratto congiunto presso il Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica e ricercatore senior presso il Laboratorio per i sistemi informativi e decisionali del MIT, sta sviluppando un software che consentirebbe la programmazione in tempo reale delle apparecchiature controllabili per compensare la potenza variabile generata dal vento e da altre risorse rinnovabili variabili. Sta anche lavorando all’automazione distribuita adattiva di queste apparecchiature per garantire una rete elettrica stabile.

“Come andiamo da qui a lì?”

I relatori del simposio hanno fornito istantanee dell’emergente industria offshore, condividendo il loro senso di urgenza e alcune frustrazioni.

Il clima pone “una crisi esistenziale” che richiede “una massiccia impresa sul piede di guerra”, ha affermato Melissa Hoffer, che occupa la nuova posizione di gabinetto di capo del clima per il Commonwealth del Massachusetts. Considera l‘energia eolica “come la spina dorsale della decarbonizzazione del settore elettrico”. Con il progetto Vineyard Wind, lo stato sarà uno dei primi nella nazione ad aggiungere alla rete l’eolico offshore. “In realtà vedremo i primi 400 megawatt… probabilmente interconnessi e disponibili entro la fine di quest’anno, il che rappresenta una pietra miliare fantastica per noi”, ha affermato Hoffer.

Il viaggio per completare Vineyard Wind ha comportato una pletora di scrupolose revisioni ambientali, azioni legali per l’affitto dell’ubicazione, negoziazioni sul prezzo dell’elettricità che produrrà, buy-in dalle città in cui il suo cavo sotterraneo arriva a terra e viaggia verso una sottostazione di Eversource. È una storia familiare per Alla Weinstein, fondatore e CEO di Trident Winds Inc. Sulla costa occidentale, dove le acque profonde (superiori a 60 metri) iniziano più vicino alla riva, Weinstein sta cercando di lanciare progetti eolici offshore galleggianti. 

“Sono stato nel settore delle rinnovabili marine per 20 anni, e quando le persone chiedono perché faccio quello che faccio, dico loro che è perché è importante”, ha detto. “Perché se non lo facciamo, potremmo non avere un pianeta adatto agli umani.”

Il “quadro della realtà” di Weinstein descrive un processo pluriennale durante il quale Trident Winds deve affrontare le preoccupazioni di parti interessate come le comunità tribali e l’industria della pesca e garantire il rispetto, tra gli altri regolamenti, del Marine Mammal Protection Act e del Migratory Bird Species Act. La costruzione di queste enormi piattaforme galleggianti, quando finalmente avverrà, richiederà infrastrutture e barche portuali specializzate non ancora costruite e una grande forza lavoro qualificata per l’assemblaggio e la trasmissione. “Questa è un’opportunità irripetibile per creare un nuovo settore”, ha detto, ma “come arriviamo da qui a lì?”

Danielle Jensen, responsabile tecnico per Shell’s Offshore Wind Americas, sta lavorando a un progetto al largo del Rhode Island. Il progetto prevede cavi ad alta tensione e corrente continua che serpeggiano fino all’approdo nel Massachusetts, dove le linee DC passano ad AC per connettersi alla rete. “Niente di tutto questo esiste, quindi dobbiamo trovare uno spazio, le terre e i giusti tipi di cavi, collegarci al punto di interconnessione e lavorare con gli operatori di interconnessione per farlo in modo sicuro e affidabile”, ha affermato.

Le utility stanno collaborando con gli sviluppatori per iniziare a eliminare alcuni di questi ostacoli. Julia Bovey, direttrice dell’eolico offshore per Eversource, ha descritto la riqualificazione o il miglioramento di cinque porti da parte della sua azienda e nuove navi da trasporto per l’assemblaggio offshore di componenti per parchi eolici nelle acque dell’Atlantico. La società sta anche scavando sotto le strade per posare i cavi per nuove linee elettriche. Bovey osserva che gli ostacoli nelle catene di approvvigionamento e l’inflazione hanno fatto aumentare i costi. Ciò rende più complessa la determinazione delle tariffe elettriche future, soprattutto perché i contratti e i mercati delle utenze funzionano in modo diverso in ogni stato.

Solo sette turbine negli States

Altre nazioni detengono un vantaggio dominante nell’eolico offshore: ad oggi, gli Stati Uniti rivendicano solo sette turbine operative, mentre la Danimarca ne vanta 6.200 e il Regno Unito 2.600. La capacità energetica offshore combinata dell’Europa è di 30 gigawatt, che, come osserva il ricercatore del MITEI Tim Schittekatte, è l’obiettivo degli Stati Uniti per il 2030.

L’Unione Europea vuole 400 gigawatt di eolico offshore entro il 2050, un obiettivo reso ancora più urgente dalle minacce alla sicurezza energetica dell’Europa derivanti dalla guerra in Ucraina. “L’idea è di collegare tutti quei mulini a vento, creando una rete offshore a maglie“, ha affermato Schittekatte, aiutato dai regolamenti dell’UE che stabiliscono “un processo armonizzato per costruire infrastrutture transfrontaliere”.

Morten Pindstrup, ingegnere capo internazionale presso Energinet, l’impresa energetica statale danese, ha descritto un componente di questo piano paneuropeo: una rete eolica offshore ibrida danese-tedesca. Energinet sta anche costruendo isole energetiche nel Mare del Nord e nel Baltico per mettere in comune l’energia dei parchi eolici offshore e fornire energia a diversi paesi.

L’industria eolica europea trae vantaggio dalla pianificazione centralizzata, dalla regolamentazione e dai mercati, ha affermato Johannes P. Pfeifenberger, uno dei direttori di The Brattle Group. “Il processo di pianificazione della rete negli Stati Uniti non è adatto oggi per trovare soluzioni convenienti per portarci a una rete energetica pulita in tempo”, ha affermato. Pfeifenberger ha raccomandato agli Stati Uniti di perseguire immediatamente una serie di mosse, tra cui un accordo multistatale per la cooperazione sull’eolico offshore e la creazione da parte degli operatori di rete di tecnologie di trasmissione compatibili.

I relatori del simposio hanno espresso forti preoccupazioni sul fatto che approvazioni complicate e prolungate, nonché politiche di parte, possano ostacolare la nascente industria offshore della nazione. “Puoi sviluppare quello che vuoi e concordare quello che stai facendo, e poi le persone in carica cambiano, e tutto va in pezzi”, ha detto Weinstein. “Non possiamo rallentare e in realtà dobbiamo accelerare”.

Larry Susskind, il professore Ford di pianificazione urbana e ambientale, aveva idee per superare le autorizzazioni e gli ingorghi politici. Esperto di negoziazioni, ha suggerito di convocare riunioni riservate per le parti interessate con interessi in competizione per sessioni collaborative di risoluzione dei problemi. Ha annunciato la creazione di una Renewable Energy Facility Siting Clinic presso il MIT. 

“Facciamo in modo che le persone concordino sul fatto che esiste un problema e accettino che senza una soluzione il sistema non funzionerà in futuro e dobbiamo iniziare a risolverlo ora”.

Altri partecipanti al simposio erano più ottimisti riguardo al successo dell’eolico offshore. “Fidati di me, il vento fluttuante non è una tecnologia esotica e difficile da implementare”, ha affermato Sclavounos. “Ci saranno aziende che investiranno in questa tecnologia perché produce enormi quantità di energia e, anche se il processo potrebbe non essere semplificato, l’economia funzionerà da sola”.

Fonte: MIT Energy Initiative

Foto: Gretchen Ertl