Il sistema di turbine di quinta generazione di Verdant Power viene sottoposto a un test in acqua nell'East River di New York City nel 2012. Immagine cortesia Verdant Power, Inc. Quando pensi all'East River a New York City, l'energia rinnovabile probabilmente non è la prima cosa che viene in mente. Eppure il fiume, un tempo pozzo nero e discarica per un cadavere occasionale, si è trovata in prima linea nel movimento per l'energia verde. Nel settembre 2012, Trey Taylor, titolare di Verdant Power, affondò una speciale turbina elettrica a tre pale nel corso d'acqua che corre lungo il lato est di Manhattan. Taylor ha progettato la turbina, che sembra un moderno ventaglio attaccato a un corpo a forma di siluro, per generare elettricità dalla spinta e dalla trazione delle correnti impetuose del fiume [fonte:McGeehan].
Entro il 2017, 30 di quelle turbine potrebbero punteggiare il fiume, con ogni unità che genera 35 kilowatt di elettricità. In caso di successo, il progetto potrebbe fornire energia sufficiente per alimentare centinaia di case. Realizzato in plastica e fibra di vetro stratificata, le turbine di marea dell'East River sono una delle numerose innovazioni tecnologiche che stanno scuotendo il mondo idroelettrico [fonte:McGeehan].
Da un capo all'altro del pianeta, scienziati e ingegneri stanno lavorando su una varietà di concetti, alcuni reali, altri hanno immaginato - che contribuirà a rendere questa antichissima fonte di energia una moderna ancora più importante. In questi giorni, Il 6% dell'elettricità negli Stati Uniti proviene dall'energia idroelettrica (cioè il 70% dell'elettricità rinnovabile generata negli Stati Uniti) [fonte:US DOE]. L'offerta è illimitata, anche se non tutte le aree sono un buon posto per costruire un progetto idroelettrico.
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Febbraio 2011:Veduta della scala dei pesci a Longview, Lavare., dove nuotano le teste d'acciaio. Immagine per gentile concessione di Tess McBride/USFWS (sotto licenza CC by 2.0) Se sei un pesce d'acqua dolce come una trota, l'ultima cosa che vuoi vedere è una diga. Le dighe impediscono il movimento a monte del novellame verso le acque dove si riprodurranno e vivranno il resto dei loro giorni. Gli ambientalisti si lamentano da tempo che le dighe possono causare danni. Entra nelle scale dei pesci.
Una delle scale per pesci più tecnologicamente avanzate si trova nel Montana presso la centrale idroelettrica di Thompson Falls sul fiume Clark Fork. È la prima scala per pesci a tutta lunghezza negli Stati Uniti continentali progettata specificamente per la trota toro, una specie minacciata. Gli 8 milioni di dollari, La scala alta 72 piedi (22 metri) ha 48 gradini che il pesce può salire [fonti:Holyoak, PPL Montana].
I pesci che nuotano a monte sono attratti dalla piccola apertura alla base della scala dall'acqua scaricata. Cominciano la loro salita sulla scala dei pesci d'acciaio e cemento, combattendo contro l'acqua impetuosa ad ogni passo. Ciascuno dei 48 passaggi, o piscine, è largo circa 5 piedi (1,5 metri) e lungo da 6 a 10 piedi (da 1,8 a 3 metri) e presenta aperture nella parte superiore e inferiore. I pesci alla fine raggiungono una piscina di raccolta di 17 piedi (5 metri) e poi un serbatoio di raccolta. Una volta dentro il serbatoio, gli scienziati esaminano e etichettano il pesce, che vengono poi rilasciati sopra la diga [fonti:Holyoak, PPL Montana].
Tuttavia, le scale per pesci non funzionano sempre bene come sono state progettate. Uno studio separato dell'Università del Massachusetts Amherst ha scoperto che solo una piccola percentuale delle popolazioni ittiche sta attraversando in sicurezza le dighe osservate dai ricercatori [fonte:Adams].
