Robot subacquei e droni per la manutenzione dell’eolico offshore

L’Europa cerca di ridurre i costi di funzionamento delle pale eoliche offshore e di ottimizzare lo sfruttamento del vento

[31 Gennaio 2023]

L’energia eolica offshore dà un importante contributo alla decarbonizzazione dell’Unione europea: nel 2020 ha rappresentato più di un terzo dell’energia prodotta da fonti rinnovabili. Attualmente i parchi eolici offshore vengono installati a maggiore distanza dalle coste e in aree  più profonde e diventa sempre più complesso e rischioso effettuare interventi e  manutenzione, il che fa aumentare considerevolmente il costo finale dell’energia eolica offshore: fino al 30% di tutti i costi operativi è legato all’ispezione e alla manutenzione Il progetto “The Atlantic Testing Platform for Maritime Robotics: New Frontiers for Inspection and Maintenance of Offshore Energy Infrastructures” (ATLANTIS),  finanziato dall’Unione europea,e coordinato dall’Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência  (INESC TEC) portoghese e alla quale partecipano le italiane RINA Consulting (contributo Ue 547.500 euro) e RINA Services (154.875 euro), sta sviluppano una pionieristica infrastruttura pilota in grado di testare tecnologie robotiche  per l’ispezione e la manutenzione dei parchi eolici in mare aperto.

ATLANTIS spiega che questo progetto pilota viene realizzato in stretta collaborazione tra la comunità di ricerca e l’ecosistema industriale dell’energia offshore e che «Il progetto è inteso ad accelerare l’adozione di soluzioni basate sulla robotica da parte degli utenti finali. in particolare, sottolineando il valore aggiunto della robotica a sicurezza ed efficienza delle attività di funzionamento e manutenzione (O&M)».

Il risultato è, come spiega a sua volta Horizon, the EU Research and Innovation Magazine, che «Al largo delle coste del Portogallo, un team di robot sottomarini sta scansionando la base delle turbine di un parco eolico alla ricerca di segni di danni mentre i droni aerei controllano le pale». Ma le macchine subacquee, veicoli che viaggiano sulla superficie dell’acqua e droni aerei sono solo alcuni dei robot in fase di sperimentazione e che utilizzano una combinazione di tecnologie, come immagini visive e non visive, e sonar per ispezionare le pale eoliche. L’imaging a infrarossi, ad esempio, può identificare le crepe nelle pale delle turbine. ATLANTIS, sta supportando ABB Marine & Ports per migliorare il sistema  OCTOPUS  per ottimizzare la logistica e le procedure O&M nei parchi eolici offshore: «L’obiettivo è raggiungere una maggiore efficienza nell’uso delle risorse fisiche e umane, riducendo i tempi di viaggio e di attesa delle navi, e migliorando la sicurezza dell’O&M nei parchi eolici offshore, attraverso l’uso di soluzioni robotiche».

Secondo Andry Maykol Pinto,  della Faculdade de Engenharia dell’Universidade do Porto e coordinatore del progetto e ricercatore presso il Center for Robotics and Autonomous Systems (CRAS) di INESC TEC, «ATLANTIS è fondamentale per supportare il lancio della tecnologia per l’industria offshore. Soluzioni come OCTOPUS consentono agli stakeholders di beneficiare della digitalizzazione e di un’adeguata pianificazione per ridurre i costi di gestione e manutenzione dei parchi eolici offshore».

Ma il risparmio economico non l’unica cosa presa in considerazione da ATLANTIS: «Abbiamo anche alcuni problemi di sicurezza. Far trasferire le persone dalla barca alle piattaforme delle turbine, immergersi sotto le onde per ispezionare i punti di ancoraggio e scalare le torri delle turbine è pericoloso. E’ sicuro per le persone trasferirsi dalle barche alle piattaforme a turbina solo quando le onde sono alte meno di 1,5 metri. Invece, i sistemi robotici di ispezione e manutenzione possono essere utilizzati da imbarcazioni in mari con onde fino a 2 metri. Inoltre, una manutenzione più semplice e sicura aumenterà la quantità di tempo in cui i parchi eolici potranno essere pienamente operativi. In inverno, è spesso impossibile effettuare ispezioni e manutenzioni offshore, che devono attendere condizioni meteorologiche migliori in primavera o in estate Se hai un problema su un parco eolico o su una particolare turbina in un mese durante il quale  non puoi accedervi, deve essere fermato fino a quando qualcuno può raggiungerlo. Essere in grado di lavorare con onde più alte significa che le cause dei fermi dei parchi eolici possono essere affrontate più rapidamente».

