Mooring systems analysis for floating wind turbines in the Italian seas

In recent years, the interest of exploiting wind power in deep waters has grown, with the realization of floating structures that could accommodate a turbine and produce electricity. One of the many challenges that these projects face, is the position keeping of the system in a defined part of the sea: this is carried out with mooring systems, designed to withstand extreme marine conditions. The first aim of this work is to analyse these systems, to find a general solution for a floating wind farm in the Italian seas. To this end, a numerical model of the floating structure and the environment has been realized using the software OrcaFlex and simulating the 50 and 100 year return period conditions in the Adriatic Sea and in the Strait of Sicily, with different mooring combinations of present day technologies. The model’s implementation required environmental and structural parameters: the firsts have been obtained with a statistical analysis of actual recordings of wind speed and wave height and with the official Italian cartography. Structural details have been derived looking at existing floaters, finding the most suitable one for the Italian environment. After sixteen simulations the results are interpreted with a comparison of tension in the lines, vertical forces at the anchors, wires length and mooring footprint, finding out that depth has the greatest impact on these factors. With respect to this, the proposed numerical model can provide a simple indication for the mooring of floating wind turbines in two different areas of the seas surrounding the Italian peninsula: for the Adriatic Sea (shallow waters), suction anchors with chains should be preferred and for the Strait of Sicily (deeper waters), traditional anchors may be considered, with lines composed of chains or a combination of chains with synthetic fibres.

Negli ultimi anni, è cresciuto l'interesse riguardo allo sfruttamento dell'energia eolica in acque profonde, con la realizzazione di strutture galleggianti in grado di ospitare una turbina e di produrre elettricità. Una delle tante sfide che devono affrontare questi progetti, è il mantenimento della posizione del sistema in una zona definita del mare: questo viene realizzato con sistemi di ancoraggio, progettati per resistere a condizioni ambientali estreme. Il primo obiettivo di questo lavoro è analizzare questi sistemi, per trovare una soluzione preliminare per un parco eolico galleggiante nei mari italiani. A tal fine, un modello numerico della struttura galleggiante e dell'ambiente circostante è stato realizzato, utilizzando il software OrcaFlex e simulando condizioni con tempo di ritorno di 50 e 100 anni nel Mare Adriatico e nello stretto di Sicilia, con diverse combinazioni delle attuali tecnologie riguardo agli ormeggi. L'implementazione del modello ha richiesto parametri ambientali e strutturali: i primi sono stati ottenuti con un'analisi statistica delle registrazioni reali della velocità del vento e dell'altezza delle onde e con la cartografia ufficiale italiana. I dettagli strutturali sono stati ricavati ricercando tra le strutture galleggianti esistenti e trovando la più adatta per l'ambiente italiano. Dopo sedici simulazioni, i risultati sono interpretati con un confronto tra la tensione nelle linee, le forze verticali alle ancore, la lunghezza dei cavi e l’area occupata sul fondale, scoprendo che la profondità ha il maggiore impatto su questi fattori. Rispetto a questo, il modello numerico proposto può fornire una semplice indicazione per l'ormeggio di turbine eoliche galleggianti in due diverse aree dei mari che circondano la penisola italiana: per il Mare Adriatico (acque basse), si dovrebbero preferire ancore a suzione con catene e, per lo stretto di Sicilia (acque più profonde), si possono prendere in considerazione ancoraggi tradizionali, con cavi composti da catene o da una combinazione di catene con fibre sintetiche.