Puoi vedere tutte le parti di una tipica centrale idroelettrica in questa illustrazione, comprese le condotte forzate. © HowStuffWorks La natura sa una cosa o due. Tutto quello che devi fare è guardare. Quando un ingegnere idroelettrico e uno scienziato medico si unirono alla fine del XX secolo, hanno escogitato un nuovo modo per aumentare la potenza delle centrali idroelettriche esistenti di quasi il 10% [fonte:Piesold e Caro]. Tutto ciò che hanno fatto è stato applicare il design a forma di spirale dei vasi sanguigni umani per creare una forma simile tubo della condotta forzata .
La saracinesca elicoidale è simile alla canna di un fucile, che ha scanalature a spirale incise all'interno. L'acqua impetuosa scorre attraverso la condotta forzata elicoidale, e come un proiettile attraverso una canna rigata, comincia a girare. I tubi concentrano il flusso dell'acqua direttamente sulla turbina elettrica, migliorare le prestazioni della turbina [fonte:Piesold e Caro].
L'inventore Rick Dickson è stato ispirato a creare la sua idrosfera dopo aver letto del naturalista ed esploratore Dr. Charles William Beebe (nella foto qui), che ha sondato le profondità dell'oceano in una batisfera negli anni '30. Keystone/immagini Getty Sembra buono sulla carta, ma l'inventore Rick Dickson dice che la sua idea può funzionare se messa alla prova. Dickson sta parlando di un generatore idroelettrico che sfrutta gli immensi differenziali di pressione nelle acque profonde dei laghi o degli oceani. Lo chiama a idrosfera e ritiene di poter generare fino a 500 megawatt di energia rinnovabile continua [fonte:Scoop].
Anche se deve ancora costruire un prototipo o ottenere un brevetto, L'idrosfera di Dickson è un tipo di diga idroelettrica cilindrica che sfrutta la pressione variabile dell'acqua dell'oceano o del lago [fonte:Scoop].
L'altra invenzione di Dickson non assomiglia esattamente a questa icona dell'energia idroelettrica:la diga di Hoover. iStockphoto/Thinkstock L'idrosfera ha portato Dickson a un'altra invenzione, il Generatore aria-acqua-gravità , che crede sia la centrale idroelettrica del futuro. L'AWG è un grande, cilindro cavo riempito d'aria e ancorato al fondo marino a profondità variabili. Un generatore elettrico si trova all'interno del cilindro. Per generare energia, una valvola fa entrare l'acqua nel dispositivo a grande pressione. L'acqua che scorre entra in una camera a vuoto e costringe un pistone a salire a statore , la parte stazionaria del generatore su cui gira un rotore. Quando il pistone sale sullo statore, genera elettricità [fonte:Comunicato Stampa Gratuito].
Quando il pistone raggiunge un fermo metallico nella parte superiore dello statore, rilascia una valvola collegata ad un tubo boccaglio cavo alla base del cilindro. Il tubo si apre, permettendo all'aria di decomprimersi. Che costringe il rotore verso il basso lo statore, ancora una volta generando elettricità. L'acqua viene anche spinta fuori dal cilindro con grande forza e fuori dal tubo dello snorkel sulla superficie dell'oceano. L'acqua fuoriesce dalla parte superiore del tubo come un geyser. La valvola di rilascio quindi si chiude, riapre la presa d'acqua, e il ciclo si ripete. A seconda delle sue dimensioni e della profondità a cui è posto nell'oceano, l'AWG può produrre fino a mezzo gigawatt di potenza continua [fonti:comunicato stampa gratuito, Oltre i combustibili fossili]. Il dispositivo non era stato prototipato o brevettato al momento della pubblicazione.
