Extreme loads in a point-absorber wave energy converter

Ocean waves are a huge, but not yet exploited, source of renewable energy. Several technologies have been developed in order to harness their potential, but the research can be still considered at the beginning. The device under study is a point-absorber wave energy converter which was developed at Uppsala University, in Sweden. The device capability of extracting power from waves in the Italian seas had been already tested, but the survivability of some mechanical parts in the same conditions is something which is completely unexplored. The mechanical parts on which this work focuses on are the endstops. These are the springs designed to dampen the strokes of the translator on the whole structure when it reaches the upper or the lower physical boundaries of the device. This is caused by the buoy movement on the sea surface which stresses the whole system thanks to wave energy. As a consequence, the role of these springs is fundamental to the survivability of the structure in extreme wave climates, otherwise the structure will collapse. The desire to discover the survivability of the structure in Mediterranean Seas, especially the Italian ones, brought to this preliminary analysis on the extreme loads that the endstops have to face. The analyses carried out in this work deals with the activation and the full compression of the endstops under irregular sea states. From these data it was possible to evaluate the forces acting on the device. The results had been matched with real data on sea states coming from buoy measurements deployed at four Italian sites: Alghero, Mazara del Vallo, Ponza and La Spezia. This allowed to discover if particular wave climates may result potentially dangerous for the structure.

Le onde sono una fonte di energia rinnovabile enorme, ma non ancora del tutto utilizzata. Diverse tecnologie sono state sviluppate per sfruttare il loro potenziale, ma la ricerca può essere ancora considerata all'inizio. Il dispositivo oggetto di studio è un wave energy converter di tipologia point-absorber, sviluppato presso l'Università di Uppsala, in Svezia. La capacità del dispositivo di estrarre energia dalle onde nei mari italiani è già stata oggetto di studio, ma la sopravvivenza di alcune parti meccaniche nelle stesse condizioni è un aspetto ancora inesplorato. Le parti meccaniche su cui si focalizza questo lavoro sono gli endstops. Queste sono le molle progettate per smorzare i colpi del traslatore sull'intera struttura quando questo raggiunge i limiti fisici superiori o inferiori del dispositivo. Tale condizione è causata dal movimento della boa sulla superficie libera del mare che sollecita l'intero sistema grazie all'energia delle onde. Come conseguenza si ha che il ruolo degli endstops è fondamentale per la sopravvivenza della struttura nei climi d’onda estremi, in caso contrario si avrebbe il collasso del dispositivo. Il desiderio di studiare la sopravvivenza della struttura nei mari del Mediterraneo, in particolare di quelli italiani, ha portato a questa analisi preliminare sull'estrema sollecitazione che gli endstops devono affrontare. Le analisi svolte in questo lavoro riguardano l'attivazione e la piena compressione degli endstops in condizioni di mare irregolare. Da questi dati è stato possibile estrarre le forze agenti sulle molle. I risultati sono stati estesi a dati reali sugli stati di mare provenienti dalle misure di boe distribuite in quattro siti italiani: Alghero, Mazara del Vallo, Ponza e La Spezia. Questo ha permesso di scoprire se particolari climi d’onda possano risultare potenzialmente pericolosi per la struttura.