bollettino aiom n.37

N. 37 - APRILE 2008
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N .. 3
APRILE 2008
CONSIGLIO DIRETTIVO
AIOM
Presidente:
Elio Ciralli
Vice Presidente: Mario de Gerloni
Tesoriere:
Angelo Garassino
Consiglieri:
Renata Archetti
Viviana Ardone
Mario Bernero
Daniela Colombo
Stefano Copello
Andrea Ferrante
Maurizio Gentilomo
Antonio Migliacci
Massimo Montevecchi
Giuseppe Passoni
Fabrizio Pelli
Sandro Stura
Sindaci:
Roberto Libè
Gianfranco Liberatore
Alberto Meda
Carlo Niccolai
Segretaria:
sommario
DALL’AIOM
3
Editoriale
di E. Ciralli
PRIMO PIANO
6
Sfruttamento dell’energia
eolica offshore: risorse
potenziali e tecnologie
di G. Botta, C. Casale, S. Viani
DAL PIANC
18
Notizie
a cura di Mario de Gerloni
CONGRESSI e
CONFERENZE
20
RECENSIONI
22
OMAE, ICCE, MED. DAYS
a cura di Mario de Gerloni
Giselda Barina
a cura di Angelo Garassino
BOLLETTINO AIOM
Periodico dell’Associazione
Ingegneria Offshore e Marina
NOTIZIE
DIRETTORE
RESPONSABILE
25
Rete Italiana per la Costa
di Renata Archetti
Mario de Gerloni
Europe’s largest wind farm
di Maurizio Gentilomo
COMITATO DI REDAZIONE
Renata Archetti
Mario Caironi
Daniela Colombo
Angelo Garassino
Maurizio Gentilomo
Articoli vari da riviste
SPAZIO GIOVANI
27
Rete Italiana per la Costa
di Emanuela Clementi
STAMPA
Techinital spa, Verona
Quote Associative AIOM
Individuali:
Collettive:
Università:
Juniores:
80 €
800 €
160 €
25 €
Contributo inserzioni
1 modulo = ½ pagina 300 €
2 moduli = 1 pagina 500 €
2
In prima pagina: Aerogeneratore
REpower da 5 MW dell’impianto
sperimentale Beatrice vicino alla
piattaforma petrolifera “Beatrice
Alpha”, a 22 km dalla costa nord
orientale della Scozia, in acque di
circa 45 m di profondità (vedi
articolo a pag. 5). Foto REpower
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OM
M
BOLLETTINO
l Bollettino si rinnova!
Seguendo il percorso deciso
dal Consiglio Direttivo, stiamo
attuando
il
rinnovamento
dell’offerta informativa della
nostra AIOM. La rinnovata
veste grafica e la proposta dei
contenuti è un primo passo di
un percorso che vedrà una
completa rivisitazione dei due
mezzi informativi principali
dell’AIOM: il Bollettino ed il
sito web (www.aiom.info).
I
Il Bollettino AIOM rimane
ancor oggi l’unica rivista italiana
periodica di settore e ambisce a
divenire uno strumento sempre
più agile ed efficace per la
rapida informazione su quanto
possa essere di interesse per
gli addetti. In pratica una vetrina
che
offra
una
cospicua
panoramica sulla produzione
tecnica e scientifica, sulle
pubblicazioni,
sulle
attività
congressistiche,
sulle
realizzazioni e le problematiche
connesse all’ingegneria offshore e marina.
Tuttavia
il
Bollettino
conterrà
anche
un
approfondimento tematico, di
volta in volta diverso, con
articoli, tesi e stralci di
pubblicazioni specialistiche.
a forte connessione con le
università consente di
offrire
una
occasione
comunicativa in più agli addetti
alla formazione, ai tesisti ed
ai cultori delle materie a noi
vicine per proporre spunti di
riflessione
e
temi
alla
comunità tecnica. Spero che
questa opportunità venga
sfruttata sempre più nel
prossimo futuro.
L
AIOM ha nella formazione
continua uno dei suoi obiettivi
principali. Il rapporto con le
università e con gli enti di
ricerca riveste quindi una
editoriale
di E. Ciralli
notevole importanza per il
raggiungimento degli scopi
sociali.
Ho quindi il piacere e
l’onore di comunicarvi la
creazione delle prime “Sedi
Operative AIOM”: Reggio
Calabria e Bologna, presso le
rispettive sedi universitarie. Di
ciò ringrazio particolarmente
Felice Arena, Alberto Lamberti
e Renata Archetti per la loro
attività.
Le Sedi Operative nascono
per divenire il cuore delle
attività divulgative e formative
di
AIOM,
inoltre
esse
capillarizzano e avvicinano la
presenza di AIOM sull’intero
territorio nazionale.
A queste Sedi se ne
aggiungeranno
certamente
altre nel prossimo futuro, con
l’intenzione di moltiplicare le
occasioni
di
seminari
specialistici e incontri tecnici.
Non verrà trascurata anche la
possibilità di condurre progetti
speciali
nell’ambito
dello
scopo
sociale
dell’Associazione.
Della vita delle Sezioni
Operative si occuperà dal
prossimo
numero
una
apposita
sezione
del
Bollettino.
IOM quindi svolge il suo
ruolo sempre più e sempre
con maggiore successo e
riconoscimento.
Molte
iniziative sono in corso e
permettetemi di citarne alcune
A
tra
le
significative.
maggiormente
E’ ormai in fase avanzata di
svolgimento il ciclo 2007-2008
di “Seminari di Ingegneria
Costiera, Portuale e OffShore” presso il Consiglio
Superiore dei Lavori Pubblici
in
Roma,
realizzati
in
collaborazione AIOM e PIANC
Italia, grazie all’impulso fornito
dal Pres. Mauro e dal Pres.
Musci.
Gli
incontri,
programmati
su
temi
specialistici di alto interesse,
vedono la partecipazione di
esperti relatori italiani e
stranieri.
AIOM e co-sponsor con
IAHR e CSLLPP del “3°
International Short Course and
Workshop on Applied Coatal
Research”, che si tiene a
Lecce dal 2 al 4 giugno 2008.
L’evento è organizzato dal
Prof. R. Tomasicchio in onore
del Prof. S. Stura.
AIOM è co-sponsor del
“27th International Conference
on Off-Shore Mechanics and
Artic
Engineering
(OMAE
2008)”, che si svolge ad
Estoril il 15-20 giugno 2008.
AIOM è co-sponsor del
“First International Simposium
on
Life
Cycle
Civil
Engineering” che si svolge a
Varenna, Lago di Como, l’ 1114 giugno 2008.
Infine AIOM avrà un ruolo
rilevante nell’ambito della
prossima prima edizione de
3
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“PIANC Mediterranean Days
of
Coastal
and
Port
Engineering” che si terranno a
Palermo il prossimo 7-9
ottobre 2008.
Per quest’ultima come per
altre manifestazioni sono state
concordate
condizioni
di
iscrizione con quote ridotte per
i soci AIOM.
Ricordo che per tutte le
iniziative è possibile prendere
tutte
le
informazioni
direttamente
sul
sito
www.aiom.info.
l tematismo prescelto per
l’approfondimento di questo
numero prende le mosse
dall’attuale
congiuntura
energetica
mondiale
che
spinge e costringe a riflessioni
molto serie.
I
E’ noto a tutti il dibattito
riaperto
sull’esigenza
di
tornare quanto prima allo
sfruttamento
dell’energia
nucleare,
come
fonte
energetica di base. E’ pure
noto che la percentuale di
energia oggi ricavabile da fonti
rinnovabili
assomma
a
qualche unità.
Ciononostante è vero che
solo l’applicazione di cospicui
investimenti
verso
nuove
direzioni per la produzione
energetica
consentirà
di
svincolarsi gradualmente dal
giogo dei combustibili fossili
che
sta
condizionando
pesantemente
il
sistema
socioeconomico occidentale.
Molti esperti ritengono che
la microproduzione diffusa,
qualora le reti di distribuzione
fossero adeguate, potrebbe
contribuire significativamente
alla soluzione che da più parti
si sta cercando.
In questo il mare costituisce
un elemento fondamentale,
che deve essere sempre
meglio conosciuto, utilizzato e
se possibile sfruttato. Il mare
infatti può essere visto sia
come fonte (in un prossimo
numero ci occuperemo di
recupero di energia marina),
ma oggi soprattutto esso
rappresenta il luogo ideale
per svolgere quelle attività
umane
sempre
meno
compatibili con la terraferma
(…d’altronde ci ostiniamo a
chiamare terra un mondo per
lo più coperto da acque).
L’
articolo principale di
questo bollettino tratta
molto lucidamente questo
argomento
innovativo
presentando lo stato delle
applicazioni e degli studi sulla
realizzazione
di
fattorie
eoliche off-shore.
nteressante è pure la tesi che
presentiamo
sull’analisi
sperimentale
e
numerica
sull’idrodinamica in presenza
di frangiflutti. Infine le rubriche
vi renderanno le informazioni
principali sul nostro mondo.
Spero che tutto ciò vi interessi
e vi coinvolga sempre più.
Buona lettura a tutti!
Elio Ciralli
Presidente AIOM
CAMPAGNA ASSOCIATIVA 2008-2009
Sostenete e partecipate alle attività di AIOM! Gli interessati
alle tematiche di AIOM possono facilmente divenire "Socio
AIOM" con una semplice domanda, anche via e-mail a
[email protected], unendo l'attestato di versamento della
quota associativa annuale come descritto nelle sottostanti
modalità. Si invitano inoltre i soci a rinnovare puntualmente
la quota associativa:
Individuale:
80 €
Collettiva: 800 €
Università:
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BOLLETTINO
Consulting Engineers
Dal 1964 società leader in Italia e nel mondo
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Sfruttamento dell'energia
eolica in ambiente
offshore: risorse potenziali
e tecnologie
di G. Botta1, C. Casale1, S. Viani1
INTRODUZIONE
l deciso aumento del costo
del petrolio, le possibili
riduzioni nelle forniture di
metano e l’entrata in vigore del
protocollo di Kyoto fanno
assumere
sempre
più
importanza
alle
fonti
energetiche rinnovabili, tra le
quali l’energia eolica sta
assumendo un ruolo guida,
essendo la relativa tecnologia
ormai prossima alla maturità,
perlomeno quella degli impianti
sulla terraferma.
Come indicato nella fig. 1
(rif.
[1]),
dalla
EWEA
(Associazione Europea per
l’Energia Eolica) per il futuro è
prospettato
un notevole
aumento della potenza eolica
installata,
con
incrementi
annui fino a 20 GW, buona
parte dei quali sarebbero però
da realizzare in ambiente
offshore. Il notevole sviluppo
previsto per l’eolico offshore è
conseguente al fatto che sulla
terraferma gli spazi idonei,
anemologicamente
e
ambientalmente, per impianti
eolici
stanno
diventando
I
1
CESI
RICERCA,
Milano
http://www.cesiricerca.it
6
Fig. 1 Proiezione, secondo la EWEA, della potenza eolica installata
annualmente nell’Unione Europea fino al 2030.
sempre più ridotti, mentre sul
mare
tali
spazi
sono
abbondanti
anche
in
considerazione che le centrali
sul mare consentono di
contenere l’impatto visivo in
misura
più
accettabile,
soprattutto
se
gli
aerogeneratori
vengono
collocati a qualche chilometro
dalla costa e dipinti con colori
mimetici come il classico
grigio delle navi militari.
Inoltre, il regime dei venti
sul mare spesso è più
favorevole
rispetto
alla
terraferma, e ciò consente di
compensare,
almeno
parzialmente, i maggiori costi
di realizzazione delle centrali
eoliche offshore.