Un generatore di elettricità basato sull'energia delle onde si trova al largo della costa del Portogallo nel 2008. Un problema tecnico ha costretto la fattoria di energia delle onde fuori uso dopo due mesi. Utilizzava tubi galleggianti il cui movimento oscillante pompava fluido idraulico per azionare i generatori. Joao Abreu Miranda/AFP/Getty Images L'eco delle onde che si infrangono contro una spiaggia rocciosa o una spiaggia sabbiosa è un suono rilassante. Sapevi che è anche un suono energico? L'energia cinetica è l'energia del movimento, e l'acqua che scorre ne trabocca. Questo perché il movimento delle onde è alimentato dal vento e dalla geologia oceanica [fonte:Union of Concerned Scientists].
Ingegneri e scienziati hanno ideato una varietà di dispositivi per sfruttare l'energia idrocinetica generata dalle onde. Infatti, gli scienziati dicono che se potessimo estrarre solo il 15% dell'energia lungo la costa degli Stati Uniti (in particolare la costa occidentale), gli Stati Uniti potrebbero generare tanta elettricità quanto tutte le dighe idroelettriche della nazione [fonte:Union of Concerned Scientists].
Il generatore a turbina TidGen di Ocean Renewable Power è pronto per l'installazione presso il sito del progetto Tidal Energy di Cobscook Bay Immagine cortesia Ocean Renewable Power Parlando di energia idrocinetica, sei mai andato a nuotare nell'oceano? La marea in uscita ti ha trascinato dalla riva? Le maree danno un pugno potente, e possiamo usarli per generare elettricità.
Nel 2012, uno dei primi progetti di energia mareomotrice negli Stati Uniti ha iniziato a fornire energia alla rete elettrica. Il progetto, una turbina sottomarina al largo della costa del Maine, è stato costruito da Ocean Renewable Power Co. La turbina assomiglia a un vecchio tosaerba, ma in sostanza è un tipo di mulino a vento sottomarino. Le lamine della turbina ruotano quando la marea entra ed esce da Cobscook Bay vicino a Eastport. Le maree nella zona sono tra le più alte del Maine, raggiungendo i 20 piedi (6 metri). Il generatore da 21 milioni di dollari può alimentare da 25 a 30 case [fonti:Sharp, Woodard].
Un sistema RiverStar implicherebbe il posizionamento di moduli lungo un corso d'acqua (come il maestoso fiume Colorado nella foto qui) piuttosto che lo sbarramento in una posizione specifica. iStockphoto/Thinkstock Lo sbarramento di un fiume per generare elettricità è così del 20esimo secolo. Le dighe non solo alterano il paesaggio, ma possono anche influenzare la fauna selvatica (ricordate quelle scalette di pesce di cui abbiamo parlato?). E se potessimo sfruttare la potenza del fiume senza costruire dighe e bacini idrici? Una società con sede in California chiamata Bourne Energy crede di aver trovato la risposta [fonte:Bourne Energy].
Il sistema RiverStar dell'azienda raccoglie energia cinetica lungo un fiume anziché in un punto, come fanno le dighe. Ecco come funziona:gli ingegneri posizionano un certo numero di "moduli" attraverso un fiume. Ogni modulo è composto da una turbina, uno stabilizzatore, un sistema di ormeggio e un sistema di conversione dell'energia. I cavi in acciaio ad alta tensione tengono in posizione ciascuna unità e si collegano l'una all'altra in una serie. L'acqua che scorre passa attraverso le turbine, e mentre girano, raccolgono l'energia del fiume, che aziona un generatore. I funzionari di Bourne affermano che RiverStar può generare 50 kilowatt in un fiume con una velocità dell'acqua di 4 nodi. La società aggiunge che RiverStar non influisce sui modelli migratori dei pesci né ostacola il traffico fluviale.
VIVACE potrebbe trovare la sua prima casa nel fiume Detroit. iStockphoto/Thinkstock Nel 2007, Michael Bernitsas, professore all'Università del Michigan, trovato un modo per sfruttare l'energia cinetica di un fiume che scorre osservando come i pesci si muovono attraverso l'acqua. Ha creato un dispositivo che chiama VIVACE , che è l'abbreviazione di Vortex Induced Vibration for Aquatic Clean Energy [fonti:Vortex Energy, Lafay].
