Energia delle onde

In inverno, se ti trovi su una costa rivolta a ovest, puoi sentire attraverso i tuoi piedi che ogni pochi secondi arriva e si infrange un muro d’acqua che ha percorso l’oceano. Le onde sono prodotte dal vento che soffia su migliaia di chilometri di mare aperto, quindi sono una forma concentrata e ritardata di energia eolica. Continuano ad arrivare dopo che il vento è calato, di notte come di giorno, e più fortemente in inverno, esattamente quando i pannelli solari fanno meno.

Questa è la promessa, ed è reale. Questa pagina, scritta con la stessa onestà dei nostri Ricerca Fan Wall, è sul perché la promessa è stata così difficile da mantenere. La versione breve: la fisica funziona e la risorsa è grande, ma una macchina delle onde deve raccogliere mari ordinari mentre sopravvive a tempeste che trasportano cinquanta volte più potenza. Dopo mezzo secolo e molte aziende fallite, l’energia delle onde rimane parecchie volte più costosa del solare, senza ancora un progetto vincente. Può vincere per primo dove l’energia è costosa e il mare è l’unico vicino.

Che cos’è

Un convertitore di energia delle onde è una macchina che trasforma il moto delle onde in elettricità. A differenza dell’eolico, dove un progetto (la turbina a tre pale) ha vinto, l’energia delle onde ha ancora centinaia di idee in competizione. Si suddividono in alcune famiglie:

• Assorbitori di punti: boe che oscillano su e giù e tirano contro un’ancora o un galleggiante pesante. Il C4 di CorPower è uno.
• Attenuatori: lunghe catene di galleggianti a forma di serpente che si trovano lungo la direzione delle onde, piegandosi alle giunzioni. Pelamis ne è stato il famoso esempio.
• Convertitori di onda oscillante: alette incernierate sul fondo marino vicino alla riva che oscillano avanti e indietro. L’Oyster di Aquamarine Power ne era una.
• Colonne d’acqua oscillanti: camere aperte al mare sotto la linea di galleggiamento. Le onde spingono l’acqua all’interno su e giù, che spinge l’aria dentro e fuori attraverso una turbina. Mutriku in Spagna ne ha sedici costruiti in un muro del porto.
• Dispositivi di sovraccarico: rampe che lasciano fluire le onde in un bacino sopraelevato, quindi drenano l’acqua attraverso turbine a bassa testa.

Ecco come funziona

Energia in un’onda. L’energia di un’onda è immagazzinata in parte come acqua sollevata sopra il livello medio del mare e in parte come movimento dell’acqua. Per un mare irregolare descritto dalla sua altezza significativa delle onde H (circa l’altezza media del terzo più alto delle onde), l’energia per metro quadrato di superficie marina è E = ρ g H² / 16, dove ρ è la densità dell’acqua di mare e g la gravità. Raddoppiando l’altezza dell’onda quadruplica l’energia.

Potenza, il numero che conta. L’energia delle onde viaggia alla velocità di gruppo g T / 4π in acque profonde, dove T è il periodo dell’onda. Moltiplicando l’energia per la velocità, la potenza che arriva lungo ogni metro di fronte d’onda è P = ρ g² H² T / 64π, che si ottiene come circa 0.49 × H² × T kilowatt per metro. Un mare di 2,5 m con un periodo di 9 s trasporta circa 28 kW oltre ogni metro di costa: in un anno, l’elettricità di decine di case per metro, se tutto questo potesse essere catturato. Il spiegatore sopra ti permette di provare altri mari.

Cosa fa l’acqua. In acque profonde, l’acqua in un’onda non viaggia con essa: ogni particella si muove in cerchio e ritorna quasi da dove è iniziata. I cerchi si restringono rapidamente con la profondità; mezza lunghezza d’onda verso il basso, il movimento è solo circa il 4% di quello in superficie. Le onde in acque profonde sono lunghe: la lunghezza d’onda è di circa 1.56 × T² metri, quindi un’onda di 9 s è lunga 126 m da cresta a cresta. Ecco perché la maggior parte dell’energia delle onde è vicino alla superficie e perché le macchine galleggiano o si trovano in acque poco profonde.

