Quattro sfide da superare per la trasmissione dell'energia eolica offshore
13 ottobre 2022
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Approvvigionamento, posa e protezione dei cavidotti eolici offshore sono essenziali per trasmettere energia alla rete e per la tutela dell'ambiente
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Questo articolo tradotto dall’inglese è stato pubblicato originariamente sul blog internazionale di Stantec. Traduzione e adattamento di Enza Castiello.
La transizione energetica globale sta rimodellando i sistemi energetici mondiali e sta influenzando il modo in cui generiamo e forniamo elettricità. Lo sviluppo di impianti eolici offshore fa parte di questa transizione e ha portato a un'esplosione di progetti in Europa, negli Stati Uniti e altrove.
Si tratta di progetti a dir poco complessi, che richiedono tecnologie avanzate e una logistica specializzata per operare nell’ambiente marino, oltre ad una notevole competenza ingegneristica e ambientale. Una delle problematiche più rilevanti legate ai progetti eolici offshore riguarda il modo migliore per trasmettere alla rete elettrica la quantità sempre crescente di energia eolica offshore. A tal fine, i cavidotti di esportazione sottomarini trasportano l'energia a terra per distribuirla agli utenti finali.
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Con l'aumento del numero - e delle dimensioni - dei parchi eolici e della loro distanza dalla costa, aumentano anche le sfide associate al collegamento dei parchi eolici alla rete.
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Con l'aumento del numero - e delle dimensioni - dei parchi eolici e della loro distanza dalla costa, aumentano anche le sfide associate al collegamento dei parchi eolici alla rete. Alcune delle principali sfide che l'industria deve affrontare per quanto riguarda i cavidotti di esportazione dei parchi eolici offshore sono:
- Vincoli della catena di approvvigionamento per la produzione dei cavidotti di esportazione.
- Determinazione del miglior percorso dei cavidotti di esportazione verso il punto di connessione alla rete
- Protezione dei cavidotti di esportazione
- Minimizzazione dell'impatto ambientale dei cavidotti installati.
Vediamo insieme alcuni di questi aspetti, sulla base della nostra esperienza.
Punto 1: Vincoli della catena di approvvigionamento per la produzione dei cavidotti di esportazione
Una delle prime sfide che i progetti eolici offshore devono affrontare è l'approvvigionamento dei cavidotti. A causa del significativo aumento della domanda globale di cavidotti sottomarini, la maggior parte dei produttori mondiali sta attualmente operando a pieno regime. Ciò significa che l'approvvigionamento e l'installazione di sistemi di cavidotti sottomarini offshore richiedono tempi più lunghi rispetto al passato. L'aumento della domanda può anche indurre i produttori di cavidotti a scegliere in modo più selettivo i progetti a cui partecipare. Ciò può comportare un minor numero di offerte competitive e un aumento dei costi associati.
Pertanto, è importante coinvolgere i fornitori di cavidotti sin dalle prime fasi della progettazione. In questo modo, i fornitori saranno informati del progetto specifico e si aprirà un importante flusso di informazioni, a vantaggio sia dei fornitori che del committente del progetto. Ciò consente di comunicare le tempistiche del progetto e i vincoli di produzione, permettendo a entrambe le parti di collaborare e portare a termine il progetto.
Esistono due tipi di tecnologia di base per la trasmissione eolica offshore: corrente alternata ad alta tensione (HVAC) e corrente continua ad alta tensione (HVDC). L'HVDC può risultare preferibile per i progetti eolici offshore più grandi, soprattutto quanto più sono lontani dalla costa. Perché? Perché i cavidotti HVDC sono in grado di coprire distanze di trasmissione maggiori con perdite inferiori rispetto ai cavidotti HVAC. Grazie a un uso accorto della compensazione reattiva, è anche possibile aumentare la capacità di trasmissione di un sistema di cavidotti HVAC.
Per facilitare il processo di approvvigionamento e per garantire che il sistema di cavidotti soddisfi i requisiti tecnici del progetto, è importante predisporre in maniera accurata la documentazione di richiesta d’offerta e avere un’assidua presenza del Cliente durante l'intero processo di produzione dei cavidotti.
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Esistono due tipi di tecnologia di base per la trasmissione eolica offshore: corrente alternata ad alta tensione (HVAC) e corrente continua ad alta tensione (HVDC).
