Modellazione di cavi sottomarini per l'energia eolica offshore presso Hellenic Cables

Questo articolo sponsorizzato ti è stato offerto da COMSOL.

"Laws, Whitehouse ha ricevuto un segnale di cinque minuti. I segnali della bobina sono troppo deboli per essere trasmessi. Prova a guidare lentamente e in modo regolare. Ho messo una puleggia intermedia. Rispondi tramite bobine."

Suona familiare? Il messaggio qui sopra fu inviato attraverso il primo cavo telegrafico transatlantico tra Terranova e Irlanda, nel lontano 1858. ("Whitehouse" si riferisce all'elettricista capo della Atlantic Telegraph Company dell'epoca, Wildman Whitehouse.) Avanti veloce al 2014: il fondo dell'oceano ospita quasi 300 cavi di comunicazione, che collegano paesi e forniscono comunicazioni Internet in tutto il mondo. Ancora un passo avanti: nel 2021, ci sono circa 1,3 milioni di km di cavi sottomarini in servizio (Figura 1), che vanno da un cavo corto di 131 km tra l'Irlanda e il Regno Unito al cavo di 20.000 km che collega l'Asia con il Nord America e il Sud America. Sappiamo come si presenta oggi il mondo dei cavi sottomarini, ma quale sarà il futuro?

Figura 1. I cavi sottomarini mantengono il mondo connesso.

L’industria eolica offshore (OFW) è una delle fonti di energia in più rapido progresso in tutto il mondo. Ha senso: il vento è più forte e più costante sull’oceano aperto che sulla terraferma. Alcuni parchi eolici sono in grado di alimentare 500.000 case o più. Attualmente, l’Europa è leader del mercato, costituendo quasi l’80% della capacità OFW. Tuttavia, si prevede che la domanda mondiale di energia aumenterà del 20% in 10 anni, e la maggior parte di tale domanda sarà fornita da fonti energetiche sostenibili come l’energia eolica.

I parchi eolici offshore (Figura 2) sono costituiti da reti di turbine. Queste reti includono cavi che collegano i parchi eolici alla costa e forniscono elettricità alla nostra infrastruttura di rete elettrica (Figura 3). Molte aziende agricole OFW sono costituite da strutture messe a terra, come monopali e altri tipi di turbine eoliche fisse sul fondo. Le fondamenta di queste strutture sono costose da costruire e difficili da installare in ambienti marini profondi, poiché i cavi devono essere interrati nel fondo marino. L'installazione e la manutenzione sono più facili da realizzare in acque poco profonde.

Le turbine eoliche per i parchi eolici offshore stanno iniziando a essere costruite più in profondità nell’oceano. Ciò crea una nuova necessità di cavi sottomarini ben progettati che possano raggiungere distanze maggiori, sopravvivere in acque più profonde e connettere meglio il nostro mondo con energia sostenibile.

Il futuro dell’energia eolica offshore risiede nei parchi eolici che galleggiano su zavorre e ormeggi, con i cavi posati direttamente sul fondo marino. I parchi eolici galleggianti sono un’ottima soluzione quando i parchi eolici situati appena al largo della costa diventano affollati. Possono anche trarre vantaggio dai venti più forti e potenti che si verificano più al largo. Si prevede che i parchi eolici galleggianti diventeranno più popolari nel prossimo decennio. Questa è un’opzione particolarmente interessante per aree come la costa pacifica degli Stati Uniti e il Mediterraneo, dove le coste sono più profonde, a differenza delle acque poco profonde della costa atlantica di Stati Uniti, Regno Unito e Norvegia. Un requisito importante degli allevamenti OFW galleggianti è l’installazione di cavi sottomarini dinamici e ad alta capacità che siano in grado di sfruttare e fornire efficacemente l’elettricità generata alle nostre coste.

Figura 2. Si prevede che i parchi eolici offshore contribuiranno a soddisfare la crescente domanda di energia sostenibile.

Immagine di Ein Dahmer — Opera propria. Concesso in licenza con CC BY-SA 4.0, tramite Wikimedia Commons

Hai mai sperimentato una connessione Internet più lenta del solito? La colpa potrebbe essere del guasto di un cavo sottomarino. Guasti ai cavi di questo tipo sono un evento comune e costoso, sia a causa dei danni dovuti a stress e sollecitazioni meccaniche causati dal substrato roccioso, ai pescherecci, alle ancore, sia a problemi con la progettazione del cavo stesso. Poiché il settore eolico offshore continua a crescere, cresce anche la nostra necessità di sviluppare cavi elettrici in grado di collegare in modo sicuro ed efficiente questi parchi alla nostra rete elettrica.

Prima di riparare o installare un cavo sottomarino, che può costare miliardi di dollari, i progettisti dei cavi devono assicurarsi che i progetti funzionino come previsto in condizioni sottomarine. Oggi, questo viene in genere fatto con l’aiuto della modellazione elettromagnetica computazionale. Per convalidare i risultati della simulazione dei cavi, vengono utilizzati standard internazionali, ma questi standard non sono stati in grado di tenere il passo con i recenti progressi nella potenza di calcolo e con le crescenti capacità del software di simulazione. Hellenic Cables, inclusa la sua controllata FULGOR, utilizza il metodo degli elementi finiti (FEM) per analizzare i progetti dei propri cavi e confrontarli con misurazioni sperimentali, spesso ottenendo risultati migliori di quelli che gli standard internazionali possono offrire.