Per assorbire un’onda, fai un’onda. Una macchina a onde prende energia muovendosi in modo da annullare parte dell’onda in entrata. Per una boa galleggiante che si muove solo su e giù, questo stabilisce un famoso limite: per quanto grande sia, non può catturare più della potenza che arriva attraverso una larghezza di λ / 2π, una lunghezza d’onda divisa per 2π, circa 20 m per un’onda di 9 s (Falnes, 2002). Per raggiungere anche questo obiettivo, il movimento della boa deve rimanere al passo con le onde, motivo per cui i sistemi di controllo che sintonizzano una macchina su ogni onda passante sono così importanti. In pratica, le macchine misurate e modellate catturano tipicamente tra un decimo e un terzo della potenza che arriva attraverso la loro stessa larghezza (Il bambino, 2015).

Lento, forze enormi. Un’onda spinge con una forza enorme ma si muove lentamente, un metro o due ogni pochi secondi. I generatori preferiscono il moto veloce e delicato, in modo da ogni macchina dell’onda ha bisogno di un Presa di forza Un motore che converte l’uno nell’altro: ram e motori idraulici, turbine ad aria, generatori lineari a trasmissione diretta o riduttori meccanici. Gran parte dell’ingegneria, e gran parte del fallimento, accade qui.

I limiti: teorici e pratici

La risorsa. In media, sul pianeta, circa 2,1 TW di energia delle onde raggiungono le coste del mondo, dello stesso ordine dell’utilizzo medio mondiale di elettricità di circa 3,4 TW (Gunn e Stock-Williams, 2012). Solo una frazione può essere presa: le macchine non possono costeggiare tutte le coste, l’energia viene persa quando le onde raggiungono acque poco profonde e gran parte della risorsa si trova nei remoti oceani meridionali. Le coste più ricche si affacciano sui venti dominanti di ovest tra i 40 e i 60 gradi di latitudine: Irlanda, Scozia, Portogallo, Cile, Australia meridionale, Nuova Zelanda, Pacifico nord-occidentale degli Stati Uniti. I mari chiusi come il Mediterraneo ricevono solo pochi kilowatt per metro.

Il problema della tempesta. Il pulsante tempesta dell’esplicatore rende visibile la difficoltà centrale. Una macchina è progettata per fare la maggior parte dei suoi soldi in mari da 1 a 4 m, ma deve sopravvivere a mari da 10 a 15 m, portando cinquanta o più volte la potenza e onde singole ancora più alte. Progettare una struttura per la tempesta la rende pesante e costosa; progettarla per il mare medio la rende fragile. Le turbine eoliche risolvono questo problema spostando le pale fuori dal vento. Una macchina delle onde non può uscire dal mare.

Fatica. Con un periodo di 8 secondi, una macchina incontra circa quattro milioni di onde all’anno, ognuna delle quali piega, spinge e torce i suoi giunti, le guarnizioni e gli ormeggi. In venti anni, cioè circa ottanta milioni di cicli di carico in acqua salata.

Accesso e ormeggi. Come tutte le energie marine, le macchine a onde possono essere installate e riparate solo in tempo calmo, e si trovano proprio dove il tempo è peggiore. Gli ormeggi devono tenere un corpo in movimento in mare aperto senza scattare o trascinare.