TIPI DI IMPIANTI
EOLICI OFFSHORE
ella fig. 2 (rif. [2]) sono
rappresentate
le
principali tipologie delle
strutture di sostegno degli
aerogeneratori offshore, che
possono essere così suddivise
in funzione della profondità del
mare:
• strutture per acque basse,
fino a 30 metri circa, le sole
già realizzate;
• strutture
per
acque
intermedie, fra 30 e 60 m,
di imminente realizzazione;
• strutture
per
acque
profonde, maggiori di 60 m,
ipotizzate per il futuro.
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BOLLETTINO
1
A
Fig. 2
2
3
Tipologie delle strutture di sostegno degli Fig. 3 Centrale eolica di Middelgrunden, vicino a
Copenaghen (DK).
aerogeneratori offshore in funzione della
profondità del mare.
Le profondità indicate sono
orientative,
in
quanto
dipendono anche dal tipo di
aerogeneratore da installare,
dalla ventosità del sito e dalle
condizioni del fondo marino.
IMPIANTI EOLICI IN
ACQUE BASSE
l momento nel mondo sono
presenti solo installazioni
eoliche in acque basse. Ad
A
esempio nella fig. 3 viene
rappresentata la centrale eolica
di Middelgrunden (rif. [3]) - una
delle prime di grande potenza
realizzate, costruita nel 20002001 vicino a Copenaghen, tra
1,5 e 2,5 km dalla costa. Questa
centrale è costituita da 20
aerogeneratori Bonus da 2 MW,
con diametro del rotore di 76 m,
altezza del mozzo di 64 m, per
una potenza totale di 40 MW ed
una producibilità di ~100 GWh/anno.
In particolare questa installazione
è stata realizzata sia per produrre
energia elettrica sia come campo
prova per la realizzazione di altre
future grandi centrali eoliche
offshore in Danimarca.
Quasi tutte le centrali eoliche
offshore si trovano nel Nord
Europa, in corrispondenza dei
punti indicati nella fig. 4 (rif. [4]),
dove è già in esercizio una
notevole potenza eolica offshore,
dell’ordine di 1000 MW. In
Centrali eoliche esistenti con grandi aerogeneratori
Centrali eoliche esistenti con piccoli aerogeneratori
Centrali eoliche in costruzione
Fig. 4 Ubicazione delle principali centrali eoliche offshore esistenti, o in costruzione, o in avanzato progetto.
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particolare questo risultato è
originato
dalla
presenza
contemporanea
di
buona
ventosità e bassi fondali, profondi
di norma al massimo 20-30 m
anche a parecchi km dalla costa,
che consentono di vincolare le
torri
di
sostegno
degli
aerogeneratori direttamente sul
fondo del mare.
Nella fig. 5 (rif. [2]) sono
rappresentati schematicamente i
principali tipi di strutture di
fondazione delle torri degli
aerogeneratori offshore in acque
basse, così suddivisi:
• fondazione monopalo,
utilizzata nella maggior parte
dei casi ;
• fondazione a gravità, usata
meno frequentemente;
• fondazioni a suzione,
utilizzata in un unico caso a
titolo di studio.
La fondazione monopalo,
come mostrato in fig. 6 (rif. [5]),
viene realizzata infiggendo nel
fondo del mare un grosso palo in
acciaio, di norma con diametro di
4÷4,7 m e spessore di 4÷5 cm,
infisso fino alla profondità di 20÷30
m. Per l’operazione viene
impiegato uno speciale natante,
dotato di apposite attrezzature e di
gambe
telescopiche,
che,
appoggiandosi sul fondo marino,
consentono di lavorare con
maggiore stabilità. Questo tipo di
natante, costoso, è assai valido in
quanto svolge una grossa mole di
lavoro, permettendo sia di
realizzare i pali di fondazione, sia
di montare gli aerogeneratori,
comprese le loro torri.
La fondazione a gravità viene
costruita disponendo sul fondo del
mare, preventivamente preparato
e livellato, una ampia struttura, di
norma in calcestruzzo armato
come quella rappresentata nella
fig. 7 (rif. [3]), che, tramite il suo
peso e la sua ampia base di
appoggio, mantiene stabile la torre
di sostegno dell’aerogeneratore.
8
Fig. 5 Principali tipi di fondazione per aerogeneratori in acque basse.
Fig. 6 Centrale eolica di North Hoyle (GB) con aerogeneratori
installati su fondazioni monopalo.
Fig. 7 Fondazione a gravità, realizzata per gli aerogeneratori della
centrale eolica di Middelgrunden (DK).
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Le fondazioni a gravità presentano
la particolarità di poter essere
realizzate senza l’utilizzo di
attrezzature
oltremodo
specializzate, al contrario delle
fondazioni monopalo, e di poter
essere quindi utilizzate anche per
la costruzioni di centrali eoliche
con pochi aerogeneratori.
La fondazione a suzione, o
“Suction Bucket Foundation” (rif.
[6]),
è
stata
realizzata
sperimentalmente presso il campo
prova
eolico
danese
di
Frederikshavn per sostenere un
aerogeneratore Vestas V90 da 3
MW con diametro del rotore di 90
m, ed è formata da un grosso
cilindro cavo (diametro 12 m,
altezza 6 m, spessore 2,5÷3 cm)
che viene inserito nel terreno per
suzione
aspirando
l’acqua
contenuta nel suo interno.
Fig. 8 Centrale eolica offshore Beatrice (GB), la prima costruita in acque
intermedie, con mare profondo ~ 45 m.
IMPIANTI EOLICI IN
ACQUE INTERMEDIE
ella fig. 8 (rif. [7]) è mostrato l’
impianto eolico dimostrativo,
denominato “Beatrice”, in fase
di ultimazione, che costituisce per
ora l’unico esempio di centrale eolica
in acque intermedie. Questo
impianto è formato da due
aerogeneratori con potenza unitaria
di 5 MW e si trova vicino alla
piattaforma petrolifera “Beatrice
Alpha”, a circa 22 km dalla costa
nord orientale della Scozia, (vedi fig.
3) a c.a 45 m di profondità.
Questa centrale costituisce una
realizzazione dimostrativa per
favorire lo sviluppo delle installazioni
eoliche in acque intermedie e,
qualora produca buoni risultati, sarà
seguita dalla costruzione, nella
stessa area, della centrale eolica
Moray Firth, prevista con circa 200
aerogeneratori, per una potenza
globale di ~520 MW.
Ogni aerogeneratore della
centrale in ultimazione ha un peso di
~4100 kN, pale lunghe ~63 m, e
mozzo delle stesse disposto a ~88
N
Stabilizz.
con
peso
Stabilizz.
con
tiranti
Stabilizz.
con
forma
Fig. 9 Strutture di sostegno proposte per gli aerogeneratori in acque
profonde (> 60 m circa).
m sul l.m.m.. La torre di sostegno ha
un peso di ~2100 kN ed un
diametro di ~6 m alla quota di ~20 m
sul livello del mare, dove si innesta in
una struttura di fondazione reticolare
a quattro piedi. Ogni piede di questa
struttura è vincolato al fondo del
mare tramite un palo in acciaio, con
diametro di 2,1 m, infisso nel fondale
marino per una profondità di circa 39
m, utilizzando come guida uno
spezzone tubolare pressoché
verticale (sleeve) attaccato allo
stesso piede, al quale il palo è reso
solidale mediante iniezioni di
calcestruzzo.
IMPIANTI
EOLICI
GALLEGGIANTI IN
ACQUE PROFONDE
N
ella fig. 9 (rif. [8]) sono
riportati gli schemi delle
principali tipologie di
9
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sostegno per aerogeneratori in
acque profonde proposte nella
letteratura tecnica:
• “Stabilizzazione con peso”,
con stabilizzazione della
struttura galleggiante ancorata al fondale del
mare con linee di ormeggio
a catenaria - ottenuta
tramite una grossa zavorra
posizionata nella sua parte
inferiore ;
• “Stabilizzazione con tiranti”,
con stabilizzazione della
struttura
galleggiante
ottenuta
tramite
tiranti
verticali, fissati sul fondo
del mare in corrispondenza
delle estremità della stessa
struttura galleggiante;
• “Stabilizzazione con forma”,
con stabilizzazione della
struttura galleggiante ancorata al fondale del
mare con linee di ormeggio
a catenaria - ottenuta
tramite la sua forma, molto
ampia.
Nella
fig.
10
è
rappresentata la proposta
“Hydro’s Floating Windmill”
(rif. [9]), formulata dalla
società Hydro (2º produttore di
petrolio
norvegese)
per
sostenere
aerogeneratori
galleggianti in zone di mare
profonde tra 200 e 700 m.
Questa
proposta,
con
stabilizzazione mediante peso,
prevede di installare gli
aerogeneratori
su
cilindri
galleggianti in calcestruzzo,
lunghi 120 m, zavorrati nella
loro parte inferiore e fissati sul
fondo del mare mediante tre
lunghe linee di ormeggio a
catenaria. Gli aerogeneratori
sono previsti con potenza di 5
MW, rotore di 120 m, mozzo a
80 m sopra il livello medio del
mare e torre di sostegno
immersa per 12 m nel mare,
dove si attacca al cilindro
galleggiante in calcestruzzo,
10
Fig. 10 Proposta norvegese “Hydro’s Floating Windmill” per strutture di
sostegno degli aerogeneratori in acque profonde.
che si sviluppa quindi tra 12 e
132 m sotto il livello del mare.
Il peso complessivo della
struttura
galleggiante,
completa di aerogeneratore e
zavorra, è assai elevato e pari
a circa 80000 kN.
Un modello in scala della
struttura in oggetto, completo
anche
di
un
simulacro
dell’aerogeneratore, è già
stato esaminato con risultati
promettenti
presso
il
laboratorio Marintek's Ocean
Basin a Trondheim (Norvegia),
ed è in fase di sviluppo un
prototipo dimostrativo, con un
aerogeneratore da 3 MW. La
società Hydro ipotizza, nel
caso in cui il progetto in
esame abbia esiti favorevoli,
di realizzare centrali eoliche in
mare aperto anche con 200
aerogeneratori da 5 MW, con
potenza globale, quindi, fino a
1000 MW e producibilità di
circa 4,5 TWh all'anno,
corrispondente a 4500 ore
annue
equivalenti
di
funzionamento
a
piena
potenza. Per quanto riguarda
gli investimenti, la società
Hydro ha già investito circa 20
milioni di Corone Norvegesi
(~2,5 milioni di Euro), e conta
di investire altri 150 milioni di
Corone Norvegesi (~19 milioni
di Euro) per ricerche e per il
progetto dimostrativo.
Tra le strutture galleggianti
di
supporto
per
gli
aerogeneratori,
un
valido
punto
di
riferimento
è
rappresentato dalla proposta
olandese “Dutch Tri-floater”
(fig. 11), sviluppata da ECN,
MARIN,
Lagerwey
the
Windmaster, TUD, TNO e
MSC (rif. [10]) e formulata per
sostenere
aerogeneratori
galleggianti da 5 MW. Questa
struttura, stabilizzata in parte
con la forma e in parte con il
peso, utilizza tre serbatoi
cilindrici
galleggianti
parzialmente
sommersi
e
riempiti al loro interno con
acqua di zavorra - posizionati
al vertice di un triangolo
equilatero con lato di 68 m, e
vincolati al fondo del mare
tramite sei linee di ormeggio
pretese in modo da ridurre i
movimenti della struttura.
Ogni cilindro galleggiante
ha diametro di 8 m e altezza di
24 m, ed è sommerso, in
condizione di quiete, per 12 m.
