Usare i dati per progettare turbine eoliche offshore più robuste
Con i suoi cinque bacini di mare, l’Europa può sfruttare enormi potenzialità per l’energia eolica offshore(si apre in una nuova finestra). Tuttavia, per farlo è necessario che le turbine eoliche siano in grado di resistere alle condizioni difficili dell’ambiente offshore. «La vita media di una turbina eolica monopila può essere di soli 20 anni, poiché è sottoposta a vento, onde e correnti intense, e per raggiungere questo traguardo è necessaria moltissima manutenzione », spiega Felix Nieto, professore di ingegneria civile presso l’Università di A Coruña(si apre in una nuova finestra). Non solo la manutenzione è costosa e pericolosa, ma se una turbina è fuori servizio la produzione di energia cala, con potenziali conseguenze sui profitti delle società energetiche. Non deve quindi sorprendere la crescente domanda di turbine più durature e che richiedono meno manutenzione. Secondo Nieto, il primo passo per costruire una turbina migliore è capire le condizioni di carico ambientale che deve sopportare. «Se conosciamo i carichi strutturali a cui le turbine eoliche monopila devono resistere nel corso della loro vita, possiamo progettarle in modo più efficiente e garantire l’operatività in sicurezza in condizioni estremamente difficili», spiega. Proprio qui entra in gioco il progetto QCALL, finanziato dall’UE. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra) (MSCA) e il coordinamento dell’Università di A Coruña, il progetto ha sviluppato un modello di fluidodinamica computazionale (CFD, Computational Fluid Dynamics) per simulare simultaneamente l’impatto di vento, onde e correnti su una turbina offshore.
Soluzioni basate sui dati per problemi complessi di progettazione strutturale
Ciò che rende speciale l’uso della modellazione CFD in questo progetto è che i dati raccolti sono stati usati per addestrare gli algoritmi di apprendimento automatico. In tal modo, sono stati valutati i carichi ambientali delle turbine offshore monopila e si è tenuto conto di queste informazioni nella proposta di nuovi progetti di turbine eoliche. Ad esempio, dopo aver confermato che il modello computazionale fornisce risultati simili agli esperimenti di laboratorio equivalenti, il gruppo di ricerca ha usato il modello CFD per generare un modello surrogato. Questo, con il minimo sforzo computazionale, ha poi fornito indicazioni sui carichi strutturali che agiscono sulla turbina eolica monopila in un’ampia gamma di condizioni legate al vento, al moto ondoso e alle correnti. «Il nostro modello non solo è un passo avanti nell’uso di tecniche basate sui dati per problemi complessi di progettazione strutturale, ma contribuisce anche a rendere più sicura la progettazione di infrastrutture energetiche critiche esposte a carichi ambientali molto alti, ma in parte incerti», osserva Nieto.
Verso una turbina eolica migliore
Il modello del progetto apre la strada alla progettazione di turbine eoliche migliori, ma questo lavoro è solo il primo passo. «Il nostro modello può essere migliorato ulteriormente includendo carichi ambientali ulteriori o estendendolo ad altre strutture eoliche, come le turbine galleggianti o quelle con fondamenta a traliccio», conclude Nieto. Il modello potrebbe anche essere ampliato per tenere conto della dinamica strutturale delle turbine eoliche monopila. Attualmente l’équipe di ricerca sta cercando di instaurare una collaborazione con partner industriali per incorporare più facilmente gli approcci progettuali basati sui dati nel suo lavoro quotidiano. La maggior parte della ricerca del progetto è stata condotta da Ali Kareem Hilo al Behadili, borsista postdottorato MSCA(si apre in una nuova finestra) che ha lavorato con ricercatori ed esperti dell’Università di Zagabria(si apre in una nuova finestra), di IH Cantabria(si apre in una nuova finestra) e della Chungnam National University(si apre in una nuova finestra) in Corea del Sud.