Progetti reali, misurati

Progetto	Dove	Tipo e dimensione	Cosa è successo
Pelamis	Aguçadoura, Portogallo, poi EMEC, Orcadi	Attenuatore, 750 kW, da 120 a 180 m di lunghezza	The first multi-machine wave farm: three machines, 2.25 MW, began exporting in July 2008 and were offline by November 2008 when the project’s owner ran into financial trouble. The later P2-001 machine completed more than 15,000 operating hours at EMEC. Pelamis Wave Power entered administration in November 2014 (Pelamis).
Ostriche	EMEC, Isole Orcadi	Nearshore flap, 315 kW poi 800 kW	Prima macchina installata nel 2009, la seconda generazione testata dal 2012 al 2015.Aquamarine Power ha chiamato gli amministratori nell’ottobre 2015 (Aquamarine Power).
Mutriku	Paesi Baschi, Spagna	16 colonne d’acqua oscillanti in uno specchio d’acqua portuale, 296 kW	Operating since July 2011. Over 3 GWh in total by the end of 2023; 266 MWh in 2023, a capacity factor of about 10%. Its Wells turbines convert about 30% of the air power into electricity. Cost €6.4 million (Mutriku; Tethys, PNNL).
La mia vita	Al largo della Cornovaglia, Inghilterra	Presa di prova collegata alla rete per macchine fino a 20 MW	Installato nel 2010 con denaro pubblico, al 2018 non produceva più elettricità; il sito è stato poi convertito a energia eolica offshore galleggiante (Wave Hub).
CorPower C4	Hotel a Aguçadoura, Portogallo	Boa ad assorbimento di punti, 300 kW nominali, 9 m di larghezza, 19 m di altezza	Esportazione da ottobre 2023; sopravvissuto a onde di 18,5 m nella tempesta Domingos nel novembre 2023; picchi fino a 600 kW; certificazione di tipo da parte di DNV nel 2026.Nello stesso sito è prevista una piccola serie di ulteriori boe (CorPower Ocean; CorPower, 2026).

Il modello è sobrio. Le macchine più note degli anni 2000, Pelamis e Oyster, lavoravano entrambe in mare, ed entrambe le società fallirono prima di raggiungere gli array commerciali, principalmente perché il passo successivo costava più di quanto gli investitori avrebbero rischiato. La centrale più antica, Mutriku, è minuscola ed è stata costruita su uno specchio d’acqua che era comunque necessario. La nuova generazione, guidata da progetti come CorPower, ha messo la sopravvivenza e il controllo al primo posto e solo ora si sta muovendo da una macchina a un primo piccolo array.

Quanto costa

Non esiste ancora un parco onde commerciale, quindi ogni cifra di costo è una stima da prototipi e modelli.

Fonte	Che cos’è	Prezzo
Mutriku, il nostro calcolo da dati pubblicati	6,4 milioni di euro per 266 MWh nel 2023, 20 anni al 7% reale, prima dei costi di gestione	più di 2 euro per kWh
Sistemi di energia oceanica (2015)	Array di seconda ondata, dati medi degli sviluppatori	$0.21 to $0,67 per kWh
Sistemi di energia oceanica (2015)	Primi parchi di onde su scala commerciale: stime degli sviluppatori / studi di riferimento indipendenti	$0.12 to $0,28 / $0.28 to $0,48 per kWh
Sistemi di energia oceanica (2015)	Costo installato dei primi array	$4,000 to $18,100 per kW
Il nostro punto di riferimento	Solare sul tetto di un edificio, modello Fan Wall; Lazard 2026 solare commerciale e comunitario	$0.19 per kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (giugno 2026)	Nuovo solare di utilità / eolico onshore / eolico offshore	$0.04 to $0,10 / $0.04 to $0,10 / $0.11 to $0,17 per kWh

Mutriku non è un test di costo, ma una dimostrazione, con piccole turbine scelte per l’affidabilità. Ma mostra quanto l’hardware reale è lontano dalle stime cartacee. La gamma onesta per un primo piccolo array oggi è circa $0.30 to $0,70 per kWh, due a quattro volte solare sul tetto. Gli studi del settore affermano che le aziende agricole commerciali potrebbero raggiungere $0.12 to $0,28, se le macchine sopravvivono, la disponibilità è elevata e i costi diminuiscono con il volume. Nessuna di queste condizioni è stata ancora dimostrata in mare.

Dove può vincere e dove non può

Si può vincere:

• In mare, dove non c’è la rete. Sensori oceanici, boe di navigazione, penne per acquacoltura, veicoli subacquei che hanno bisogno di ricarica e piattaforme offshore ora funzionano su batterie, diesel o pannelli solari che fanno poco in inverno. Qui una piccola macchina a onde compete con energia costosa, non con il solare a buon mercato.
• Isole su coste energiche, dalle Ebridi alle Azzorre e al Pacifico, dove l’energia viene già fornita dal gasolio importato.
• Frangiflutti e dighe che si costruiscono comunque, come a Mutriku, dove la struttura è già pagata.
• Accanto ai parchi eolici offshore, condividendo cavi, connessioni di rete e navi di manutenzione, e producendo quando il vento è calato ma l’onda non lo ha fatto.
• Come potenza invernale alle alte latitudini, dove le onde sono più forti quando i pannelli solari fanno meno.

