ENERGIA DA ONDA POTENZIALE E DISPOSITIVI DI CONVERSIONE. Lorenzo Cappietti

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1 Laboratorio di Ingegneria Marittima ENERGIA DA ONDA POTENZIALE E DISPOSITIVI DI CONVERSIONE Lorenzo Cappietti

2 Wave Energy Research Group at UNIFI Main Objectives (Med Sea) 1) Offshore/Nearshore Energy Assesment 2) Sites selection 3) Energy harvesting Devices

3 Wave Energy Research Group at UNIFI Valentina Vannucchi Ing. Ambientale, Ph.D. Research Fellow Offshore/Nearshore Energy Assessment Sites selection Dario Pelli Dott. in Scienze Ambientali Research Collaborator Long Term Wave Hindcast

4 Wave Energy Research Group at UNIFI Irene Simonetti Ing. Ambientale Ph.D. Student Ilaria Crema Dott.sa in Scienze Ambientali Ph.D. Student Energy harvesting Devices

5 Offshore Energy Assessment 2 energy g g 0 0,, P gc E g c f E f dfd Deep Waters 2 1 g 2 P H T 64 energy( deep water ) m0 m 10 T m 1,0 1 0 H 4 m m m0 0 / m

6 Offshore Energy Assessment Vicinanza D., Cappietti L., Ferrante V., Contestabile P. Estimation of the wave energy in the Italian offshore, Journal of Coastal Research, 2011

7 Offshore Energy Assessment European Wave Energy Atlas, WERATLAS PROJECT 1996

8 Offshore Energy Assessment ISPRA - ENEA model, 2013 Liberti et al. 2013

9 Offshore Energy Assessment DATA: PREVIMER Vannucchi V. and Cappietti L., wave energy estimation in four italian nearshore areas, OMAE 2013

10 Offshore Energy Assessment

11 Wave Energy Harvesting Non Technical Barriers a)marine protected areas b)distance from the coast (< 5 km) c)distance from harbour facility (20-30km) d)navigation routes e)population density

12 Wave Energy Harvesting Non Technical Barriers

13 Nearshore Energy Assessment BOUNDARY CONDITIONS BATHIMETRY 300m 500m 1000m 2000m

14 Nearshore Energy Assessment Max Value 4.17 kw/m Area above > 3.6kW/m= 65.9ha

15 Nearshore Energy Assessment

16 Long Term Wave Hindcast: SWAN Model

17 Long Term Wave Hindcast: SWAN Model Grid Spacings 600m x 600m

18 Long Term Wave Hindcast: SWAN Model Gorgona Buoy VS Numerical Simulations N of Years: 18 Time step: 6 hours Virtual Wave buoys: 35137

19 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC Limitata disponibilità di terreno SOLUZIONE Very Large Floating Structure Suzuki & Yoshida (1996) definiscono una struttura galleggiante Very Large quando questa soddisfa le seguenti condizioni: della lunghezza d onda caratteristica: λ wave L VLFS è maggiore: del parametro caratteristico: CONCENTRATED LOAD λ c VLFS BUOYANCY EI: resistenza alla flessione [N m 2 ]

20 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC Secondo Watanabe et al., 2004 le VLFSs su classificano in: Semi-sommerse VANTAGGI facile e veloce da costruire ecologico facile da spostare, rimuovere, trasportare ed espandere economico A pontone SVANTAGGI poco sicuro in caso di tsunami La tecnologia scelta è: poco sicuro in caso di attacchi terroristici comportamento idroelastico sotto l'azione delle onde

21 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC Poiché WAB movimento dell intero sistema o delle sue unità strutturali Sicurezza e Stabilità degli operatori e delle infrastrutture NON ASSICURATE! OTD installazione di un ampio bacino di raccolta sulla piattaforma Area disponibile per l installazione di eventuali altri dispositivi NON SUFFICIENTE! La tecnologia scelta è: OWC (COLONNA D ACQUA OSCILLANTE) è in grado di garantire SIMULTANEAMENTE: l'approvvigionamento energetico l attenuazione della risposta idroelastica

22 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC 1 2 SVILUPPO di un Sistema VLFS-WEC realizzabile e sicuro OTTIMIZZAZIONE dell efficienza idraulica del WEC e della stabilità del sistema VLFS-WEC Revisione della LETTERATURA MODELLO FISICO in scala ridotta 3 STIMA PRELIMINARE dell energia prodotta dal sistema VLFS- WEC in uno specifico sito di installazione nel Mar Mediterraneo Analisi della SERIE TEMPORALE dei dati acquisiti sperimentalmente

23 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC In accordo con Suzuki (1986, Suzuki), è stato scelta la tecnologia di VLFS in calcestruzzo, in quanto è un materiale: a basso costo idoneo in ambiente marino di facile fabbricazione e trasportabilità Inoltre sono note molte applicazioni di strutture in calcestruzzo galleggianti, ad esempio: Mega-Float (Tokyo Bay) Osaka Kansai Airport (Osaka) Ujina Floating Pier (Hiroshima, Japan) Mega-Float (Marina Bay, Singapore)

24 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC Saranno condotti dei test si modello fisico per un sistema al variare dei principali parametri del progetto 150x50x15m 300x50x15m 170x70x15m (44 OWCs) 320x70x15m (74 OWCs)

25 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC PARAMETRI DI PROGETTO FISSI: Ld Td Fc Posizione della Turbina ad aria Freeboard: Fc Ampiezza della camera: W Inclinazione del muro frontale: β Spessore del muro frontale: b b W D PARAMETRI DI PROGETTO DA OTTIMIZZARE: Lunghezza della camera: Ld Pescaggio: D Effetto della turbina: Td

26 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC SONDE RESISTIVE Misurano i livelli di acqua CELLE DI CARICO Misurano le tensioni sviluppate sugli ancoraggi TRASDUTTORI DI POSIZIONE Misurano il movimento del sistema VLFS-OWC VISTA LATERALE WG 8 WG 7 WG 6 LC-3 LC-4 LC-1 LC-2 WG 5 WG 4 WG 3 WG WG 2 WAVE 1 MAKER Absorbing beach TRASDUTTORI DI PRESSIONE SONDA RESISTIVA VISTA FRONTALE ANEMOMETRO A FILO CALDO Misurano le pressioni interne alla camera Misura la velocità del flusso d aria attraverso l orifizio

27 Energy harvesting Devices: VLFS & OWC Modellistica numerica in sinergia con modellistica fisica Implementazione di un modello numerico CFD per OWC isolati e installati in VLFS in ambiente OpenFOAM Ottimizzazione parametrica per via numerica dell efficienza di conversione energetica idraulica e meccanica (simulazione numerica della turbina)

28 Laboratorio di Ingegneria Marittima FINE Lorenzo Cappietti

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