Ogni linea di ormeggio è
pretesa con un tiro di 300 kN
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ed è formata, superiormente,
da una fune metallica lunga
225 m e con diametro di 160
mm, ed, inferiormente, da una
catena da 150 mm, lunga 225
m e vincolata su un dispositivo
di ancoraggio a suzione
fissato sul fondo del mare.
Per il calcolo dei movimenti
della piattaforma sono stati
impiegati appositi programmi
di calcolo. Si è ottenuto che la
struttura in esame presenta i
seguenti
periodi
naturali:
movimento
verticale
rollio
beccheggio
traslazione verticale 16,5 s;
rollio e beccheggio 25,9 s.
Le ampiezze massime dei
movimenti
dinamici
della
struttura prodotti dalle onde
nelle condizioni di massimo
operativo (onde con altezza
significativa di 5,4 m e con
periodo tra 6 e 9 s) e di
sopravvivenza
(onde
con
altezza significativa di 10 m e
periodo tra 8 e 12 s) sono
mostrate in tabella I.
In particolare, l’inclinazione
Massimo operativo
2,4 m
1,4º
1,5 º
sopravvivenza
9,0 m
3,1º
3,9º
Tab. I – movimenti dinamici del Dutch Tri-Floater
Fig. 12 Proposta U.S.A. “NREL TLP” per strutture di sostegno degli
aerogeneratori in acque profonde.
Fig. 11 Proposta olandese “Dutch Tri-Floater” per strutture di sostegno
degli aerogeneratori in acque profonde.
dinamica della struttura in
condizioni di massimo operativo,
pari
a
1,5º,
aggiunta
all’inclinazione prodotta dal vento,
pari a 8,3º, determina un valore di
9,8º, inferiore al valore massimo
ammissibile per un accettabile
funzionamento
dell’aerogeneratore, assunto pari
a 10º.
Nella fig. 12 è rappresentata la
proposta americana “NREL TLP”
(rif. [11]) per sostenere aerogeneratori galleggianti da 5 MW.
La struttura, denominata TLP
(Tension Leg Platform), è
stabilizzata con tiranti verticali, che
consentono alla struttura ampie
traslazioni e contenute inclinazioni.
In particolare, questa proposta
utilizza un grande serbatoio
cilindrico ad asse verticale, con
diametro 16 m ed altezza 10 m,
posizionato in asse alla torre
dell’aerogeneratore,
sommersa
per 15 m sotto il livello del mare.
Alla base del serbatoio sono
presenti tre bracci radiali, lunghi
22 m, all’estremità di ognuno dei
quali è collegato un tirante
tubolare semigalleggiante, con
lunghezza di 157 m e peso di
circa 534 kN. Ad ogni tirante,
distante 30 m dall’asse del
serbatoio, sono collegati due
dispositivi di ancoraggio, ciascuno
dei quali è progettato per
sopportare una forza di trazione di
4740 kN. Il peso globale della
struttura galleggiante, incluso
l’aerogeneratore, è di 11200 kN,
apprezzabilmente più ridotto
anche dell’anzidetta proposta
“Dutch Tri-floater”. Il sistema
“NREL TLP” presenta inclinazioni
assai ridotte, più contenute di
quelle dei rimanenti sistemi, e
quindi potrebbe risultare più
adatto
all’utilizzo
di
aerogeneratori analoghi a quelli
impiegati nelle centrali offshore in
acque basse. Per contro richiede
sistemi di ancoraggio al fondo del
mare decisamente più importanti
11
N
N .. 3
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APRILE 2008
e costosi, che sono indispensabili
per mantenere stabile la struttura
galleggiante.
Nella fig. 13 è mostrata la
configurazione esaminata da
CESI RICERCA (rif. [12]) allo
scopo di ricavare informazioni sul
comportamento delle soluzioni
stabilizzate con tiranti, chiamate
come detto TLP, al variare delle
modalità di collegamento al fondo
del mare, che sono state previste
sia con tiranti (verticali o con
ridotte
inclinazioni)
sia,
opzionalmente, anche con cavi
diagonali.
In particolare, sono stati
utilizzati i pesi e le dimensioni
della struttura galleggiante “NREL
TLP” e - tramite un modello di
calcolo
statico
semplificato
appositamente prodotto - sono
stati valutati i movimenti della
struttura galleggiante e le forze
che si scaricano sui dispositivi di
ancoraggio, considerando: il
carico orizzontale di progetto
previsto nel progetto “NREL TLP”,
pari a 1700 kN; differenti
profondità del mare; diverse
inclinazioni dei tiranti; la presenza
o l’assenza dei cavi diagonali.
I risultati ottenuti hanno
permesso di ritenere come più
interessante la soluzione con
tiranti verticali, in quanto richiede
tiranti con sezione leggermente
minore, genera più contenute
forze orizzontali sui dispositivi di
ancoraggio e produce minori
inclinazioni della piattaforma, che
tuttavia
presenta
importanti
traslazioni orizzontali.
Peraltro, nel caso in cui fosse
richiesto
di
ridurre
significativamente tali traslazioni
per un miglior funzionamento
dell’aerogeneratore, risulterebbe
estremamente efficace inserire le
diagonali, che comporterebbero
comunque un costo aggiuntivo e
maggiori carichi orizzontali sui
dispositivi di ancoraggio.
12
Fig. 13
Struttura di sostegno per aerogeneratori in acque
profonde esaminata dal CESI RICERCA
POTENZIALITÀ EOLICHE IN ACQUE
PROFONDE
AL
LARGO
DELLE
COSTE ITALIANE
ella fig. 14 (ricavata dal rif.
[13]) sono rappresentate le
mappe della velocità del
vento e della producibilità
specifica (MWh/MW, cioè ore
annue
equivalenti
di
funzionamento
di
un
aerogeneratore “tipo” a piena
potenza) sull’intero territorio
italiano e sul mare fino a ~40 km
dalla costa, valutate a 75 m sul
livello del suolo o del mare, quota
N
ritenuta
particolarmente
significativa per le installazioni
eoliche, soprattutto se offshore
galleggianti.
Nella tab. 2 (rif. [12]) vengono
fornite indicazioni sulle aree
offshore più promettenti per fini
eolici, valutate considerando le
aree di mare con distanza dalla
costa superiore a 5 km e con
producibilità maggiori di 2500 o di
3000
ore
equivalenti,
rispettivamente per installazioni
in acque basse ed in acque
intermedie/profonde.
In
particolare, da tale tabella risulta
che le aree di mare più
promettenti per un utilizzo eolico
interessano le seguenti Regioni
(elencate in ordine di estensione
A
A II O
OM
M
BOLLETTINO
delle stesse aree):
• centrali eoliche in acque
basse: Puglia, Sardegna,
Sicilia e Molise;
• centrali eoliche in acque
intermedie:
Sardegna
e
Sicilia;
• centrali eoliche in acque
profonde: Sardegna, Sicilia e
Puglia.
Si segnala che i valori
indicati delle ventosità, delle
potenze eoliche installabili e
delle producibilità elettriche
stimate sul mare sono di larga
massima, dato che la loro
valutazione è stata spesso
guidata più da percezioni che
da elementi oggettivi. Infatti,
come indicato nel rif. [12],
nelle stime della ventosità sul
mare, a partire dalle quali
sono state poi valutate
potenze e producibilità, sono
presenti elevati valori di
incertezza, variabili da un
minimo di circa 2 m/s (Mar
Ligure e Adriatico) a un
massimo di circa 3 m/s (Isole
minori, Salento, Sardegna).
Relativamente alle potenze
installabili stimate rimangono
anche le incognite derivanti in
generale
dalle
procedure
autorizzative - legate non solo
al complesso sistema di
vincoli vigenti, ma anche alla
sensibilità
dell’opinione
pubblica - e dai costi di
realizzazione, soprattutto per
quanto riguarda le centrali
eoliche in acque intermedie e
profonde, quest’ultime mai
realizzate a livello mondiale,
per le quali non si hanno
concreti dati economici a cui
fare riferimento.
Si fa comunque osservare
che,
sulla
base
delle
producibilità indicate nella fig. 14
e
degli
andamenti
della
profondità del mare, è stato
determinato che le aree più
Fig. 14 Mappe della velocità del vento e della producibilità eolica a 75
m dal suolo o dal mare.
S tim a d i m assim a d el potenziale eolico in acque b asse (< 30 m )
A ree più
P otenza stim ata
E nergia elettrica
R egione
prom ettenti [km ²]
[M W ]
stim ata [G W h/anno]
M olise
0 ÷ 8
0 ÷ 50
0 ÷ 100
P uglia
75 ÷ 155
500 ÷ 1000
1400 ÷ 2800
S icilia
30 ÷ 60
200 ÷ 400
600 ÷ 1200
S ardegna
30 ÷ 70
200 ÷ 450
700 ÷ 1500
T o tale
135 ÷ 293
900 ÷ 1900
2700 ÷ 5600
S tim a di m assim a del po tenziale eolico in acqu e interm ed ie (30÷60m )
A ree più
P otenza stim ata
E nergia elettrica
R egione
prom ettenti [km ²]
[M W ]
stim ata [G W h/anno]
S icilia
0 ÷ 40
0 ÷ 250
0 ÷ 800
S ardegna
40 ÷ 75
250 ÷ 500
800 ÷ 1700
T o tale
40 ÷ 115
250 ÷ 750
800 ÷ 2500
S tim a di m assim a del p oten ziale eo lico in acq ue pro fo nde (>60 m )
A ree più
P otenza stim ata
E nergia elettrica
R egione
prom ettenti [km ²]
[M W ]
stim ata [G W h/anno]
P uglia
75 ÷ 155
500 ÷ 1000
1600 ÷ 3300
S icilia
75 ÷ 155
500 ÷ 1000
1600 ÷ 3300
S ardegna
155 ÷ 310
1000 ÷ 2000
3500 ÷ 7000
T o tale
305 ÷ 620
2000 ÷ 4000
6700 ÷ 13600
Tab. 2 Stime della producibilità eolica offshore in funzione della
profondità del mare.
13
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promettenti per centrali eoliche
galleggianti si trovano al largo:
• delle coste nord-orientali e sudoccidentali della Sardegna;
• della costa occidentale della
Sicilia;
• della costa adriatica della
Puglia.
In Italia è già in fase di
sviluppo progettuale da parte
della società Gamesa una
grande centrale eolica, che
dovrebbe interessare il golfo di
Manfredonia, in Puglia, in
corrispondenza
dell’area
indicata nella fig. 15 (rif. [14]).
Le principali caratteristiche
previste per tale centrale
sono:
• numero di aerogeneratori:
66;
• potenza totale installata:
297 MW;
• profondità minima del
fondale marino: 14 m;
• profondità massima del
fondale marino: 22 m;
• distanza minima dalla
costa: 10 km;
• distanza fra gli
aerogeneratori: 960 m;
• area complessiva occupata
dall’impianto: circa 40 km2.
Si prevede che la fase di
sviluppo del progetto (studi,
approvvigionamento
di
materiali,
apparecchiature,
ecc.) impieghi almeno due
anni, che la costruzione della
centrale duri diciotto mesi, e
che
l’iniziativa
crei
un
apprezzabile numero di posti
di
lavoro,
sia
per
la
realizzazione della centrale
eolica, che per il suo esercizio.
In particolare, per quest’ultima
fase si prevedono 55 occupati
diretti e 35 occupati indiretti.
Sempre in Puglia, a 20 km
dalla costa di Tricase, da parte
della “Blue H - Sky Saver” è in
fase di sviluppo un’iniziativa
eolica offshore (rif. [15]) che,
14
come indicato nella fig. 16,
contempla:
• l’installazione, in corso, di
una struttura galleggiante
“prototipo” completa di un
aerogeneratore da 80 kW,
descritta di seguito;
• la realizzazione di una
centrale eolica con potenza
totale di 93 MW, composta
da aerogeneratori bipala
con potenze unitarie via via
crescenti (2,5 MW, 3,5 MW
e 7,5 MW) installati su
supporti
galleggianti
analoghi a quello presente
nel prototipo, anche se
ovviamente con dimensioni
maggiori.
