Nearshore wave energy production : a study on the Italian coasts

Researches in the wave energy has been running for decades but yet not many applications are found in the real world. The work is meant to reinforce the earlier researches by analyzing the wave energy potential in Mediterranean Sea, especially in specific Italian coasts: Scilla and Cirò Marina. In order to provide the proper recommendation, several steps must be done, including data analysis, models for simulation, and some analyses at the results to better understand the circumstances, then optimization of the available wave energy converter devices is applied at the selected hotspot. Offshore wave records were taken at both sites and then processed to build the wave occurrence matrix in lumped and discretized direction. From there, Scilla is known to be north west dominant having a total average of 2,15 kW/m wave power potential, while the offshore waves at Cirò Marina has 2,73 kW/m mean power that are more distributed evenly over north, south east, and south directions. The analysis is then used for the hydrodynamic simulation. A very detailed bathymetry with 5x5 meters of spacing at Scilla and 50x50 meters for Cirò Marina is advantageous to detect refraction behaviour at the nearshore area. SWAN software was implemented to run every wave event scenario listed by the wave occurrence matrix based on the mesh built by OceanMesh2D software. Ten hotspots at each site are detected from various simulations to understand the particular behaviour of the area. In the end Point V1 and Point G10 are selected, each to represent one of the site, transmitting 3,2 kW/m and 4,1 kW/m respectively. The most promising hotspot is further coupled with the applicable wave energy converter (WEC) devices that were pre-selected based on the Technology Readiness Level (TRL) and the availability of the power matrix. Currently 5 nearshore (CETO, Wave Star, Oyster, WaveRoller, and MWave) and 3 onshore (Drakoo, Pico OWC, and SSG) were checked for its feasibility at the area of interest. However, most of the devices are not designed for a low wave energy site, accordingly an optimization using scaling factors must be enforced. The iteration process aims to achieve maximum capacity factor (CF) value for every device for every site. In average, optimum values range from 10% to 20%. A more advanced analysis was done for uni-directional devices at the most energetic direction based on the direction discretization analysis of the nearshore sea climate to propose the most satisfactory scale of the devices.

Le ricerche sull'energia del moto ondoso sono in corso da decenni, ma ancora non si trovano molte applicazioni nel mondo reale. Il lavoro intende rafforzare le ricerche precedenti analizzando il potenziale energetico del moto ondoso nel Mar Mediterraneo, specialmente in specifiche coste italiane: Scilla e Cirò Marina. Per fornire la raccomandazione corretta, e necessario eseguire diversi passaggi, tra cui analisi dei dati, modelli di simulazione e alcune analisi sui risultati per comprendere meglio le circostanze, quindi l'ottimizzazione dei dispositivi di conversione dell'energia delle onde disponibili viene applicata all'hotspot selezionato. Le registrazioni delle onde in mare aperto sono state prese in entrambi i siti e quindi elaborate per costruire la matrice di occorrenza delle onde in direzione concentrata e discretizzata. Da lì, Scilla e nota per essere dominante nord-ovest con una media totale di 2,15 kW/m potenziale di potenza d'onda, mentre le onde offshore a Cirò Marina hanno una potenza media di 2,73 kW/m che sono più distribuite uniformemente sul nord , sud-est e sud. L'analisi viene quindi utilizzata per la simulazione idrodinamica. Una batimetria molto dettagliata con 5x5 metri di spaziatura a Scilla e 50x50 metri per Cirò Marina e vantaggiosa per rilevare il comportamento di rifrazione nell'area nearshore. Il software SWAN e stato implementato per eseguire tutti gli scenari di eventi d'onda elencati dalla matrice di occorrenza delle onde basata sulla mesh costruita dal software OceanMesh2D. Dieci hotspots in ogni sito vengono rilevati da varie simulazioni per comprendere il comportamento particolare dell'area. All'estremità vengono selezionati il Punto V1 e il Punto G10, ciascuno per rappresentare uno del sito, trasmettendo rispettivamente 3,2 kW/m e 4,1 kW/m. L'hotspot più promettente e ulteriormente accoppiato con i dispositivi WEC (Wave Energy Converter) applicabili che sono stati preselezionati in base al Technology Readiness Level (TRL) e alla disponibilità della matrice di potenza. Attualmente 5 nearshore (CETO, Wave Star, Oyster, WaveRoller e MWave) e 3 onshore (Drakoo, Pico OWC e SSG) sono stati verificati per verificarne la fattibilità nell'area di interesse. Tuttavia, la maggior parte dei dispositivi non e progettata per un sito a bassa energia di onde, di conseguenza deve essere applicata un'ottimizzazione che utilizzi fattori di scala. Il processo di iterazione mira a ottenere il valore massimo del fattore di capacita (CF) per ogni dispositivo per ogni sito. In media, i valori ottimali vanno dal 10% al 20%. Un'analisi più avanzata e stata fatta per i dispositivi unidirezionali nella direzione più energetica basata sull'analisi di discretizzazione della direzione del clima marino vicino alla costa per proporre la scala più soddisfacente dei dispositivi.