Una progettazione di ormeggio ottimizzata al computer per turbine eoliche galleggianti
Le turbine eoliche offshore galleggianti potrebbero contribuire maggiormente alla lotta contro i cambiamenti climatici sfruttando la notevole quantità di energia eolica disponibile nelle acque più profonde. Un ostacolo a tale possibilità, tuttavia, è rappresentato dal fatto che a queste profondità gli ormeggi tradizionali delle turbine eoliche non sono fattibili, soprattutto a causa della loro lunghezza, il che rende difficile l’installazione delle fondazioni da fissare sul fondale, nonché la relativa manutenzione. Le turbine galleggianti, invece, sono per definizione mobili e pertanto utilizzabili in una gamma più ampia di luoghi: di conseguenza, possono sfruttare venti offshore più forti e stabili. Ciononostante, le turbine eoliche galleggianti presentano ancora una serie di sfide a livello ingegneristico. «Le loro strutture interagiscono in modo complesso con l’aria e l’acqua dell’ambiente, mentre l’interazione del sistema di ormeggio con il fondale marino è particolarmente complicata; di conseguenza, le soluzioni galleggianti sono solitamente più costose e più impegnative a livello tecnico da sviluppare rispetto alle turbine fissate sul fondale», spiega Shengjie Rui(si apre in una nuova finestra), ricercatore principale e borsista del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra) (MSCA) del progetto MLSITDAIAFWT, che ha utilizzato la modellizzazione al computer allo scopo di migliorare la progettazione degli ormeggi per le turbine eoliche galleggianti. Il progetto era particolarmente interessato a stabilire il modo in cui le interazioni tra le cime d’ormeggio e il fondale marino siano in grado di originare trincee che riducono la capacità di ancoraggio.
Il primo modello computerizzato accurato dei carichi di ancoraggio
Il team di MLSITDAIAFWT, finanziato dal programma MSCA, ha combinato esperimenti di laboratorio e simulazioni al computer presso l’Istituto geotecnico norvegese(si apre in una nuova finestra), che ha ospitato il progetto, e l’Università norvegese di scienza e tecnologia(si apre in una nuova finestra), ateneo partner. Per studiare il modo in cui i fondali argillosi si deformano e si erodono a causa del movimento ripetuto dei componenti di ormeggio, sono stati eseguiti per la prima volta dei test di laboratorio chiamati test di penetrazione delle barre di catena. «La scoperta principale ha riguardato il fatto che le strutture mobili tagliano e disturbano ripetutamente il terreno ammorbidendo l’argilla e riducendo l’integrità e la resistenza del fondale marino, nonché formando in tal modo delle trincee», aggiunge Rui. Insieme ai dati della letteratura in materia pubblicata, questi risultati di laboratorio sono stati utilizzati al fine di calibrare un modello numerico delle interazioni tra le cime d’ormeggio e i fondali, dati che sono stati successivamente inseriti nel software SIMA(si apre in una nuova finestra) consentendo di effettuare analisi integrate del sistema di queste interazioni. Le misurazioni hanno dimostrato che la porzione seppellita di una cima d’ormeggio altera in modo significativo la tensione sia del passacavo (raccordo che guida la catena) sia dell’occhiello (piastra e anello in acciaio inossidabile per fissare la catena), influenzando le prestazioni complessive del sistema di ormeggio. «A mia conoscenza, questo è il primo modello che consente ai progettisti di calcolare direttamente i carichi di ancoraggio come parte delle analisi a livello di sistema, tenendo conto degli effetti della cima seppellita; il nostro studio contribuirà a migliorare l’affidabilità dei sistemi di ormeggio, riducendo al contempo i costi di manutenzione e rendendo più fattibili le turbine eoliche galleggianti», afferma Rui.
Sostenere le ambizioni per l’energia pulita e l’innovazione marina
Garantendo una maggiore affidabilità della tecnologia eolica galleggiante, il lavoro svolto nell’ambito di MLSITDAIAFWT incrementa la produzione di energia rinnovabile su larga scala in acque profonde, contribuendo a ridurre le emissioni di CO2 e la dipendenza dai combustibili fossili, a sostegno delle ambizioni per l’energia pulita dell’UE(si apre in una nuova finestra). «Con le sue applicazioni, tra cui parchi eolici galleggianti commerciali, sistemi ibridi di energia offshore e soluzioni di ormeggio avanzate per le infrastrutture oceaniche, la tecnologia stimola anche le innovazioni dell’ingegneria oceanica, incoraggiando al contempo un più ampio sviluppo delle risorse marine», osserva Rui. Dopo aver già presentato i risultati del progetto in una serie di eventi, tra cui una lezione plenaria presso un’importante conferenza internazionale in Francia(si apre in una nuova finestra), Rui sta ora applicando direttamente il modello del progetto alla progettazione di turbine eoliche galleggianti, convalidandone le prestazioni in scenari ingegneristici reali. «Se il modello migliorerà costantemente l’accuratezza e l’efficienza della progettazione, i metodi e i risultati sviluppati da MLSITDAIAFWT potranno essere incorporati negli standard industriali e nelle linee guida di progettazione dei sistemi di ormeggio eolici galleggianti», conclude Rui.