Nella fig. 17 è mostrato il
prototipo “Sky Saver”, di tipo
TLP, con sei tiranti verticali,
vincolati da un lato ai vertici di
una struttura galleggiante
Fig. 15 Centrale eolica proposta nel Golfo di Manfredonia (Puglia) in acque
basse.
Fig. 16 Ubicazione del prototipo “Sky Saver” e della centrale eolica
proposta al largo di Tricase (Puglia), in acque profonde.
A
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OM
M
BOLLETTINO
Fig. 17 Prototipo “Sky Saver” in fase di installazione.
esagonale, con peso globale
di ~ 2900 kN, e dall’altro lato
ai vertici di un unico
contrappeso (o corpo morto)
pure esagonale - con peso
globale sommerso di ~ 6500
kN - appoggiato sul fondo del
mare. In particolare, questo
contrappeso,
rappresentato
nell’immagine in basso a
destra della stessa fig. 17, è
fondamentalmente formato da
6 cassoni e da 6 vasche, e
viene trainato in sito tramite un
rimorchiatore.
Qui
viene
annegato
e
zavorrato,
riempiendo i cassoni con
acqua e le vasche con
materiale inerte.
Il
prototipo
è
stato
realizzato con gli obiettivi
primari di dimostrare la validità
del
sistema,
testare
le
procedure di assemblaggio,
trasporto ed installazione, e
certificare
la
tecnologia.
Obiettivi secondari che hanno
condotto alla realizzazione del
prototipo sono: testare il
comportamento della struttura
con le diverse condizioni
meteo marine, e monitorare in
loco i dati eolici e marini.
La
prima
unità
di
produzione
della
centrale
eolica, con potenza di 2,5
MW,
è
previsto
venga
installata a breve, utilizzando
un aerogeneratore Gamma 60
bipala,
opportunamente
adattato per l’applicazione.
CONCLUSIONI
e centrali eoliche offshore
sono in una fase di rapido
sviluppo, in particolare nel
Nord Europa, e le previsioni
della EWEA (European Wind
Energy Association) indicano,
per il periodo 2025÷2030, che
in Europa dovrebbero essere
installate,
in
ambiente
offshore,
potenze
annue
dell’ordine di 10000 MW.
Anche attorno alle coste del
Sud Italia, fondamentalmente
della Sardegna, Sicilia e
Puglia, sono presenti notevoli
potenzialità eoloenergetiche, e
si ritiene quindi verosimile che
pure in tali zone si realizzino in
futuro installazioni eoliche.
Esistono già alcuni progetti e,
in particolare, in Puglia sono
già in fase di sviluppo due
importanti
iniziative,
che
interessano, rispettivamente,
un’area
del
golfo
di
Manfredonia
con
acque
basse, e una zona di mare al
largo di Tricase con acque
profonde.
In
particolare,
le
installazioni
eoliche
L
galleggianti in acque profonde
sono ancora nella fase iniziale
e l’iniziativa al largo di Tricase
costituisce addirittura la prima
applicazione concreta a livello
mondiale.
Presso il CESI RICERCA
sono in corso studi per
l’individuazione di una o più
soluzioni
galleggianti
tecnicamente
ed
economicamente interessanti.
A tale scopo sono utilizzati
anche modelli matematici in
grado di rappresentare la
dinamica del sistema, ed in
particolare il codice di calcolo
specializzato per strutture
marine Moses, e un modello in
fase di sviluppo presso il CESI
RICERCA
per
l’analisi
dell’aerogeneratore
galleggiante.
Attraverso questi modelli si
intendono ottenere risposte
flessibili riguardo, ad esempio,
la
stabilità
del
sistema
galleggiante al variare delle
opzioni strutturali (Tension
Leg Platform, Monocolonna,
ecc.)
e
delle
relative
caratteristiche
dimensionali
e/o dei materiali prescelti, in
particolare
in
condizioni
estreme di vento e/o di mare.
Si
prevede
anche
di
analizzare le condizioni di
normale
esercizio
dell’aerogeneratore
per
evidenziare eventuali aspetti
problematici o penalizzanti per
le prestazioni energetiche rispetto
a
quelle
che
l’aerogeneratore offrirebbe su
terraferma - e per ricavare
spunti per adeguamenti del
sistema di controllo.
L’intera attività è quindi
finalizzata ad approfondire le
possibilità di sfruttamento di
una risorsa, come l’eolico
offshore, che può contribuire
in modo non trascurabile al
contenimento
della
15
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dipendenza
dall’estero.
energetica
RICONOSCIMENTI
Questo
lavoro
è
stato
finanziato dal Fondo di
Ricerca per il Sistema Elettrico
nell’ambito dell’Accordo di
Programma
tra
CESI
RICERCA ed il Ministero dello
Sviluppo
Economico
–
D.G.E.R.M. stipulato in data
21
giugno
2007
in
ottemperanza del Decreto
legge. n. 73 del 18 giugno
2007.
RIFERIMENTI
[1] “Esperienze e Prospettive
dell’Energia Eolica in
Europa”. Prof. Arthouros
Zervos
,
Presidente
EWEA,
Eolica
Expo
Mediterranean
2006.
Roma, 28 ÷ 30 settembre
2006.
[2] “Energy from Offshore
Wind”, W. Musial e S.
Butterfield,
National
Renewable
Energy
Laboratory,
B.
Ram,
Energetics Inc., Offshore
Technology Conference,
Houston,
Texas,
1÷4
maggio 2006
http://www.nrel.gov/docs/f
y06osti/39450.pdf
[3] Sito
internet
“Middelgrunden
Wind
Turbine Co-operative”
http://www.middelgrunden
.dk/MG_UK/ukindex.htm
[4] Sito internet “OWE - The
Offshore Wind Energy
Website”
http://www.offshorewinde
nergy.org/0_home.php?m
enu=windfarms
[5] Sito internet “Npower
renewables”
http://www.npowerrenewables.com/northhoyl
e/components.asp
16
[6] “Bucket Foundation, a
status”, Lars Bo Ibsen,
Morten Liingaard, Søren
A. Nielsen, Copenhagen
Offshore
Conference,
Copenhagen, Danimarca,
26-28 ottobre 2005
[7] Sito internet “Beatrice
Wind farm Demonstrator
Project ”
http://www.beatricewind.c
o.uk/home/default.asp
[8] “Engineering Challenges
for Floating Offshore Wind
Turbines”,
Sandy
Butterfield
NREL,
Presentazione
PowerPoint, Copenhagen
Offshore
Conference,
Copenhagen, Danimarca,
26-28 ottobre 2005
[9] “Floating Wind Mill”, sito
internet
della
società
Hydro.
http://www.hydro.com/en/
press_room/news/archive/
2005_11/hywind_en.html
http://www.hydro.com/libr
ary/attachments/en/press
_room/floating_windmills_
en.pdf
[10] “Studie narr haalbaarheid
van en randvoorwaarden
voor drijvende offshore
windturbines”.
ECN,
MARIN, Lagerwey the
Windmaster, TNO, TUD,
MSC, Dec. 2002.
http://www.windenergy.cit
g.tudelft.nl/content/resear
ch/pdfs/drijfwind_report.p
df
[11] “Feasibility of Floating
Platform
Systems
for
Wind
Turbines”,
W.
Musial, S. Butterfield, and
A. Boone, 23rd ASME
Wind Energy Symposium,
Reno,
Nevada,
5÷8
gennaio 2004
http://www.nrel.gov/docs/f
y04osti/34874.pdf
[12] “Valutazioni preliminari sul
potenziale eoloenergetico
offshore
in
acque
profonde.
Studio
di
prefattibilità di impianti
offshore
in
acque
profonde”. F. Bettinali, S.
Viani, R. Vailati, G. Botta,
L.
Mazzocchi.
CESI
RICERCA,
protocollo
06007614, 28.12.2006.
[13] “ATLAEOLICO.
Atlante
eolico interattivo”. CESI
RICERCA.
http://atlanteeolico.cesiric
erca.it/viewer.htm
[14] Comunicato stampa del
19 aprile 2006 della Città
di Manfredonia “Parco
eolico offshore nel Golfo
di
Manfredonia”
(documento
parco_eolico.doc)
http://www.comune.manfr
edonia.fg.it/atti/comunicati
/com31_05_06.htm
[15] “Sky Saver - Progetto
Tricase Canale di Otranto.
Eolico offshore per acque
profonde”.
Giovanni
Franzì.
Workshop
“Rinnova”.
Centro
Congressi Enel, Roma. 27
novembre
2007.
http://www.enel.it/Rinnova
/aree_tematiche/doc/Giov
anni%20Franzi'.pdf
A
A II O
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M
BOLLETTINO
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7
APRILE 2008
Notizie dal PIANC
ome è noto a tutti gli
addetti, il PIANC con sede
a Bruxelles, già anche
AIPCN, è in campo mondiale la
più antica e diffusa associazione.
AIOM ha intrapreso un percorso
di rafforzamento dello scambio
culturale con PIANC, con
particolare
riguardo
alla
veicolazione delle informazioni
tecniche in lingua italiana. Uno
dei
punti
più
importanti
nell’ambito di questa ampliata
collaborazione e sinergia tra
PIANC ed AIOM riguarderà la
traduzione in lingua italiana degli
abstract tratti dalle principali
pubblicazioni
del
PIANC.
L’intenzione è quella di dare ai
soci e simpatizzanti dell’AIOM
delle informazioni selezionate tra
quelle di maggiore interesse
rimandando naturalmente alla
pubblicazione originale per chi
avesse
interesse
ad
approfondire. Le pubblicazioni
del PIANC che riguarderanno
questa
rubrica
saranno
principalmente:
¾ RAPPORTI TECNICI Sin
dal 1885 PIANC mantiene
una tradizione di rapporti
tecnici di alto livello nei
campi della navigazione
marittima e fluviale, nonché
diportistica tenendo conto
anche
degli
aspetti
ambientali. Questi rapporti,
preparati nell’ambito di
Gruppi
di
lavoro,
rappresentano
delle
importanti guide tecniche
per progettisti e tecnici
¾ PERIODICO ON COURSE:
Si tratta di un giornale
C
18
trimestrale
emesso
in
gennaio, aprile, luglio e
ottobre di ogni anno.
Contiene
principalmente
degli articoli tecnici e le
ultime novità in ambito
PIANC ed in generale nel
mondo della navigazione.
¾ SINTESI TECNICHE: Si
tratta
di
un’iniziativa
recente del PIANC che
intende
riassumere
la
posizione tecnica e le
osservazioni del PIANC in
merito a specifici argomenti
di interesse per il mondo
(nel senso più ampio del
termine) della navigazione.
2008, dopodichè vi sarà
tempo fino al 31 dicembre
2008
per
sottoporre
la
proposta completa.
Il Premio Jack Nichol è
stato creato per onorare la
memoria di John M. “Jack”
Nichol, membro onorario del
Pianc e famoso progettista di
marina. Lo scopo del premio è
quello
di
evidenziare
l’eccellenza
nella
progettazione di porti turistici
in tutto il mondo e consiste in
una placca di bronzo che
potrà essere esposta nel porto
assegnatario del premio.
Sailing Ahead
E’ stato emesso il numero di
Aprile di Sailing Ahead la
news-letter del PIANC con le
ultime
informazioni
sulla
comunità della navigazione.