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Punto 2: Progettazione del percorso dei cavidotti di esportazione verso il punto di connessione alla rete di trasmissione
È essenziale identificare il percorso più adeguato per i cavidotti di trasmissione. Sarebbe ottimale far passare i cavidotti dai parchi eolici offshore direttamente in prossimità della costa e collegarsi immediatamente alla rete elettrica. Ma questo non è sempre possibile a causa delle limitazioni a tutela delle aree marine protette, di canyon sottomarini e dei vincoli in zone ad alto traffico navale. Occorre anche considerare la progettazione del sistema di trasmissione elettrica a terra, che potrebbe non essere pronto ad accogliere l’energia eolica offshore in punti della costa già congestionati.
I punti di interconnessione nel sistema elettrico devono essere determinati conducendo studi sulla rete elettrica di trasmissione. In molte aree, il sistema elettrico vicino alla costa non è sufficiente per trasportare grandi quantità di energia dai parchi eolici offshore verso la rete. In questi casi sono necessari ulteriori potenziamenti della trasmissione a terra, che richiedono il coordinamento con il gestore della rete elettrica nazionale.’
I punti di approdo dei cavidotti devono essere scelti con attenzione. È importante considerare i vincoli ambientali, i requisiti di protezione delle coste ed i requisiti di costruzione. In genere, si utilizza la perforazione orizzontale direzionale per installare i cavidotti a poche centinaia di metri dalla costa. Questa tecnologia consente di garantire l’approdo del cavidotto sulla terraferma, minimizzando l’impatto ambientale.
Una volta che i cavidotti raggiungono la costa, sono necessarie altre infrastrutture e altri cavidotti per trasmettere l’energia, in modalità sotterranea o aerea, fino al punto di connessione indicato dal gestore della rete. Entrambe le opzioni di trasmissione via cavo hanno un impatto sull’ambiente e devono essere prese in considerazione. Per questo il dialogo con il territorio è fondamentale.
Molti Paesi stanno pianificando una crescita significativa della produzione di energie rinnovabili per ridurre gli effetti del cambiamento climatico. L’Italia, ad esempio, si è da tempo posta l’obiettivo di coprire il 30% del fabbisogno energetico nazionale utilizzando fonti rinnovabili entro il 2030. Pertanto, è opportuno considerare un approccio locale quando si integrano le fonti rinnovabili nel sistema elettrico esistente per ottimizzare il futuro sistema di trasmissione.
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Punto 3: Protezione dei cavidotti di esportazione
Il passo successivo è trovare un modo efficace per proteggere i cavidotti. Secondo alcuni rapporti di compagnie assicurative nordamericane, circa tre quarti di tutti i sinistri assicurativi per l’eolico offshore sono legati ai cavidotti. L’88% di questi sinistri riguarda i cavidotti di esportazione, che trasportano l’energia a terra.
La riparazione dei cavidotti danneggiati è molto onerosa. Non si tratta solo del costo dei cavidotti, ma anche della perdita di guadagno dovuto alla mancata trasmissione di energia durante l’interruzione. Secondo la pubblicazione tecnica CIGRE 815, occorrono più di tre mesi per rimettere in funzione un sistema dopo un guasto ai cavidotti. Questo dimostra quanto sia fondamentale non solo proteggere adeguatamente i cavidotti, ma anche impiegare sistemi di monitoraggio dei cavidotti.
La protezione meccanica dei cavidotti sottomarini può contribuire a ridurre i danni causati da ancore, attrezzatura da pesca, dragaggio e altro. Ciò richiede un’indagine geofisica e geotecnica dettagliata del percorso del cavo ed un’analisi di rischio di interramento del cavo. Nei casi in cui l’interramento dei cavidotti non è possibile, si ricorre ad altri mezzi, come materassi di cemento articolati o mediante l’affondamento di massi. Il percorso dei cavidotti sottomarini può anche dover attraversare altre infrastrutture lineari, come cavidotti di comunicazione, altri cavidotti elettrici o condutture. In questi casi, è importante entrare in contatto con i proprietari degli impianti il prima possibile per sviluppare i requisiti e finalizzare gli accordi per l’attraversamento dei cavidotti.
I sistemi di monitoraggio dei cavidotti sottomarini possono identificare le esigenze di manutenzione preventiva o fungere da allarme precoce per potenziali danni ai cavidotti. Esistono diversi sistemi di monitoraggio, che prevedono anche l’utilizzo di veicoli a comando remoto (ROV) per ispezionare i cavidotti.
La protezione dei cavidotti di trasmissione richiede molto lavoro. La preparazione preventiva di una strategia di riparazione può aiutare a ridurre al minimo il tempo di interruzione in caso di danni. Queste strategie assicurano la presenza di tutta la documentazione, dei permessi e dei contratti quadri per tutti gli aspetti associati alla riparazione dei sistemi di cavidotti.
