Il potenziale delle turbine eoliche galleggianti nelle acque profonde dell'oceano

La transizione globale all'energia rinnovabile sta accelerando, e l'energia eolica offshore svolge un ruolo fondamentale nella decarbonizzazione delle reti elettriche. Mentre le turbine tradizionali a fondo fisso hanno dimostrato efficacia nelle acque basse, vaste regioni a profondo oceo, dove oltre l'80% della risorsa eolica offshore del mondo risiede, rimanendo invariate. Le turbine eoliche galleggianti offrono una soluzione trasformativa, consentendo la cattura di venti più forti e costanti in acque sperimentali in profondità in profondità in profondità in profondità di 60 metri.

Cosa sono le turbine eoliche galleggianti?

A differenza delle controparti fisse che vengono guidate nel fondale marino, le turbine eoliche galleggianti sono montate su piattaforme galleggianti ancorate al fondo marino da linee di ormeggio. Queste piattaforme sono progettate per mantenere la stabilità, consentendo alla turbina di operare in modo efficiente in acque profonde – tipicamente oltre 60 metri di profondità. La turbina stessa si trova in cima a una torre che è attaccata alla struttura galleggiante, che può essere larga diverse centinaia di metri.

Quattro tipi principali di progetti di piattaforma galleggiante sono in sviluppo:

Piattaforme Spar-Buoy

Le piattaforme di Spar utilizzano un cilindro verticale lungo e pesante, riempito di zavorra per abbassare il centro di gravità e garantire stabilità. Sono semplici, convenienti per le acque profonde, ma richiedono profondità di ormeggio per l'assemblaggio e hanno una grande bozza. Il progetto Hywind Scotland, il primo parco eolico galleggiante al mondo, utilizza la tecnologia di spar-buoy sviluppata da Equinor.

Piattaforme semi-sommergibili

I semi-sommergibili sono costituiti da colonne multiple collegate da pontoni, che utilizzano galleggianti e ballast per ottenere stabilità, che hanno una bozza superficiale, che consente l'assemblaggio in porti e l'installazione in profondità moderate. Il progetto WindFloat Atlantic utilizza questo design e molti sviluppatori lo favoriscono per versatilità e costi di installazione inferiori.

Piattaforme di Gamba di Tensione (TLP)

I TLP sono tethered verticalmente al fondale con tendini tenui, che garantiscono un’elevata stabilità con movimento minimo, adatto a grandi turbine. Il design è leggero ma richiede un’installazione complessa e un’ancoraggio. Diversi concetti TLP, come il TLP di GICON, stanno sperimentando.

Piattaforme di tipo Barge

Le bare sono semplici scafi rettangolari o a forma di pontone che si affidano a una grande area aeronautica per la stabilità, con un progetto poco profondo e sono più facili da realizzare ma possono sperimentare un movimento più indotto dall'onda.

Vantaggi delle turbine eoliche galleggianti

Accesso ai venti più forti, più consistenti

Le turbine galleggianti possono essere posizionate in acque profonde dove i venti sono più coerenti, migliorando i fattori di capacità. Gli studi indicano che le fattorie eoliche galleggianti potrebbero raggiungere fattori di capacità superiori al 50%, rispetto al 35-45% circa per molti siti fissi-bottom, che si traduce direttamente in una produzione di energia più elevata per turbina.

Opzioni di distribuzione ampliate

Le turbine a fondo fisso sono limitate alle profondità d'acqua di 30–60 metri, escluse vaste mensole continentali e acque costiere profonde. Le turbine galleggianti sbloccano aree come la costa occidentale degli Stati Uniti, il Giappone, il Portogallo e il Mediterraneo, dove la profondità dell'acqua scende ripidamente vicino alla riva. Secondo l'International Energy Agency[], il vento galleggiante potrebbe aprire oltre 11.000 GW di potenziale tecnico a livello globale.

Disturbi visivi e ambientali ridotti

Poiché possono essere posizionati a molti chilometri dalla riva, le turbine eoliche galleggianti sono spesso invisibili dalla costa, riducendo le obiezioni estetiche che possono stallare su terra e vicino alla costa. Inoltre, le basi non richiedono la preparazione a pile o ai fondali, riducendo significativamente rumore e disturbi dell'habitat durante l'installazione.

Installazione efficiente e scalabilità

Le piattaforme possono essere completamente assemblate e commissionate in porto, poi trainate al sito, eliminando la necessità di costosi vascelli pesanti e di costruzioni offshore. Questo approccio modulare accelera l'installazione e consente la produzione seriale di componenti standardizzati, spianando la strada a riduzioni di costi attraverso economie di scala.

Sfide tecniche ed economiche

Costi di capitale elevato

Attualmente, le turbine eoliche galleggianti sono 2-3 volte più costose per megawatt rispetto alle turbine a fondo fisso. I costi sono guidati da piattaforme di acciaio specializzate, sistemi di ormeggio complessi e cavi di esportazione dinamici che devono flex con moto ondulato. Il costo livellato di energia (LCOE) per il vento galleggiante è stimato a $150–$200 per MWh, rispetto a $60–$90 per l'ottimizzazione di vento fisso offshore.