La news-letter può essere
visionata
nel
sito
http://www.pianc-aipcn.org/
PREMIO Jack Nichol
2009
PER
LA
PROGETTAZIONE
DI
PORTI TURISTICI
a commissione per la
navigazione da diporto
(RecCom)
invita
i
progettisti e proprietari di porti
turistici
a
proporre
un
sommario per concorrere al
Premio Jack Nichol 2009 per
progetti di marina entro il 31
agosto 2008. La lista dei
progetti
selezionati
verrà
notificata entro il 30 settembre
L
Il premio è assegnato dalla
Commissione RecCom ogni
anno purchè vi sia un
sufficiente
numero
di
partecipanti. Il vincitore sarà
annunciato
nel
corso
dell’assemblea
generale
annuale (AGA) nel maggio
2009 dal presidente della
commissione e sarà citato nel
giornale del PIANC nonché
nel sito internet.
I
requistiti
per
la
partecipazione ed i criteri di
assegnazione sono scaricabili
dal sito stesso. Le domande di
partecipazione
andranno
inviate a: Dr. Eng. Elio Ciralli
Secretary of PIANC RecCom
Viale delle Magnolie, 36
90144 – Palermo, Italy
E-mail: [email protected]
A
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APRILE 2008
congressi
OMAE 2008
27th
International
Conference
on
Offshore
Mechanics
and Arctic Engineering
Estoril, Portugal between
15-20 June 2008
he event is organised by
ASME International, the
OOAE Division of the
International
Petroleum
Technology Institute (IPTI),
and the Instituto Superior
Técnico (Technical University
of Lisbon), through its Unit of
Marine
Technology
and
Engineering and is sponsored
by
various
professional
associations
of
many
countries. Among the cosponsor associations is AIOM,
the Italian Associations for
offshore and marina.
The objective of this annual
international event is to
provide a forum for the
scientific
and
industrial
community from around the
world to meet and present
advances in technology and
its scientific support, to
exchange
ideas
and
experience whilst promoting
technological progress and its
application in industry as well
as international cooperation in
ocean, offshore and arctic
engineering.
The
Conference
proceedings will be indexed in
the ISI Web of Knowledge.
The Conference will have 8
traditional Symposia and will
T
20
be complemented by 4
Special Symposia:
¾ Offshore Technology
¾ Structures, Safety and
Reliability
¾ Materials Technology
¾ Pipeline and Riser
Technology
¾ Ocean Space Utilization
¾ Ocean Engineering
¾ Polar and Arctic Sciences
and Technology
¾ CFD & VIV
¾ Nick Newman Symposium
on Marine Hydrodynamics
¾ Yoshida
and
Maeda
Special Symposium on
Ocean Space Utilization
¾ Offshore
Renewable
Energy
¾ Offshore Measurement and
Data Interpretation
The Nick Newman Special
Symposium
on
Marine
Hydrodynamics is organized
to honour the significant
accomplishments of Professor
Nick Newman in the fields of
marine hydrodynamics which
has formed the foundation of
much of the development of
floating production systems in
the
last
few
decades.
Additionally, a review of the
present state of marine
hydrodynamics and a look at
the future of this area of
investigation is intended.
The Yoshida and Maeda
Special Symposium on Ocean
Space Utilization is organized
to honour the significant
accomplishments
of
Professors Koichiro Yoshida
and Hisaaki Maeda in the
fields
of
Ocean
Space
Utilization. They have both
been leading researchers on
the subject of hydroelasticity
and structural mechanics of
Very
Large
Floating
Structures.
ICCE 2008
Hamburg, Germany
August 31 - sept. 5,
2008
he ICCE 2008 will be held
in Hamburg, Germany
from Sunday, 31st August
2008 to Friday, 5th September
2008 at the Hamburg Congress
Centre CCH. The ICCE 2008
will be organised by the
German Society of Port
Engineering and the German
Coastal Engineering Research
Council under the auspices of
the
Coastal
Engineering
Research Council (CERC) of
Coasts, Ocean, Ports and
Rivers Institute (COPRI) of the
American Society of Civil
Engnieers (ASCE).
Papers are invited on theory,
measurement,
analysis,
modelling and practice for the
following conference topics:
¾ Coastal Processes
¾ Coastal,
Shore
and
Estuarine Structures
¾ Ports,
Harbours
and
Waterways
¾ Coastal Environment
¾ Coastal Risks
¾ Coastal Development
Practical papers detailling the
design,
construction
and
performance of case study
coastal
projects
are
encouraged. Original papers
are
invited
on
theory,
measurement,
analysis,
modelling and practice for the
following topics:
¾ Coastal Processes: Wave
theories
and
wave
transformation, tides and
T
A
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OM
M
BOLLETTINO
¾
¾
¾
¾
¾
tidal dynamics, storm surges
and
extreme
events,
transport
processes,
sediment transport, coastal
erosion, shoreline changes
and scouring
Coastal,
Shore
and
Estuarine
Structures:
Planing,
design,
construction, performance,
optimisation
and
maintenance,
wavestructure-soil interactions
Ports,
Harbours
and
Waterways:
Planning,
design and construction of
ports, deep water terminals
and waterways, siltation,
management
and
optimisation of dredging,
ship impacts
Coastal
Environment:
Coastal pollution, recreation,
water quality, wadden sea,
wetlands and estuaries,
environmental impacts and
compensation,
coastal
ecohydraulics
Coastal Risks: Coastal risk
sources, coastal breaching,
flood risk management and
strategies, assessment of
coastal risks
Coastal Development: Coastal
zone management, coastal
energy,
navigation
and
transportation,
monitoring,
data management, coastal
information
systems,
sustainability
of
coastal
projects, coastal protection
concepts
Prospective authors are invited
to submit papers dealing with the
conference subjects or related
topics not later than July, 15,
2007.
Further
instructions
concerning
the
abstract
submission process can be found
in the 1st Bulletin which is
available on the conference
website
http://icce2008.hamburg.baw.de
MEDITERRANEAN
DAYS
Palermo
7-9 ottobre 2008
alermo è la prima di una
serie di quattro edizioni
delle “Giornate Mediterranee di Ingegneria Costiera e
Portuale”, secondo quanto
disposto
dal
“Protocollo
d’Intesa” sottoscritto da Italia,
Francia, Spagna, Portogallo e
dalla Sezione Nazionale del
PIANC. Scopo principale della
conferenza
è favorire lo
sviluppo di
una comune
cultura tecnica nell’area del
Mediterraneo
nel
settore
dell’ingegneria
costiera
e
portuale, tenendo conto della
necessità di elaborare nuove
strategie per fronteggiare in
modo appropriato le nuove
sfide del mercato globale,
senza trascurare gli aspetti
ambientali e sociali alla luce
dei principi dello sviluppo
sostenibile.
Gli
argomenti
della
conferenza sono:
1. Porti e Terminali
2. Navigazione Marittima
3. Gestione della Costa
4. Ambiente
ed
Energie
Rinnovabili
nel
Mediterraneo
5. Porti Turistici, Porti Urbani
e Waterfronts
La sede della conferenza è
la villa Igiea (nella foto).
Progettata da Ernesto Basile
nel 1908, la Villa si affaccia
sulla
baia
di
Palermo,
adiacente ad un porto turistico
P
e circondata da un parco dalla
ricca
vegetazione
mediterranea.
La facciata esterna in stile
neoclassico, la scenografica
scalinata che scende verso il
mare in un susseguirsi di
terrazze, i saloni interni con
arredi
liberty
originali
completamente
ristrutturati:
tutto concorre alla bellezza ed
eleganza del luogo. Per le sue
caratteristiche il complesso è
stato più volte scelto dai
regnanti di vari Paesi europei
in occasione delle visite in
Italia.
Nel
programma
della
conferenza sono inclusi i
seguenti eventi sociali :
Lunedì, 6 ottobre Welcome
Ice-Breaking Party
Martedì, 7 ottobre Welcome
Cocktail ed Evento Culturale
Mercoledì, 8 ottobre Cena di
Gala
Giovedì, 9 ottobre Farewell
Happy Hour
POST
CONFERENCE
TOURS
Tour delle isole Eolie
Tour della Sicilia Occidentale
Tour delle isole Egadi
Tour della Sicilia Orientale
21
N
N .. 3
37
7
APRILE 2008
Questa nuova rubrica, a cura
di Angelo Garassino, si
propone
di
fornire
una
carellata, completa di un breve
sommario,
su
recenti
pubblicazioni di potenziale
interesse.
ittner, R. B., Safaqah, O.,
Zhang, X., and Jensen,
O.
J.
“Design
and
Construction of The Sutong
Bridge Foundations .” DFI
Journal 1(1), 2-18. 2007. DFI.
Sommario:
Riporta
la
descizione dell progettazione
del
ponte
Suttong
con
particolare riferimento a 3
argomenti:
• progetto e costruzione dei
131 pali trivellati sotto
ciascuno dei due piloni;
• progetto e costruzione della
protezione antiscalzamento
dei due piloni;
• metodi di costruzione
B
yrne, B. W. and Houlsby,
G. T. “Assessing novel
foundation options for
offshore wind turbines." World
Maritime
Technology
Conference,
London,
UK
(March). 2006.
Sommario: In Gran Bretagna
l’energia rinnovabile proveniente
da impianti eolici offshore
costituisce
un
contributo
energetico importante. Uno degli
aspetti che hanno grande
influenza
sul
costo
di
realizzazione di questi impianti è
la costruzione offshore delle
fondazioni delle turbine. Si
passano in rassegna i risultati di
uno studio recente orientato alla
progettazione di fondazioni a
cassone per questi tipi di
macchine. Sono ampiamente
discusse tutte le possibilità di
impiego di fondazioni a cassone
sia per fondazione singola sia
per fondazione multipla (tripode,
tetrapode, ecc.)
B
22
recensioni
elly, R. B., Houlsby, G. T.,
and
Byrne,
B.
W.
”Transient vertical loading
of model Suction caissons in a
pressure
chamber.”
Geotechnique 56(10), 665-675.
2006.
Sommario: Prove di carico
verticali sono state eseguite per
verificare la portata
ed il
comportamento
di
una
fondazione per torre eolica a
piedi multipli; sono presentati i
risultati anche di prove cicliche
varie
per
verificare
la
dipendenza delle portate dei pali
dai metodi di installazione
K
oulsby, G. T., Kelly, R. B.,
Huxtable, J., and Byrne,
B. W. “Field trials of suction
caissons in sand for offshore
wind
turbine
foundation.”
Geotechnique 56(1), 3-10. 2006.
Sommario: Descrive le prove
sperimentali per la progettazione
di fondazioni monoappoggio o a
piede multiplo.
H
aess, A., Karlsen, H. C.,
and
Teigen,
P.
S.
“Numerical methods for
calculating the crossing rate of
high and extreme response
levels of compliant offshore
structures subjected to random
waves.” Applied ocean research
28(1), 1-8. 2006
Sommario: L’articolo è incentrato
sui metodi per calcolare i valori
medi che sorgono dai processi
stazionari rappresentabili da
serie stocastiche Volterra del 2°
ordine.
E’
la
corrente
rappresentazione secondo lo
stato dell’arte del responso a una
N
sollecitazione
di
moto
orizzontale, cioè una piattaforma
del tipo “tension leg platform” in
mari con condizioni casuali.
Viene descritto un metodo
numerico per calcolare il livello
medio “mean upcrossing rate”
dell’aliquota di incidenza sulla
struttura di un processo di
risposta stocastica del tipo
considerato. In aggiunta a questo
metodo esatto sono anche
discussi
due
metodi
approssimati.
aaijer, M. B. “Foundation
modelling
to
assess
dynamic
behaviour
of
offshore wind turbines.” Applied
Ocean Research 28(1), 45-57.
2006.