Il sito di prova del progetto si basa su un vero parco eolico offshore nell’Oceano Atlantico, a 20 chilometri dalla città settentrionale portoghese di Viana do Castelo ed è  il primo del suo genere in Europa. «Abbiamo bisogno di un posto dove testare effettivamente queste cose, un posto dove le persone possano effettivamente sviluppare la propria robotica», spiega ancora  Infatti, ATLANTIS mira ad aiutare altri gruppi di ricerca e imprese a sviluppare i loro sistemi di questo tipo. I ricercatori e le imprese europee attive in questo settore all’avanguardia dovrebbero poter prenotare il tempo per utilizzare le strutture. a partire dall’inizio di quest’anno.

Un altro modo per ridurre i costi di manutenzione è quello di ridurre i danni e la necessità di riparazioni e il progetto “FarmConners – Paving the Way for Wind Farm Control in Industry”  recentemente concluso e finanziato dall’Ue, puntava ad Ottimizzazione della produzione di energia dei parchi eolici. Lo staff di FarmConnes spiega che «Aumentare le prestazioni complessive degli impianti eolici composti da molte turbine multimegawatt richiede capacità di modellizzazione per valutare le prestazioni delle singole turbine e le interazioni turbina-turbina. La tecnologia wind farm control (WFC) apporta un approccio collaborativo alla progettazione e al funzionamento delle centrali eoliche, mitigando le perdite dovute alle interazioni turbina-turbina. Essa promette un aumento della produzione di energia e una diminuzione dei carichi strutturali, fornendo al contempo una migliore integrazione dell’energia eolica nella rete».

Quando viene colpita dal vento, una turbina estrae energia dal flusso d’aria. Di conseguenza, il flusso dietro la turbina ha un’energia ridotta, un fenomeno noto come shadowing. A causa di questa distribuzione non uniforme del carico energetico su pale e torri, alcune turbine vengono danneggiate più di altre.

Il secondo il co-coordinatore del progetto,  Tuhfe Göçmen della Danmarks Tekniske Universitet ( DTU) evidenzia che «La WFC punta a bilanciare la distribuzione dell’energia eolica in tutto il campo eolico. Esistono diversi modi per mitigare gli effetti dell’”ombra”. Uno è disallineare le turbine. Invece di essere rivolta direttamente verso il vento, una turbina può essere ruotata leggermente in modo che l’effetto ombra venga allontanato dalle turbine dietro. È inoltre possibile modificare il passo e la velocità di rotazione delle tre pale della turbina. Sebbene questo riduca la quantità di energia prodotta dalla turbina, ne lascia di più per la raccolta da parte delle turbine».

Oltre a ridurre l’usura e i costi di manutenzione, la tecnologia WFC può rendere i parchi eolici più produttivi e aiutarli a produrre energia in un modo più facile da gestire per la rete elettrica. L’energia rinnovabile, inclusa l’energia eolica, è spesso prodotta a picchi che possono sovraccaricare la rete elettrica. secondo Göçmen, «Con le turbine che lavorano insieme, la produzione di energia può essere livellata per fornire un input più coerente e stabile alla rete . Se controlliamo collettivamente le turbine, è semplicemente più efficiente».

La ricerca ha dimostrato che «Un tale controllo dei parchi eolici potrebbe aumentare dell’1% la produzione di energia di tutti i parchi eolici nell’Ue. E Gregor Giebel, co-coordinatore di FarmConners, anche lui della DTU, « Questo equivale al doppio della produzione di un parco eolico da 400 megawatt, la cui costruzione costerebbe circa 1,2 miliardi di euro».

Questa tecnologia è anche semplice da implementare poiché la maggior parte delle turbine eoliche può essere controllata e regolata per agire nei modi richiesti da WFC. I parchi eolici devono semplicemente aggiornare il loro software di controllo.

Göçm conclude: «C’è molto interesse commerciale per la tecnologia WFC, il che la rende un modo promettente per l’Europa di espandere l’uso dell’energia eolica. È a basso costo e potenzialmente ad alto guadagno».