Non può vincere:

• Come elettricità a buon mercato, ovunque i parchi solari ed eolici possono essere costruiti.
• Su coste riparate e mari chiusi, dove la risorsa media è di pochi kilowatt per metro.
• Senza prima dimostrare la sopravvivenza. Un progetto che non ha superato un inverno in mare è ancora un modello, per quanto buoni siano i risultati del serbatoio.

Ciò che è provato, plausibile e speculativo

Dimostrato: la fisica dell’energia delle onde e del flusso di potenza; i limiti di cattura per i corpi oscillanti; che le macchine a onda possono generare elettricità in mare ed esportarla alla rete; che una colonna d’acqua oscillante in uno specchio d’acqua può funzionare per più di un decennio (Mutriku); che la risorsa è più forte in inverno sulle coste rivolte verso ovest alle medie latitudini.

Plausible: che nuovi metodi di controllo e strutture più leggere possono aumentare la cattura e il taglio dell’acciaio per kilowatt; che le boe ad assorbimento puntiforme possono sopravvivere a tempeste del tipo C4 di CorPower incontrato nel 2023; che gli array che condividono ormeggi e cavi possono ridurre i costi; che i mercati dell’osservazione degli oceani e dell’acquacoltura pagheranno per piccole macchine prima della rete.

Speculativo: energia delle onde a spese del vento offshore; un singolo progetto che vince come la turbina a tre pale ha vinto per il vento; grandi array di centinaia di megawatt nel prossimo decennio.

Domande di ricerca aperte

• Sopravvivenza e controllo insieme. Come sintonizzare una macchina per catturare il massimo dalle onde ordinarie mentre la si desintona in modo sicuro in una tempesta, in modo affidabile, per venti anni.
• Presa di forza. Conversione efficiente e duratura di forze lente ed enormi: idraulica, ingranaggi magnetici, generatori lineari, materiali flessibili che sono a loro volta generatori.
• Ormeggi e struttura. Meno acciaio per kilowatt, e ormeggi che non falliscono.
• Array. Come le macchine si aiutano o si ombreggiano a vicenda in gruppi e come condividere l’infrastruttura.
• Convergenza. Quale delle famiglie sopra, se ce n’è una, è fondamentalmente più economica. Programmi pubblici di stage-gate come Wave Energy Scotland Non esiste una risposta a questo con dati condivisi.
• Ambiente. Rumore subacqueo, rischio di impigliamento per i mammiferi marini negli ormeggi ed effetti sui sedimenti costieri quando grandi array prendono energia dalle onde.

Di cosa avrebbe bisogno un prototipo funzionante

L’energia delle onde ha un percorso ben battuto dall’idea al mare, proprio perché tante idee hanno fallito lungo di esso. I costi sottostanti sono le nostre stime approssimative per un piccolo team.

Fase	Lavoro	Cosa dimostra	Costo approssimativo	Tempo
1. Modello numerico	Modelli nel dominio della frequenza e del tempo della macchina in condizioni reali di mare (esistono strumenti aperti come WEC-Sim)	Larghezza di cattura in teoria, carichi nelle tempeste	$10k to $40k	Da 2 a 4 mesi
2. serbatoio dell’onda	Un modello in scala 1:50 a 1:20 in un bacino universitario, onde regolari e irregolari, poi onde estreme, con una simulazione di presa di potenza misurata su strumenti	Rapporto di larghezza di cattura misurato e carichi di sopravvivenza	$30k to $150k	Da 3 a 6 mesi
3. prova in mare riparato	Una macchina da 1:4 a 1:10 in un sito di produzione come Scapa Flow o BiMEP in Spagna, esportata in una banca dati	Potenza reale, ormeggi, manutenzione, un inverno in mare	$0.5 million to $3 milioni	Da 1 a 2 anni
4. Full scala	Una macchina in un ormeggio collegato alla rete in mare aperto	Dati di performance e sopravvivenza bancabili	$10 milioni e oltre	Da diversi anni

La fase 2 è dove un pitch inizia ad essere credibile: un modello in una vasca di onde con una presa di forza misurata, mostrando sia ciò che cattura che ciò che sopravvive.