Sommario: Il comportamento
dinamico delle turbine eoliche
offshore è più complesso della
combinazione somma di turbina
eolica a terra e di una piattaforma
offshore che si affrontano
nell’industria petrolifera o del gas.
Vengono presentati approcci
semplificati al problema
Z
amgaard, J. S., Sumer, B.
M., Teh, T. C., Palmer, A.
C., Foray, P., and Osorio,
D.: “Guidelines for Pipeline OnBottom Stability on Liquefied
Noncohesive Seabeds.” Journal
of Waterway, Port, Coastal and
Ocean Engineering 132(4), 300309. 2006.
Sommario: l’articolo fornisce
pratiche linee guida per il
progetto delle pipelines basate
sulla stabilità del fondo del mare
in materiali non coesivi. Sono
raccomandati metodi esistenti
per calcolare la probabilità di
D
A
A II O
OM
M
BOLLETTINO
liquefazione e sono indicati i
requisiti minimi della soil
investigation. E’ presentata una
nuova formula per individuare la
profondità di interramento in
terreni che hanno subito
liquefazione.
D
e Groot, M. B., Bolton, M.
D., Foray, P., Meijers, P.,
Palmer, A. C., Sandven,
R., Sawicki, A., and Teh, T. C.:
“Physics
of
Liquefaction
Phenomena around Marine
Structures.” Journal of Waterway,
Port, Coastal and Ocean
Engineering 132(4), 227-243.
2006.
Sommario: si analizzano i diversi
tipi e possibilità di liquefazione
attorno alle strutture marine e i
fenomeni fisici sono brevemente
descritti. Tra essi: compressibilità
dello scheletro solido del terreno,
dilatanza,
rapporto
tra
deformazione elastica e plastica,
risposte in condizioni di carico
ciclico
e Groot, M. B., Kudella,
M., Meijers, P., Oumeraci,
H.:
“Liquefaction
Phenomena underneath Marine
Gravity Structures Subjected to
Wave Loads.” Journal of
Waterway, Port, Coastal and
Ocean Engineering 132(4), 325335. 2006.
Sommario: la fondazione di un
breakwater verticale di una
piattaforma offshore può arrivare
a rottura per l’azione delle onde.
In terreni sabbiosi ci può essere
un contributo del fenomeno di
liquefazione
come
la
generazione di eccessi di
pressione interstiziale residua o
mobilità ciclica.Il fenomeno è
presente solamente nel caso di
terreno sabbioso molto sciolto in
combinazione con basso potere
drenante cioè in contatto con
uno strato argilloso. Sono
individuati anche altri tipi di
rotture.
D
unn, S. L., Vun, Pui Lee,
Chan, A. H. C., and
Damgaard,
J.
S.:
“Numerical Modeling of WaveInduced Liquefaction around
Pipelines”. Journal of Waterway,
Port, Coastal and Ocean
Engineering 132(4), 276-288.
2006.
Sommario: si mostrano i risultati
di una modellazione numerica di
uno studio di liquefazione indotta
dal moto ondoso. Il modello può
riprodurre sia la liquefazione
istantanea sia la liquefazione
residua. Il problema studiato
riguarda una tubazione interrata
con il terreno sabbioso di
riempimento
che
va
in
liquefazione sotto l’effetto del
moto ondoso. Si evidenziano gli
effetti
delle
condizioni
al
contorno.
D
udella, M., Oumeraci, H.,
De Groot, M. B., and
Meijers, P. “Large-Scale
Experiments on Pore Pressure
Generation
underneath
a
Caisson Breakwater.” Journal of
Waterway, Port, Coastal and
Ocean Engineering 132(4), 310324. 2006.
Sommario: sono presentati i
risultati di simulazioni su modelli
in scala grande con generazione
di
eccesso
di
pressione
interstiziale nel letto sabbioso su
cui poggia iil cassone, che è
soggetto ad effetti pulsanti ed
all’impatto delle onde. Si fa
riferimento a letti di sabbia sciolta
con straterelli sottili di argilla o
limo. La liquefazione totale non si
è potuta raggiungere, l’eccesso
di pressione è prodotto dai
movimenti del cassone sotto
l’impatto dell’onda corrispondenti
a deformazioni residue del
terreno che possono portare alla
rottura del frangiflutti.
K
S
umer, B. M., Hatipoglu, F.,
Fredsoe, J., and Ottesen
Hansen, N. E. “Critical
Flotation Density of Pipelines in
Soils Liquefied by Waves and
Density of Liquefied Soils.”
Journal of Waterway, Port,
Coastal and Ocean Engineering
132(4), 252-265. 2006.
Sommario: l’articolo riporta i
risultati di un esperimento su
modello e di un’analisi teorica
riguardante il galleggiamento del
tubo in un terreno liquefatto e la
densità del terreno liquefatto. Si
evince dallo studio che la
tubazione funziona come un
idrometro, lo strumento per
misurare la densità dei fluidi, si
vede che la densità del terreno
liquefatto risulta variabile con la
profondità.
umer, B. M., Truelsen, C.,
and
Fredsoe,
J.
“Liquefaction
around
Pipelines under Waves.” Journal
of Waterway, Port, Coastal and
Ocean Engineering 132(4), 266275. 2006.
Sommario: per un tubo interrato
in terreni sabbiosi sono state
indagate con onde di altezza
crescente le condizioini di inizio
liquefazione in prossimità del
tubo e lontano da esso. E’
risultata evidente l’influenza della
tubazione: lontano da essa la
liquefazione, come normale inizia
dall’alto e si propaga verso il
basso, vicino al tubo la
liquefazione parte dal basso,
dalla generatrice inferiore e si
propaga verso l’alto. Sono anche
state analizzate le influenze sul
regime di “non liquefazione”di
altri diversi fattori.
S
eh, T. C., Palmer, A. C.,
Bolton, M. D., and
Damgaard, J. S. “Stability
of Submarine Pipelines on
Liquefied Seabeds.” Journal of
Waterway, Port, Coastal and
Ocean Engineering 132(4), 244251. 2006.
Sommario: E’ rivisto in forma
sperimentale l’approccio normale
T
23
N
N .. 3
37
7
APRILE 2008
alla stabilità delle tubazioni
interrate. Si è esaminato il
meccanismo di rottura su di un
fondale che va in liquefazione. E’
stato trovato un modello analitico
per predire l’affossamento della
tubazione.
ory, M., Michallet, H.,
Bonjean,
D.,
PiedraCueva, I., and et, al. “A
Field Study of Momentary
Liquefaction Caused by Waves
around a Coastal Structure.”
Journal of Waterway, Port,
Coastal and Ocean Engineering
133(1), 28-38. 2007.
Sommario: E’ il risultato di un
esperimento in vera grandezza
effettuato su di un bunker della
seconda guerra mondiale sulla
spiaggia. La struttura è stata
circondata dal mare in alta marea
ed assoggettata ad un intenso
moto
ondoso.L’impiego
di
sensori a differenti profondità
sotto il bunker ha dimostrato che
lo strato di sedimenti al confine
superiore
non
resta
continuamente in equilibrio. Si
osserva
la
liquefazione
momentanea. Si considera la
presenza di gas e se ne stima
l’effetto paragonando i risultati
con la teoria.
M
ttesen Hansen, N. E. and
Gislason,
K.
“Soil
Reactions in Saturated
Sand Caused by Impulsive
Loads.” Journal of Waterway,
Port, Coastal and Ocean
Engineering 133(1) 39-49. 2007.
Sommario: in sabbie sature la
reazione a carichi impulsivi è
dipendente dalla velocità di
applicazione e che può risultare
anche di molto superiore a quella
che si sviluppa per i carichi
applicati lentamente. La ragione
è l’interazione tra la rottura del
terreno ed il flusso dell’acqua
interstiziale. I metodi di calcolo
tradizionalmente
usati
in
geotecnica vengono estesi per
O
24
tener
conto
di
questa
interazione.Si vede che le zone
di rottura sono generalmente
dilatanti con l’eccezione dello
strato più sciolto cosa che indica
che al momento in cui la rottura
si sviluppa l’acqua interstiziale
verrà richiamata nella zona di
rottura. La resistenza media
risulta incrementata anche di 70
volte rispetto alla sabbia asciutta.
andven, R., Husby, J. E.,
Husby, E., Jønland, J.,
Roksvag, K. O., and et, al.
“Development of a Sampler for
Measurement of Gas Content in
Soils.” Journal of Waterway, Port,
Coastal and Ocean Engineering
133(1), 3-13. 2007.
Sommario: il problema della
liquefazione indotta dalle onde è
un
punto
importante
nell’ingegneria marina ed un
argomento di ricerca. Il contenuto
di gas è uno degli argomenti di
interesse perchè la presenza del
gas influenza lo sviluppo della
pressione interstiziale ed il
gradiente della stessa durante
l’azione
dell’onda.L’obiettivo
principale dello studio è la messa
a punto di un campionatore che
possa consentire la misura della
quantità di gas nel terreno ed allo
stesso tempo una buona
caratterizzazione del suolo.
S
umer, B. M., Ansal, A.,
Cetin, K. O., and et, al.
“Earthquake-Induced
Liquefaction around Marine
Structures.” Journal of Waterway,
Port, Coastal and Ocean
Engineering 133(1), 55-82. 2007.
Sommario: E’ una panoramica
dello
stato
dell’arte
di
liquefazione indotta da sisma con
particolare riguardo alle strutture
a mare.L’articolo è organizzato in
diverse sezioni: (1) introduzione;
(2) liquefazione da sisma, in cui è
riportata una trattazione generale
del fenomeno di liquefazione dei
terreni;(3) normative/linee guida
S
sulla liquefazione indotta da
sisma e conseguenze per le
strutture marine;(4) panoramica
sulla esperienza giapponese con
cenni storici sui terremoti e
indicazioni
di
possibili
contromisure; (5) carrellata sui
danni inflitti dal terremoto su
strutture a mare in occasione del
terremoto di Kocaeli; (6) verifica
degli spostamenti dovuti al
sisma; (7)gli tsunami ed il loro
impatto
S
umer, B. M., Hatipoglu, F.,
and Fredsoe, J. “Wave
Scour around a Pile in
Sand, Medium Dense, and
Dense Silt.” Journal of Waterway,
Port, Coastal and Ocean
Engineering 133(1), 14-27. 2007.
Sommario: Si riportano i risultati
di una ricerca sperimentale sullo
scalzamento attorno ad un palo
circolare con 3 differenti tipi di
terreno: limo denso, limo medio
denso e sabbia
inna, R. “Buckling of
suction caissons during
installation.” UWA, The
University of Western Australia
2003. PhD thesis.
Sommario: questo tipo di
fondazione sostituisce, con molti
vantaggi in acque alte, i pali. E’
costituita da un involucro
cilindrico che viene infisso nel
terreno per peso proprio in una
prima fase e per pressione
dell’acqua, a fronte di una
depressione interna, in seconda
fase. La tesi esamina un gran
numero di dati strutturali che
vanno dall’influenza della forma
del cassone, all’interazione con il
terreno in condizioni di carico che
generano il collasso o l’instabilità
elastica della struttura. Sono
studiati anche gli effetti delle
imperfezioni sul carico di
collasso. E’ presentata anche la
serie completa di risultati come
linee guida per la progettazione
di strutture di questo tipo.
P
A
A II O
OM
M
BOLLETTINO
RIC
Rete Italiana
per la Costa
notizie
www.ric.unibo.it
a cura di R. A.
a Rete Italiana per la
Costa nasce con lo scopo
di fornire supporto alla
divulgazione di informazioni e
conoscenze in ambito costiero,
rafforzare la cooperazione tra
le
istituzioni
partecipanti,
creare nuove alleanze e
individuare migliori canali di
comunicazione. Favorisce il
processo di scambio di
esperienze e conoscenze,
fornisce supporto per la
risoluzione di problemi e la
ricerca di nuove soluzioni per
la gestione della zona costiera.
