Life cycle assessment of a floating offshore wind farm : an Italian case study

The present work focusses on the life cycle assessment (LCA) of a floating offshore wind farm, consisting of 190 floating wind turbines with 14.7 MW rated power, intended to be deployed off the coast of Sicily and currently undergoing the permitting process. In the modelled system are assumed the NREL (National Renewable Energy Laboratory) reference wind turbine and semi-submersible platform, moored by catenary lines, whose designs are publicly available to serve as baselines for other studies. The selected functional unit is the delivery of 1 GWh of electricity to the onshore grid, in order to include in the system boundaries the electrical system for transmission e.g. submarine cables. The adopted perspective for the LCA is cradle-to-grave: the life cycle of the wind plant includes acquisition and processing of raw materials, transport of components, assembly and installation by means of specialised vessels, maintenance during the operational phase in terms of spare parts, disassembly and end-of-life. The chosen impact assessment method is the EPD (2018) which involves eight impact categories. One major conclusion of the study is that the supply of materials for aerogenerators and floaters, especially steel, is the most important contributor to the overall potential impacts in almost all the impact categories, expect for abiotic depletion of elements where power cables are the hotspot. Due to the relevance of wind power to decarbonisation, the estimated potential impact on global warming is highlighted and is equal to 31 t CO2eq/GWh. In addition, the performance, expressed by the Carbon Payback Time (CPBT) and Energy Payback Time (EPBT), is evaluated resulting in 2 years and 4.9 years respectively, with respect to an expected 30-year lifetime of the plant. By comparing the environmental performance of the specific offshore wind farm to others, it is concluded that some key assumptions are lifetime of the turbines, wind conditions and thus capacity factor and distance to shore; also, the relevance of installation and decommissioning activities, including waste treatment, can vary significantly depending on assumptions and modelling choices.

Il lavoro consiste in uno studio di valutazione del ciclo di vita (LCA) di un impianto eolico offshore galleggiante di 190 turbine da 14,7 MW installate su fondazioni galleggianti, previsto al largo della Sicilia e attualmente in fase di autorizzazione. Nel sistema modellizzato si considera la turbina di riferimento e la piattaforma semisommergibile con ormeggio a catenaria, sviluppate dal National Renewable Energy Laboratory, del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. L’unità funzionale scelta è la fornitura di 1 GWh alla rete nazionale a terra: ciò significa includere nell’analisi anche il sistema elettrico necessario per la trasmissione, ad esempio i cavi sottomarini. La prospettiva adottata è dalla culla alla tomba: nel ciclo di vita sono inclusi approvvigionamento e lavorazione dei materiali, trasporto dei componenti, assemblaggio e installazione con imbarcazioni specializzate, manutenzione durante la fase operativa in termini di parti di ricambio, smontaggio e fine vita. Il metodo di valutazione degli impatti è l’EPD (2018) che prevede otto categorie d’impatto. Dallo studio risulta che l’approvvigionamento di materiali, soprattutto acciaio, per turbina e piattaforma è la fase più rilevante per tutte le categorie d’impatto; fa eccezione l’esaurimento delle risorse abiotiche per cui i cavi elettrici sono l’elemento più impattante. Nota la rilevanza dell’eolico per la decarbonizzazione, si sottolinea l’impatto stimato sul riscaldamento globale pari a 31 t CO2eq/GWh. Sono stati calcolati anche il tempo di payback delle emissioni di gas serra e dell’energia investita per la costruzione dell’impianto, rispettivamente pari a 2 e 4,9 anni, considerando 30 anni di vita utile dell’impianto. Dal confronto della performance dello specifico parco eolico con altri impianti, si evince che assunzioni fondamentali sono la vita utile delle turbine e le condizioni di ventosità, quindi il fattore di capacità e la distanza dalla riva. La rilevanza delle fasi di installazione e dismissione, inclusa la gestione dei rifiuti, varia inoltre sensibilmente a seconda delle scelte modellistiche.