Di chi abbiamo bisogno

• Ingegneri oceanografici e idrodinamici con esperienza nell’interazione onda-struttura e nel controllo.
• Wave tank facilities presso università e laboratori nazionali.
• Specialisti della presa di forza: idraulica, generatori lineari, ingranaggi magnetici.
• Ingegneri strutturali di ormeggio e offshore.
• Operazioni marittime persone che hanno installato e recuperato attrezzature in mare.
• Ecologi marini per il monitoraggio del rumore e dell’intreccio.
• Utenti in mare: allevamenti ittici, osservatori oceanici e utility delle isole che avrebbero acquistato le prime macchine.

Hai un’idea migliore?

Alcuni membri della Fondazione potrebbero avere contatti che potrebbero sentire un pitch. Per essere presentata, un’idea ha bisogno di Un modello reale che produce energia, con la sua potenza misurata su uno strumento, non rivendicato: un modello in una vasca di onda con una presa di forza registrata dice più di qualsiasi animazione. Anche le idee cartacee sono benvenute: se la fisica e i numeri sono solidi, possiamo pubblicarle qui sul sito. Ma raccogliere capitali senza un modello di lavoro è molto difficile, e nulla qui è una promessa di finanziamento, rendimenti o introduzioni.

Invia la tua idea attraverso il modulo di contributo, scegliendo l’Iniziativa Verde. Dicci per quali onde è progettato, la larghezza di cattura che ti aspetti e perché, come sopravvive a una tempesta, un costo approssimativo per kWh e il test più economico che potrebbe dimostrare che si sbaglia. La pagina sources of energy confronta l’energia delle onde con undici altre idee.

Fonti

1. Gunn, K. e Stock-Williams, C. (2012). Quantificare la risorsa globale di energia delle onde. Energia rinnovabile 44, 296-304.
2. Falnes, J. (2002). Onde oceaniche e sistemi oscillanti: interazioni lineari compresa l’estrazione di energia delle onde. Cambridge University Press.
3. A., . (2015). Un database del rapporto di larghezza di cattura dei convertitori di energia delle onde. Energia rinnovabile 80, 610-628.
4. Sistemi di energia oceanica (2015). Costo energetico internazionale livellato per le tecnologie dell’energia oceanica.
5. Potenza delle onde, Wikipedia: la formula del flusso di potenza in acque profonde.
6. Convertitore di energia delle onde Pelamis, Wikipedia.
7. Potenza Acquamarina, Wikipedia.
8. Mutriku Breakwater Wave Plant, Wikipedia, e Pacific Northwest National Laboratory, Tethys, Mutriku wave power plant.
9. Wave Hub, Wikipedia.
10. CorPower Ocean, Wikipedia, e CorPower Ocean (2026), prima certificazione DNV al mondo per la tecnologia dell’energia delle onde.
11. Onda di energia della Scozia. Libreria pubblica di relazioni sui programmi.
12. Lazard (giugno 2026). Costo dell’Energia Livellato+, versione 19.
13. Local Solar System Fondazione. The Fan Wall: modello aperto e benchmark, impianto solare su tetto a 0,19 dollari per kWh.
14. Islay LIMPET, Wikipedia: una colonna d’acqua oscillante costiera da 250 kW, collegata alla rete nel 2000 e disattivata nel 2011.
15. Wave Dragon, Wikipedia: il prototipo in scala 1:4.5 a Nissum Bredning, dal 2003 al 2010.
16. BiMEP (2026). BiMEP ospita il nuovo dispositivo galleggiante di IDOM: la colonna d’acqua oscillante MARMOK-A5, e una versione precedente testata dal 2016 al 2019.
17. Teoria delle onde aeree e Turbina di Wells, Wikipedia: orbite delle particelle sotto le onde, e una turbina ad aria che ruota nello stesso modo in entrambe le direzioni.