RIC è la rete Italiana di
ENCORA
(www.encora.eu)
azione
di
coordinamento
Europeo per la ricerca sulla
gestione integrata della zona
costiera, il cui scopo è
integrare le attività di tutti i
partecipanti alla rete e stabilire
legami appropriati tra tutti
coloro che hanno come
interesse comune lo stato della
costa. Attraverso ENCORA si
connettono le reti Nazionali di
18 paesi partecipanti e le 10
reti tematiche dedicate ad
argomenti condivisi di maggior
interesse.
L
COME ADERIRE
possibile aderire a RIC e
ad ENCORA attraverso il
sito
web
della
rete
Nazionale RIC: www.ric.unibo.it.
Sono previste 2 modalità
di adesione: le istituzioni che
svolgono attività legate alla
gestione integrata della zona
costiera possono associarsi
come Membri RIC; i singoli
E’
possono
aderire
come
Partecipanti
alla
rete
ENCORA. Entrerete quindi a
far parte di una rete di contatti
Nazionali ed Internazionali
molto vasta e potrete usufruire
dei servizi offerti. La rete è
aperta a:
¾ Tecnici di Amministrazioni
Pubbliche
¾ Scienziati, ricercatori
¾ Ingegneri,
gestori
e
consulenti tecnici
I membri RIC-ENCORA
hanno
la
possibilità
di
usufruire di una serie di servizi
privilegiati, di cooperare e
scambiare informazioni con gli
altri partecipanti sia a livello
Nazionale che Europeo, di
partecipare alla creazione
degli European White Papers
e Action Plans per la
formulazione delle priorità
Europee in ambito costiero.
L’adesione a RIC è gratuita!
ATTIVITA’
oastal Wiki: E’ uno dei
risultati
del
progetto
ENCORA, consiste in una
enciclopedia multimediale in
ambito costiero a livello
Europeo.
E’
rivolta
a
professionisti, tecnici ed è uno
strumento
importante
di
informazione e divulgazione
dei più recenti sviluppi e studi.
Tutti gli iscritti possono
pubblicare,
aggiornare
e
modificare articoli su Coastal
Wiki.
C
YPEP
Professional
-
Young
Exchange
Programme: RIC facilita e
finanzia la mobilità di giovani
ricercatori e professionisti,
incoraggia la formazione e
l’ampliamento di personali reti
di contatti Nazionali ed
Internazionali attraverso:
(1)
Meet and Greet Days
(2)
Summer Schools
(3)
Personal
Exchange
Programmes
(4)
ENCORA
Theme
Meetings
CSM – Contact Search
Mechanism: Meccanismo per
la ricerca di contatti e
informazioni attraverso il quale
la domanda formulata viene
pubblicata sul sito web, inviata
25
N
N .. 3
37
7
APRILE 2008
via e-mail a tutti i partecipanti,
e divulgata attraverso il
Forum.
Newsletter:
Distribuita
mensilmente
a
tutti
i
partecipanti,
contiene
informazioni
di
rilievo
Nazionale e Internazionale.
Contact Database: Vasto
Database di contatti contenete
informazioni su persone e
istituti partecipanti e dettagli di
progetti in ambito costiero.
CONTATTI
Ufficio di Coordinamento
Nazionale (NCO) ha sede
presso:
Università
di
Bologna,
Facoltà
di
Ingegneria,
DISTART
Idraulica,
Viale
del
risorgimento,
2,
40136
Bologna. web: www.ric.unibo.it
e-mail: [email protected]
Tel.: +39-051-2093749
Fax.: +39-051-6448346
Coordinatore:
Prof. Alberto Lamberti
L
Europe’s
largest wind
farm
Da New Civil Engineer, 6
dicembre 20072, pag. 9
(traduzione del testo originale
a cura di MG))
l mese scorso (novembre
2007, ndt) ha visto il
montaggio
delle
prime
cinque turbine della maggiore
windfarm d’Europa. Il sito,
Whitelee, a sud est di
Glasgow, ha una superficie di
55 km2: potrà generare 320
MW mediante 140 turbine
Siemes alte, ciascuna, 110 m.
L’elettricità prodotta potrà
alimentare 200.000 abitazioni.
I
Periodico di “the Institution of
Civil Engineers”, UK.
2
26
Rendering di un impianto offshore (tratto dal sito citato nell’articolo)
Prima di installare le
turbine è previsto di realizzare
infrastrutture per un importo
programmato di 80 milioni di
sterline (circa 120 milioni di
Euro, ndt). Il piano di tali
infrastrutture comprende 87,5
km di strade, il 65% delle quali
“galleggianti” su spessi strati
di torba.
Per l’immissione in rete
dell’energia prodotta saranno
necessari 950 km di cavi
elettrici. (www.nce.co.uk)
Alcuni
riferimenti
e
valutazioni (ndt):
¾ nel
sito
Whitelee,
il
rendimento energetico è
pari a (320 MW/55 km2) =
5,8 W/m2
¾ la produttività media di una
turbina: (320 MW/140)
≈2.300 kW
¾ la densità terrestre delle
turbine: (55 km2:140 n.) ≈
0,4 km2 (40 ettari)
Per avere un termine di
paragone si ricordano i
parametri tipici dell’energia
solare, di cui in ultima analisi il
vento è un “sottoprodotto”:
¾ la potenza della radiazione
solare
incidente,
a
perpendicolo, su 1 m2
della superficie terrestre è
c.a 1,3 kW; la quota non
riflessa dalla Terra è circa
1:1.000 (1,3 W)
¾
in regioni molto favorevoli
(come
New
Mexico,
Arizona,
Israele)
la
potenza solare media,
durante il giorno, è 800
W/m2; le ore di effettiva
utilizzazione
quotidiana
sono 8; i giorni sereni in un
anno: 330. Ne deriva una
potenza elettrica media di
250 W/m2 che, tenuto
conto dei rendimenti di
trasformazione, nei casi
più favorevoli, scende a 75
W/m2
A
A II O
OM
M
BOLLETTINO
TESI: analisi sperimentale e
studio numerico dell'idrodinamica in prossimità di frangiflutti in massi
di E. Clementi
iprende in questo numero
la rubrica dedicata ai
giovani che presenta in
questo
numero
un
interessante
studio
sperimentale e numerico di
stampo
eminentemente
marittimo
svolto
dall’Ing.
Emanuela Clementi durante la
tesi di Dottorato svolta a
Bologna con relatore il prof.
Alberto Lamberti.
La tesi propone un’analisi
sperimentale e uno studio
numerico
sui processi di
interazione tra onde e frangiflutti
in massi a cresta bassa.
R
INTRODUZIONE
utilizzo di barriere a cresta
bassa rappresenta una
frequente soluzione per
contrastare il processo di
erosione costiera. La ridotta
emergenza consente infatti, sia
di diminuire l’energia ondosa
incidente
sulla
spiaggia
attraverso una serie di processi
di interazione onda-struttura, che
di garantire un opportuno ricircolo
nella zona protetta dovuto alla
frequente
tracimazione
e
minimizzare l’impatto visivo e
ambientale. In generale, si
verifica che la portata trasmessa
nell’area protetta dalla scogliera
in termini di tracimazione e
L’
Fig. 1 Rappresentazione della circolazione idrodinamica in prossimità di
barriere tracimabili e permeabili.
filtrazione,
induce
un
innalzamento del livello idrico
rispetto al medio mare (piling up).
L’aumento del livello medio a
tergo della barriera implica un
incremento di flussi di ritorno
offshore attraverso la struttura,
oltre a correnti lungo riva e
attraverso i varchi (nel caso di un
sistema di difesa costituito da più
barriere),
con
conseguente
erosione nelle aree di maggior
fragilità.
La
particolare
circolazione
idrodinamica
innescata dalla presenza di tali
strutture è rappresentata in fig. 1.
Negli ultimi decenni sono
state condotte numerose analisi
sperimentali e studi matematici
e teorici al fine di analizzare i
diversi processi di interazione
onda-struttura a cresta bassa.
Lo sviluppo di modelli numerici
basati sulla diretta risoluzione
delle equazioni bidimensionali e
mediate di Navier Stokes
(RANS) ha permesso di disporre
di una realistica, seppure
approssimata, descrizione di tali
processi.
L’obiettivo della tesi è stato
lo studio dei principali processi di
interazione tra onde e frangiflutti
in massi a cresta bassa
attraverso analisi sperimentale e
modellazione numerica.
27
N
N .. 3
37
7
APRILE 2008
Qov_in
ANALISI
SPERIMENTALE
er analizzare i processi di
interazione onda-struttura,
sono
stati
condotti
esperimenti a piccola scala nel
canale per onde e correnti del
Laboratorio di Idraulica del
Dipartimento di Ingegneria Civile
dell’Università di Firenze. Nel
canale, lungo 47.0 m, largo 0.8 m
e alto 0.8 m, dotato di un sistema
di ricircolo bidirezionale, sono
state condotte 40 prove con
onde regolari e 40 con onde
irregolari analizzando 8 strutture
con diversa emergenza (Rc=5/0/5 cm), larghezza in cresta
(Bc=20/40/50 cm)
altezza
(h=20/5 cm), porosità n=0.42,
diametro dei massi d50=0.03 m,
(maggiori dettagli in Cappietti et
al., 2006, Clementi et al., 2006 e
in Clementi, 2007). La variazione
della superficie libera è stata
misurata tramite 13 sonde di
livello dislocate lungo il canale.
Tramite un sistema di
ricircolo che sottrae acqua da
riva
per
reimmetterla
al
generatore è stato simulato il
flusso di ritorno attraverso i
varchi. Sono state quindi
riprodotte diverse condizioni di
confinamento compreso tra i
casi
estremi
di
barriera
indefinitamente lunga (ricircolo
nullo) e barriera isolata (piling up
nullo). La fig. 2 definisce i flussi
che interessano una barriera
emersa sottoposta a prova in
presenza di ricircolo.
Lo studio della variazione
del piling up (p) con la portata di
ricircolo (Qr) evidenzia un
rapporto di linearità tra le due
grandezze come evidenziato in
Fig. 3 ed espresso dalla
seguente equazione:
Qf_in
Qf_out
P
Δp = Δp Qr =0 − αQr
dove il primo termine a destra
rappresenta il piling up per
28
Qr
Fig. 2. Schematizzazione dei flussi nell’intorno di una barriera emersa in
canale con ricircolo.
ricircolo nullo, α è un
coefficienrte di resistenza al
moto pari alla pendenza delle
rette rappresentate in Fig. 3.
Grazie
al
confronto
comparato tra 2 strutture
emerse, 4 con bordo libero nullo
e 2 sommerse, è stato possibile
scindere i contributi del flusso di
ritorno sopra e attraverso la
barriera; la filtrazione stessa è
stata
suddivisa
nella
Piling up vs. portata di ricircolo.
Fig.3
Piling up
Ba
componente più profonda e in
quella limitata allo strato dei
massi superficiali. Si è notato
che la filtrazione attribuibile a
questo
strato
è
quantitativamente
molto
significativa risultando quasi pari
all’intera portata sottostante (v.
Fig. 4). Ciò è dovuto alla
evidente minore compattazione
dello strato stesso.
rri
Ba
er
a
em
er
P o rta ta d i
rito rn o s o p ra la
c re s ta
sa
P o rta ta d i
filtra z io n e s tra to
s u p e r io re
r r ie
ra
B a rr ie
fre
ebo
a rd
ra s o m
m
nul
P o rta ta d i
filtra z io n e
lo
e rs a
P o r ta ta d i ric irc o lo
Fig. 4. Rappresentazione delle diverse portate di ritorno attraverso e
sopra l’opera per curve caratterizzate dalla stessa portata di
ricircolo a piling up nullo.
