Il settore europeo dell’energia eolica offshore fluttuante si prepara ad espandersi in acque più profonde
La capacità globale di energia eolica offshore è cresciuta esponenzialmente dal 2009, passando da circa 2 gigawatt (GW) a oltre 72 GW; dal canto suo, la maggior parte di quella europea si trova nella regione del Mare del Nord, dove le turbine sono perlopiù costituite da impianti a fondo fisso collocati direttamente sul fondale marino. Questa tecnologia è utilizzabile solo in acque relativamente basse, fino a 60 metri di profondità, mentre per estendere lo sfruttamento delle promettenti risorse eoliche in acque più profonde, comprese le strette piattaforme continentali del Mediterraneo, saranno essenziali le turbine eoliche offshore fluttuanti (FOWT, floating offshore wind turbine). Per accelerarne lo sviluppo in modo economicamente vantaggioso, tuttavia, risulta urgente disporre di migliori strumenti di modellizzazione. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto SEAFLOWER si è proposto di sviluppare una procedura numerica che integri l’esperienza passata e le nuove scoperte utilizzando l’analisi agli elementi finiti, la «metamodellizzazione» e l’intelligenza artificiale (IA).
Metamodellizzazione dei sistemi di ancoraggio
La metamodellizzazione è un metodo di approssimazione efficiente dal punto di vista computazionale utilizzato per riprodurre la risposta di complessi modelli agli elementi finiti. Creando un modello semplificato in grado di acquisire il comportamento essenziale di un sistema più complesso, questa tecnica consente di effettuare calcoli più rapidi e meno dispendiosi in termini di risorse, particolarmente preziosi quando si tratta di grandi insiemi di dati e simulazioni complesse. I sistemi di ancoraggio FOWT costituiscono uno di questi complessi problemi, nell’ambito dei quali le FOWT vengono montate su piattaforme fissate con cime di ormeggio e ancore. Ancora nelle prime fasi di sviluppo, sono stati realizzati solo alcuni progetti pilota a tal riguardo; inoltre, i sistemi di ancoraggio sono stati presi in prestito dall’industria petrolifera e del gas offshore, sebbene il dispiegamento dell’energia eolica offshore abbia requisiti diversi. Alessio Mentani, borsista MSCA attivo presso l’Università di Bologna, ha colto al volo l’opportunità di sviluppare e convalidare una procedura volta a condurre studi di metamodellizzazione sulle soluzioni di ancoraggio. Pur avendo conseguito un dottorato di ricerca in ingegneria geotecnica, Mentani non aveva mai lavorato nel campo della geotecnica offshore e la sua esperienza con le tecniche di metamodellizzazione era limitata. «SEAFLOWER ha fornito un’opportunità unica per ampliare le mie conoscenze e competenze in questo settore di ricerca specializzato; inoltre, mi ha permesso di ampliare notevolmente la mia rete professionale, il che costituisce uno dei miei obiettivi primari», spiega.
Combinare i metamodelli con i modelli agli elementi finiti
«L’integrazione della modellizzazione agli elementi finiti con i metodi di metamodellizzazione è stata complessa, così come l’identificazione di un problema fattibile da analizzare che sfruttasse efficacemente entrambi i metodi. Grazie al perfezionamento iterativo e alla perseveranza, siamo riusciti a superare gli ostacoli sviluppando una metodologia solida e aumentando la nostra comprensione di come combinare queste tecniche avanzate in applicazioni pratiche», osserva Laura Govoni, docente associato dell’Università di Bologna che ha rivestito il ruolo di supervisore del progetto. Mentani ha inizialmente applicato la procedura, in qualità di prova di concetto, a un ancoraggio per pali infissi sottoposto a un carico di pura trazione, mentre nel secondo caso di studio ha esplorato lo scenario più complesso di un ancoraggio a piastra installato in un terreno con proprietà materiali variabili nello spazio, ottenendo risultati più avanzati. «Incorporare la variabilità spaziale nelle tecniche di metamodellizzazione per esaminare il modo in cui quella delle proprietà del suolo influisce sulla capacità di tenuta di un ancoraggio a piastra si è rivelato un compito innovativo e impegnativo, il cui successo ha fornito un approccio affidabile al fine di analizzare il problema in un quadro probabilistico», osserva Mentani. «Un documento che descrive i principali risultati ottenuti è attualmente in fase di revisione e sono ottimista sul fatto che possa produrre nuove intuizioni e progressi nel campo», aggiunge. Sebbene i modelli di questi due sistemi di ancoraggio costituiscano risultati importanti, la convalida dell’affidabilità del metodo apre la strada alla sua diffusione e a un contributo significativo alle crescenti ambizioni dell’Europa in materia di energia eolica offshore fluttuante.
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