Punto 4: Minimizzazione degli impatti ambientali
Le principali preoccupazioni ambientali legate alla trasmissione eolica offshore sono legate all’impatto sui fondali marini, sugli ambienti costieri vulnerabili e su altre forme di vita marina. C’è anche preoccupazione per il potenziale conflitto con altri utilizzi dei mari.
L’installazione di cavidotti per la trasmissione elettrica può essere in genere effettuata attraverso metodi di interramento o di protezione. Quando si interrano i cavidotti in sedimenti morbidi, vengono spesso utilizzate tecniche a getto d’acqua per posare e interrare i cavidotti a circa due metri di profondità. Questa pratica crea una perturbazione temporanea del fondale e può transitare attraverso aree sensibili. Occorre individuare e documentare gli organismi bentonici e ridurre al minimo gli impatti attraverso il processo di autorizzazione alla costruzione. Lo stesso vale per altri metodi, come il dragaggio in aree ad alto rilievo o la protezione dei cavidotti posati in superficie.
I progetti eolici offshore devono inoltre evitare di interferire, per quanto possibile, con gli habitat più sensibili. Un buon esempio è l’uso della trivellazione orizzontale direzionale all’interfaccia mare/terra. In questo modo si evitano gli organismi e gli habitat costieri più sensibili, grazie alla perforazione a una profondità diversa rispetto a quella in cui vivono tali organismi.
L’installazione dei cavidotti deve tenere conto anche di altri usi dei mari, come la pesca, le aree di prelievo della sabbia, le scogliere artificiali e i canali di navigazione. L’interramento dei cavidotti in queste aree o nelle loro vicinanze deve avvenire ad una profondità tale da evitarne il contatto diretto e i potenziali impatti.
Un’altra strategia che potrebbe contribuire a minimizzare gli impatti ambientali è l’uso di sistemi di trasmissione condivisi per più progetti di parchi eolici offshore. Questo approccio riduce il numero di cavidotti di trasmissione necessari in mare aperto, il numero di sbarchi sulle spiagge e altri impatti nell’entroterra. Inoltre, l’uso di sistemi di cavidotti HVDC riduce anche il numero di cavidotti rispetto ai sistemi HVAC necessari per una determinata taglia di impianto. Ciò contribuisce a ridurre l’impatto complessivo sull’ambiente.
La definizione di un percorso e di una collocazione completa di tutti i componenti di un sistema di trasmissione elettrica contribuisce a ridurre al minimo l’impatto ambientale di tutti i progetti eolici.
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Nuovi ed interessanti sviluppi nel settore che faciliteranno la crescita futura dell’eolico offshore.
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Uno sguardo al futuro del mercato dell'eolico offshore
Il settore dell'eolico offshore continua a crescere rapidamente. I cavidotti di esportazione sono un elemento chiave di questi progetti. La limitata capacità della catena di approvvigionamento di soddisfare la domanda globale, la scelta dei tracciati più idonei, la protezione dei cavidotti e la minimizzazione dell'impatto ambientale sono tutte sfide che il settore dell’eolico offshore deve affrontare oggi e tutte richiedono un'attenzione particolare per realizzare con successo questo tipo di progetti.
Ci sono nuovi ed interessanti sviluppi nel settore che faciliteranno la crescita futura dell'eolico offshore. Tra questi vi sono:
- Miglioramenti nella tecnologia e nella capacità di produzione, nonché nelle attrezzature per l'installazione dei cavidotti al fine di supportare lo sviluppo di un maggior numero di progetti.
- Il potenziamento della rete di trasmissione per garantire la possibilità di connettere le nuove iniziative. Ciò contribuirà a ridurre i costi e a migliorare l'affidabilità complessiva dell'eolico offshore.
- Lo sviluppo di nuovi modelli di cavidotti che utilizzino migliori composti isolanti in grado di supportare tensioni e correnti più elevate. Questo aumenterà la quantità di energia che può essere esportata su un determinato cavo e porterà a una riduzione dei costi.
- Lo sviluppo tecnologico e la conseguente implementazione di cavidotti HVDC per consentire l'installazione di parchi eolici più grandi e più lontani dalla costa.
- Lo sviluppo di cavidotti dinamici a più alto voltaggio per supportare la crescita dell'eolico offshore galleggiante in acque più profonde.
L'eolico offshore ha fatto molta strada da quando, nel 1991, è stato realizzato il primo impianto eolico offshore in Danimarca, il Vindeby Offshore Wind Farm. Oggi il settore sta crescendo a un ritmo incredibile e in Italia più di 40 progetti hanno intrapreso le prime fasi dell’iter autorizzativo. Siamo orgogliosi di essere parte di alcuni di questi progetti che favoriscono la crescita futura del settore.
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