Come ogni pescatore di trote può dirti, quando un banco di pesci si muove nell'acqua, i pesci curvano i loro corpi e creano minuscoli vortici vorticosi. I pesci spingono i loro corpi fuori dai vortici per spingersi in avanti. VIVACE funziona allo stesso modo. Gli ingegneri posizionano una serie di cilindri sul fondo del fiume o dell'oceano. La corrente passante scorre sui cilindri creando vortici, che muovono i cilindri su e giù. All'interno di ogni cilindro c'è un magnete che si muove su una bobina di metallo, generando una corrente continua elettrica. VIVACE quindi prende la corrente CC e la converte in CA. A differenza di altre tecnologie idrocinetiche, L'invenzione di Bernitsas può sfruttare l'energia dei fiumi lenti [fonti:Vortex Energy, Lafay].
Le turbine sono ovunque tu giri in energia idroelettrica. Nell'oceano. Nel fiume. Nei tubi. Questo, una delle turbine sottomarine più grandi del mondo, è raffigurato il 19 ottobre, 2011, nella baia di Brehec a Plouezec, Francia occidentale. Fred Tannea/AFP/Getty Images linee fognarie, linee d'acqua dolce, tubi e condutture per le acque reflue:quasi ogni città ha una sorta di tubo dell'acqua che serpeggia attraverso di essa. E se ci fosse un modo per sfruttare la potenza dell'acqua che scorre veloce passando attraverso i tubi comunali? Una nuova invenzione ha fatto proprio questo.
Una società israeliana chiamata Leviathan ha creato una turbina idraulica che può essere racchiusa in un tubo. Quando l'acqua scorre nella turbina, genera elettricità. Il dispositivo, chiamata Turbina Benkatina, funziona fuori l'acqua che scorre attraverso tubi dell'acqua chiusi, tubi di fognatura, canali e tubi che rimuovono le acque reflue dalle fabbriche [fonte:Leviathan Energy].
Potresti creare una centrale idroelettrica in casa con un rubinetto e poche altre parti. iStockphoto/Thinkstock Immagina di trasformare la tua casa in una mini centrale idroelettrica. Questo è esattamente ciò che Fulton Innovation ha in mente. La società con sede nel Michigan ha creato tecnologie idroelettriche lillipuziane in grado di alimentare radio elettriche, Altoparlanti, orologi e televisori, utilizzando l'acqua che esce dal rubinetto del bagno.
Al centro della tecnologia Splashpower di Fulton c'è un dispositivo chiamato generatore idroelettrico in miniatura. Tali generatori producono elettricità utilizzando il flusso d'acqua in una casa o in un edificio. Ogni volta che fai scorrere l'acqua con un mini-generatore Splashpower, puoi alimentare i sistemi di irrigazione, luce d'emergenza, un addolcitore d'acqua e persino l'illuminazione del campo all'aperto I dispositivi mini-idroelettrici possono essere utilizzati anche per caricare le batterie [fonte:Splashpower].
Ti sei mai chiesto perché la maggior parte delle persone vive vicino a specchi d'acqua? L'acqua ha reso facile raggiungere un posto in un altro. Le fonti d'acqua venivano utilizzate per l'agricoltura. Inoltre, l'energia idroelettrica è stata l'energia preferita per secoli. La storia dell'energia idroelettrica è in sostanza, la storia dell'umanità. Gli antichi greci usavano i loro muscoli per macinare la farina a mano. Hanno quindi inventato una delle prime ruote idrauliche che ha reso il lavoro molto più semplice. Loro e altri hanno applicato quella tecnologia alla produzione tessile, lavorazione del legno e altri usi. Nei secoli, abbiamo escogitato modi nuovi e migliori per sfruttare la potenza dell'acqua che scorre veloce, come quelli in questo articolo.
