Il presente rapporto illustra attività svolte nel periodo gennaio 2008 – febbraio 2009 nel progetto “Produzione di energia elettrica da fonte eolica con particolare riferimento ai sistemi offshore” dell’Area “PRODUZIONE E FONTI ENERGETICHE”, in particolare quelle specificamente dedicate allo studio della fattibilità tecnica ed economica di installazioni eoliche galleggianti al largo delle coste italiane. Tali attività rientrano tra gli obiettivi del progetto descritti nel documento “Piano Annuale di realizzazione 2008” Prot. CESI RICERCA 08002569 (Aprile 2008). I risultati qui riportati concludono le attività che CESI RICERCA ha sviluppato sull’argomento nel triennio 2006-2008. Oltre a riassumere gli aspetti generali del lavoro, il rapporto riserva particolare spazio alle ricerche e valutazioni condotte per quanto riguarda gli aspetti ingegneristici e tecnico-economici relativi sia alla progettazione di massima di un sistema eolico da 6 MW su piattaforma galleggiante che agli aspetti realizzativi di una centrale con 24 unità di tale tipo nelle condizioni specifiche dell’Italia. Dopo una panoramica sullo sviluppo delle installazioni eoliche offshore nel mondo e sulle caratteristiche ed i limiti delle attuali tecnologie con fondazioni fisse, adatte per acque basse fino a 30 m di profondità o poco più, il rapporto riassume la situazione del potenziale eolico offshore lungo le coste italiane, dove la disponibilità di una tecnologia degli aerogeneratori galleggianti adatta per acque fra i 60 e i 200-300 m potrebbe, in linea di principio, almeno triplicare la producibilità offshore annua potenziale. Vengono poi ricordati i principali concetti sinora proposti per le strutture di supporto degli aerogeneratori flottanti, che CESI RICERCA ha esaminato criticamente nella prima parte del triennio in questione. Partendo da questi concetti CESI RICERCA ha poi scelto, come configurazione di riferimento per le sue analisi successive, una soluzione (detta EsaFloater) basata su una piattaforma galleggiante semisommersa del tipo TLP (Tension Leg Platform), a sua volta costituita da una struttura esagonale con sei serbatoi periferici e sei tiranti che la ancorano al fondo del mare. Si è scelta questa configurazione in quanto si è ritenuto che permetta una migliore fattibilità indipendentemente dal tipo di fondale marino ed una maggiore ridondanza con conseguente maggior sicurezza in condizioni estreme. Come aerogeneratore da montare su tale struttura è stata ipotizzata una macchina tripala da 6 MW, della tipologia cui sta tendendo il mercato offshore. Con la collaborazione di un consulente, la TECON S.r.l., esperto nell’analisi e valutazione degli aspetti specifici delle costruzioni marine, si è quindi proceduto alla progettazione di massima della piattaforma galleggiante di tale sistema, incluse le verifiche strutturali dei suoi componenti principali sotto opportune ipotesi di vento e di moto ondoso. Per questi scopi sono stati impiegati programmi di calcolo quali MOSES, di provata validità nel campo delle piattaforme marine. Dal momento che si è scelto di installare in cantiere l’aerogeneratore sulla piattaforma galleggiante, in modo da ridurre i tempi ed i costi delle attività in mare, e di rimorchiare poi tale complesso fino al sito della centrale eolica, è stato anche esaminato il comportamento “navale” di tale sistema durante la fase di trasporto in mare. Analogamente, con la collaborazione della società SOIL S.r.l. specializzata in opere geotecniche anche offshore, è stata effettuata la progettazione di massima di vari sistemi di ancoraggio della piattaforma per diversi tipi di fondale marino. Un altro importante capitolo d’attività è stato lo studio del comportamento dinamico del sistema EsaFloater completo mediante il codice BM, messo a punto per questo scopo specifico presso CESI RICERCA. Al fine di poter analizzare il comportamento della struttura nelle condizioni previste dai “load case” della norma IEC 61400-3, il codice BM è stato integrato per tener conto pure delle condizioni ambientali previste da questo documento, in particolare per quanto riguarda la variazione della velocità del vento con la quota o “wind shear”, la descrizione della turbolenza del campo di vento incidente secondo il modello di Kaimal e la descrizione delle onde secondo il modello di Jonswap. Il codice BM è stato anche predisposto per accettare in input i dati della struttura galleggiante EsaFloater progettata, fra i quali (in particolare per quanto riguarda la risposta agli effetti marini) sono da citare alcuni parametri caratteristici della piattaforma, quali le masse aggiunte e i relativi momenti d’inerzia, secondo quanto è risultato dei calcoli di progetto effettuati con il codice MOSES.

In tutti i “load case” considerati non sono emersi comportamenti anomali o inaspettati; in particolare, il sistema con struttura galleggiante EsaFloater si è rivelato poco sensibile al moto ondoso e con moti rotatori ridotti, in accordo con le caratteristiche riportate in letteratura per questo tipo di strutture. Dal punto di vista funzionale il comportamento dell’aerogeneratore sulla struttura galleggiante offshore è risultato assimilabile al comportamento dello stesso aerogeneratore sulla terraferma, anche per quanto riguarda la produzione di energia. Un’ulteriore analisi ha avuto lo scopo di individuare le modalità di realizzazione del singolo sistema eolico galleggiante, per poterne valutare le implicazioni per quanto riguarda la necessità di mezzi e i relativi costi. L’ultima parte del lavoro è consistita nella progettazione di massima di una centrale eolica galleggiante con 24 sistemi da 6 MW (144 MW complessivi) su piattaforme del tipo EsaFloater, compresa la relativa rete in cavo sottomarino per la raccolta e trasmissione a terra dell’energia prodotta. Sono state anche compiute valutazioni di massima sulle ulteriori opere (linee aeree, stazioni di trasformazione ecc.) necessarie per il collegamento tra il punto d’arrivo della linea in cavo sulla terraferma e la rete elettrica nazionale a 220 o 380 kV esistente. È stato anche valutato il programma temporale di realizzazione dell’intero impianto (4 lotti successivi in 4-5 anni). Sono stati infine calcolati i possibili costi complessivi della realizzazione e gestione di una centrale galleggiante come quella suddetta, fino a giungere a stime del costo unitario di produzione dell’energia considerando vari tassi di attualizzazione e diverse producibilità specifiche annue. In particolare, il costo d’impianto della centrale galleggiante in questione risulterebbe dell’ordine di 3,5 M€/MW installato, mentre il costo unitario di produzione, ipotizzando un tasso di attualizzazione del 5% ed una producibilità specifica annua dell’ordine di 3000 MWh/MW (3000 ore/anno), sarebbe intorno a 135 €/MWh (13,5 cent€/kWh).