A
A II O
OM
M
BOLLETTINO
q
gH
3
mo
⎛
max( Rc ,0) ⎞⎟
λR
= 0.2 exp⎜ − 2.6
⎜
H mo γ f ⎟⎠ c
⎝
con
λ R = 0.6 + 0.4 sin ⎜⎜ 2π
⎛
max(Rc ,0) ⎞⎟
3H mo γ f ⎟⎠
⎜ B ⎟
⎝ eq ⎠
H moγ f
c
⎝
dove q è la portata di
tracimazione, Hmo rappresenta
l’altezza d’onda incidente.
E’ stata quindi derivata una
nuova equazione empirica che
rappresenta la tracimazione
anche nel caso di barriere a bordo
libero nullo:
c
⎛
⎛H ⎞
max (Rc ,0 ) ⎞⎟
Q
= ⎜ mo ⎟ 0.2 exp⎜ − 2.6
+
3
gH mo
+α
⎜
⎝
⎟
⎠
1
h
H mo gBeq b
dove il rapporto adimensionale
H mo Beq
rappresenta
un
coefficiente di riduzione alla
formula di Van der Meer. Poiché
quest’ultima
esprime
la
tracimazione per barriere emerse
ed impermeabili, è stato introdotto
un termine che include la
percolazione attraverso la berma
e quindi il minore run-up nel caso
di strutture permeabili. Il secondo
termine a destra rappresente la
filtrazione indotta dall’azione
0.16
E m erged
s truc ture
S trutture
emerse
S trutture
bordo libero
Null freeboard
s trucnullo
ture
S trutture
som mserse
S ubm erged
truc ture
0.14
0.12
3
mo
0.1
Q/ √ g H
E’
stata
misurata
la
tracimazione
(portata
totale
entrante) per barriera sommersa
(a piling up nullo, ovvero in
assenza di flussi di ritorno indotti
da questo). Dallo studio si
evidenzia che la portata totale
entrante diminuisce quando
l’emergenza
della
barriera
aumenta e anche quando la
larghezza della berma aumenta.
Si osserva che la classica
formulazione
utilizzata
per
derivare
la
portata
di
tracimazione, proposta da van der
Meer & Janssen (1995) e
accoppiata con il coefficiente λRc
di Kofoed & Burcharth (2002)
valida per strutture emerse a
cresta bassa non rappresenta la
tracimazione al limite per Rc=0:
0.08
0.06
0.04
0.02
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.1
[(H m o /B eq ) c *Q V dM ]+ α ( √ h/H)/gB eq b
Fig.5
Portata totale verso
sperimentalmente.
dell’onda incidente e dipende
dalla quota della superficie libera,
dall’altezza
d’onda,
dalla
larghezza della berma e dal
coefficiente non-lineare della
formula di filtrazione, b, e quindi
dalle caratteristiche geometriche
del mezzo poroso. I coefficienti c
e α sono stati valutati sulla base
dei risultati sperimentali e risultano
avere i seguenti valori: c=0.6 per
strutture emerse e a bordo libero
nullo;
c=0.3
per
barriere
sommerse; α=1.5.
La figura 5 mostra un buon
accordo tra la portata totale
entrante nella zona protetta dalla
barriera per tutte le tre tipologie di
barriere studiate.
MODELLAZIONE
NUMERICA
biettivo specifico dello studio
numerico è stato esaminare
molteplici
configurazioni
geometriche caratterizzate da
diversa porosità, dimensione e
forma estendendo il database
sperimentale presente nella
letteratura scientifica.
Nella tesi è stato utilizzato il
modello 2DV COBRAS (Cornel
Breaking Waves and Structures)
sviluppato da Lin e Liu (1998) e
recentemente integrato e validato
O
riva
calcolata
e
misurata
da Garcia et al., 2004, Lara et al.,
2006. Il modello è in grado di
simulare i processi di riflessione,
trasmissione, tracimazione e
frangimento delle onde oltre alla
turbolenza sia nella regione fluida
che in quella porosa. Il
tracciamento della superficie
libera avviene attraverso l’utilizzo
dell’algoritmo VOF (Volume Of
Fluid), mentre le equazioni 2D di
Navier-Stokes vengono chiuse
dal modello di turbolenza k-ε che
in queste analisi viene assunto
per certo essendo verificato
anche dalla corretta rappresentazione del decadimento dell’onda
sulla spiaggia. Il processo di
filtrazione all’interno della struttura
porosa è descritto dalle equazioni
RANS, mediate nel volume della
cella,
e
modellato
dalla
combinazione di forze lineari e
non lineari che seguono la legge
di filtrazione suggerita da
Forchheimer e in seguito
sviluppata da van Gent (1995):
∂u
I = a u + bu u + c
∂t
2
(
)
1
−
n
ν
con: a = α
3
2
n
gd 50
, b =β ⎛⎜1 + 7.5 ⎞⎟ 1 − n ν
3
⎝ KC ⎠ n gd50
29
N
N .. 3
37
7
APRILE 2008
⎛1− n ⎞
1+ γ ⎜
⎟
⎝ n ⎠
c=
ng
dove n è la porosità, d50 è il
diametro medio dell’ammasso
poroso, KC è il numero di
Keulegan-Carpenter, γ è il
coefficiente di massa aggiunta,
ν è la viscosità cinematica e g è
l’accelerazione gravitazionale.
La calibrazione del codice
consiste nel determinare il
coefficiente β del termine non
lineare della legge di filtrazione
essendo i coefficienti α e γ
meno determinanti e tutte le
altre grandezze assunte come
note. In Garcia (2005) e nella
presente tesi, si suggeriscono i
valori ottimali di β, evidenziando
una calibrazione non univoca e
dipendente
dal
valore
dell’emergenza della barriera.
In Clementi et al., 2007, si è
inoltre evidenziato un aumento
del valore del coefficiente β
all’aumentare di KC in contrasto
con quanto indicato nel modello
di filtrazione descritto e sono
state
discusse
possibili
soluzioni
relative
alla
calibrazione del codice, ma
questa rimane tuttora una
limitazione
nell’utilizzo
del
modello.
L’insieme
di
prove
sperimentali
descritte
nel
paragrafo precedente sono
state simulate numericamente
utilizzando il codice COBRAS
allo scopo sia di indagare
l’accuratezza
del
modello
opportunamente calibrato, sia di
approfondire
l’idrodinamica
indotta dall’interazione di onde
e barriere a cresta bassa.
Allo scopo di individuare
opportuni
coefficienti
di
calibrazione, si sono confrontati
i risultati numerici e sperimentali
relativamente a condizioni di
moto stazionario. L’analisi ha
evidenziato che è possibile
ottenere
una
buona
30
corrispondenza tra i risultati
utilizzando un valore del
coefficiente β pari a 0.8,
maggiore del valore individuato
sperimentalmente
in
moto
permanente e pari a β=0.55.
L’analisi di calibrazione è stata
quindi estesa a condizioni di
moto ondoso, confrontando la
variazione della superficie libera
(in caso di onde regolari) o degli
spettri d’onda (in caso di onde
irregolari)
misurati
sperimentalmente e ricavati
numericamente a tergo delle
barriere.
Lo
studio
ha
evidenziato una variazione del
coefficiente di calibrazione β
per i diversi valori di bordo
libero delle barriere: per barriere
emerse β=0.4-0.6; per barriere
a bordo libero nullo e
sommerse β=0.8.
Al fine di analizzare
l’accuratezza
del
modello,
opportunamente calibrato, si
riportano i risultati di simulazioni
numeriche relativamente ad
attacchi ondosi regolari ed
irregolari
caratterizzati
da
altezza
d’onda
generata
Hs=0.15m, periodo T=1.8s,
lunghezza d’onda al largo
Lo=3.5m su diverse barriere in
assenza di ricircolo e quindi in
condizioni di piling up massimo;
di seguito si farà sempre
riferimento
alle
suddette
condizioni ondose.
In Figura 6 si mostrano gli
andamenti degli inviluppi della
superficie libera, dell’altezza
d’onda Hrms e del periodo medio
T misurati sperimentalmente
(cerchi)
e
calcolati
numericamente (linea continua)
in prossimità della barriera
sommersa DS relativamente
alla prova con onde regolari
1518rDS. I risultati presentati
corrispondono
alla
serie
temporale
di
20
onde
consecutive a partire da t=90s.
Dal confronto con i dati
sperimentali,
il
modello
numerico
riproduce
correttamente i valori medi
misurati
evidenziando
un
aumento del livello medio (piling
up)
e
una
diminuzione
dell’altezza d’onda nella zona
protetta dalla barriera. Modesti
scostamenti sono visibili nella
zona dell’onda trasmessa dove
si nota un maggiore valore del
periodo medio simulato ad
evidenziare che le frequenze
elevate vengono maggiormente
filtrate dalla barriera rispetto alle
prove sperimentali.
L iv e llo m e d io
R is u lta ti n u m e ric i
D a ti s pe rim e n ta li
Fig. 6 Variazione spaziale degli inviluppi di: superficie libera, altezza e
periodo d’onda, per il test 1518rDS: dati sperimentali (cerchi) e
risultati numerici (linea).
A
A II O
OM
M
BOLLETTINO
In Figura 7 si riportano i
confronti tra gli spettri d’onda
derivati dall’analisi di frequenza
sui dati sperimentali e sui risultati
numerici e si mostra la variazione
spettrale dovuta all’interazione tra
onde irregolari e struttura
sommersa DS per la prova
1518jDS. I dati sperimentali
risultano correttamente interpretati
dal modello numerico, uno
scostamento si rileva dal
confronto tra gli spettri relativi ai
dati misurati dietro la barriera
(WG11-12-13).
L’evoluzione degli spettri
lungo il canale evidenzia che la
presenza di strutture a cresta
bassa induce una riduzione
dell’energia incidente totale ma
anche
una
redistribuzione
dell’energia
rimanente
nel
dominio di frequenza.
CONCLUSIONI
risultati principali della tesi di
dottorato hanno evidenziato
una relazione di linearità tra
piling up e portata di ricircolo,
inoltre, è stato possibile scindere i
contributi del flusso di ritorno
sopra e attraverso la barriera; la
filtrazione stessa è stata suddivisa
nella componente più profonda e
in quella limitata allo strato dei
massi superficiali. E’ stata
misurata la tracimazione per
barriera sommersa (a piling up
nullo, ovvero in assenza di flussi
di ritorno indotti da questo) ed è
stata derivata una nuova
equazione
empirica
che
rappresenta la tracimazione
anche nel caso di barriere a bordo
libero nullo.
Nella tesi viene applicato il
codice 2DV COBRAS alle
configurazioni sperimentate in
laboratorio. L’analisi mostra che il
modello non presenta una
calibrazione stabile poiché il
valore ottimale del parametro
non-lineare, β, della legge di
filtrazione varia al variare del
I
bordo libero delle barriere. In
generale, utilizzando il valore
ottimale di β il modello numerico
rappresenta correttamente i
risultati sperimentali sia all’interno
che dietro la struttura.
Prima di programmare una
intensiva simulazione numerica
del comportamento delle barriere
a cresta bassa è necessario
introdurre nel codice una più
idonea rappresentazione dei flussi
di filtrazione.
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D a ti sp e rim e n ta li
R isultati n u m e rici
Fig. 7
Variazione degli spettri d’onda lungo il canale per la prova
1518jDS e confronto tra dati sperimentali (punti) e risultati
numerici (linea continua).
31
N
N .. 3
37
7
APRILE 2008
32