Complessità tecnica e affidabilità

La progettazione di strutture galleggianti che possono sopportare onde estreme, correnti e carico eolico per 25 anni richiede un'ingegneria avanzata. Il movimento della piattaforma può imporre carichi aggiuntivi sui componenti della turbina, riducendo l'affidabilità. I cavi dinamici, che devono resistere alla flessione e alla tensione ciclica, sono un punto di guasto critico.

Installazione e manutenzione

Mentre l'assemblaggio in porto semplifica l'installazione iniziale, la manutenzione continua in acque profonde è impegnativa. L'accesso alle turbine richiede navi specializzate e può essere limitato dalle finestre meteorologiche. Gli sviluppatori stanno esplorando i droni di ispezione autonomi, il monitoraggio delle condizioni remote e i progetti dei componenti a rapido cambiamento per ridurre i tempi di fermo e i costi operativi.

Collegamento griglia

La trasmissione di energia da turbine galleggianti distanti richiede cavi dinamici in grado di gestire profondità e movimento delle onde. Questi cavi sono più costosi e meno efficienti di quelli statici. I sistemi di corrente diretta ad alta tensione (HVDC) possono essere necessari per lunghe distanze, aggiungendo ai costi delle infrastrutture. Le iniziative di collaborazione stanno sviluppando modelli di cavi dinamici standardizzati e sottostazioni galleggianti per affrontare queste sfide.

Impatto ambientale e marino

Le turbine eoliche galleggianti hanno un'impronta ambientale più chiara rispetto al fondo fisso a causa di una minima interferenza dei fondali marini. I sistemi di ancoraggio e le linee di ormeggio possono creare effetti di barriera artificiale, potenzialmente beneficiando della vita marina locale. Tuttavia, l'attenta individuazione è essenziale per evitare habitat sensibili, percorsi migratori e terreni di pesca.

Progetti e Milestones di settore

Indovina la Scozia

Dal 2017, la 30 MW Hywind Scotland di Equinor rimane la più lunga azienda commerciale di eolico galleggiante. Cinque turbine Siemens Gamesa da 6 MW montate su sassini raggiungono fattori di capacità medi superiori al 50%, dimostrando la vitalità della tecnologia in condizioni di mare del Nord duro. Le lezioni apprese da Hywind stanno informando progetti più grandi, tra cui Hywind Tampen (88 MW in Norvegia) e hanno proposto 200 MW+ aziende agricole in Corea del Sud.

WindFloat Atlantic

Al largo della costa del Portogallo, il progetto 25 MW WindFloat Atlantic utilizza tre piattaforme semisommergibili con turbine MHI Vestas 8.4 MW. Commissionato nel 2020, ha dimostrato alte prestazioni e resilienza, con onde di 20 metri durante le tempeste. Il successo del progetto ha spinto lo sviluppo della 30 MW Kincardinciine Offshore Wind Farm in Scozia, impiegando anche la tecnologia WindFloat [0F.

Altre iniziative chiave

La Francia si sta muovendo in avanti con progetti pilota multipli, come la Provenza Grand Large (3 turbine, 25 MW) e la EolMed (3 turbine, 30 MW). In Giappone, il progetto Fukushima Forward ha testato un'unità semisommergibile di 7 MW. L'Ufficio dell'Energia degli Stati Uniti ha identificato potenziali aree di locazione fuori dalla California, dove il vento galleggiante è l'unica opzione possibile a causa di acque profonde.

Prospettive e scalabilità future

Il mercato del vento galleggiante è previsto per crescere da meno di 200 MW oggi a oltre 20 GW entro il 2035, secondo le proiezioni del settore. Europa, Asia-Pacifico e la costa occidentale degli Stati Uniti rappresentano i più grandi mercati immediati. Il supporto politico – come il finanziamento dell'innovazione, le aste energetiche rinnovabili con carve-outs specifici galleggianti e le capacità ottimizzate per i 15W – è cruciale per de-rischiare investimenti di primo stadio.

Tra le vie di riduzione dei costi vi sono l'industrializzazione della fabbricazione degli scafi, l'uso di materiali più leggeri (concrete invece dell'acciaio per la zavorra), la tecnologia avanzata di ormeggio e i cavi dinamici standardizzati.

Conclusioni

Le turbine eoliche galleggianti non sono solo un miglioramento incrementale rispetto ai progetti fissi; rappresentano un cambiamento di paradigma nell'implementazione eolica offshore. Eliminando i vincoli di profondità, aprono le zone oceaniche più profonde e più ventose alla generazione rinnovabile su larga scala. Mentre i costi attuali e gli ostacoli tecnici rimangono significativi, rapidi progressi tecnologici, aumentando la fiducia degli investitori e un forte sostegno politico stanno propellendo l'industria in avanti.