SFIDA DEL CLIENTE
Situato a Blyth, nel Northumberland, su un tratto di costa del Mare del Nord, il Narec (National Renewable Energy Center, Centro nazionale per le energie rinnovabili) è un centro di eccellenza per la ricerca e lo sviluppo di turbine eoliche e a flusso di marea offshore. In un mercato attualmente dominato da poche grandi organizzazioni globali, Narec svolge un ruolo chiave nell'aiutare i nuovi arrivati a valutare e convalidare più facilmente i progetti, stimolando una maggiore concorrenza e innovazione a livello di settore.
Secondo Tony Quinn, direttore delle operazioni di Narec, un formidabile ostacolo per i nuovi arrivati è il tempo e il costo associati alla sperimentazione di nuovi progetti di turbine. "Tradizionalmente, l'unico modo in cui gli sviluppatori potevano testare nuove turbine era metterle in mare" spiega Quinn. "Naturalmente, l'attrezzatura di solito non è pronta per andare in mare aperto e si danneggia facilmente. Ciò significa che lo sviluppatore deve recuperarla dal fondo del mare, riportarla a riva, ripararla e ridistribuirla: un processo estremamente costoso e un serio ostacolo all'ingresso nel mercato."
Oltre ad essere costoso e dispendioso in termini di tempo, questo metodo non è ripetibile e spesso fornisce dati utilizzabili limitati; non vi è alcuna garanzia che persino un test in mare aperto di 12 mesi fornisca tutte le condizioni necessarie per una valutazione rigorosa dell'affidabilità e della durata di una turbina. "Questo processo dipende molto dalle condizioni del vento o delle maree che il dispositivo si trova a sperimentare in quell'anno" sostiene Quinn. "Si aspetta che certi eventi di marea o di vento accadano a un paio di miglia al largo, o in fondo al mare. Non è un modo molto robusto, o veloce, di convalidare un progetto."
SOLUZIONE MTS
Per aiutare gli sviluppatori di turbine eoliche e a flusso di marea a superare i costi e l'incertezza dei test in mare aperto, Narec ha sviluppato un complesso di laboratori, tra cui due strutture in grado di testare trasmissioni per turbine fino a 3 megawatt (MW) e 15 MW, rispettivamente. Dotate di innovativi sistemi MTS NTL (Non-Torque Loading, carico non a coppia), queste strutture consentono agli sviluppatori di sottoporre i treni di trasmissione delle turbine eoliche e a flusso di marea a grandezza naturale a carichi complessi e reali e replicare accuratamente un'ampia gamma di condizioni di mare aperto in impostazioni di laboratorio controllate e ripetibili.
"Con i sistemi NTL di MTS, possiamo replicare a piacimento un evento di marea o un evento di vento che si verificano una volta ogni 100 anni" afferma Quinn. "Possiamo ricreare le forze del vento o delle maree in tre assi ortogonali e possiamo applicare una forza lungo qualsiasi asse o un momento flettente attorno a qualsiasi asse in tre dimensioni contemporaneamente. Possiamo utilizzare una cronologia per sottoporre i progetti di turbine a 10 anni di eventi del mondo reale in soli sei mesi."
I sistemi NTL utilizzano l'idraulica e i controlli MTS all'avanguardia per introdurre forze e momenti fuori asse (o non di coppia) molto grandi in un treno di trasmissione della turbina rotante con elevati livelli di controllo e precisione. Il sistema NTL ospitato nell'impianto da 3 MW di Narec è particolarmente adatto ai treni di trasmissione delle turbine a flusso di marea, mentre il sistema in costruzione nell'impianto da 15 MW sarà ideale per testare i più grandi treni di trasmissione delle turbine eoliche offshore.
Secondo Quinn, le forze fuori asse necessarie per testare efficacemente i treni di trasmissione delle turbine sono enormi. "Una turbina eolica da 7 MW ha un diametro di circa 160 metri, con pale da 80 metri. Se si immagina il vento che colpisce in pieno quella pala, si nota che mette un enorme momento di ribaltamento sulla trasmissione. Per le turbine marine l'effetto è simile, ma le forze relative sono anche maggiori perché sono sott'acqua." Per soddisfare queste esigenze, il sistema NTL che opererà nell'impianto da 15 MW di Narec sarà in grado di applicare un momento ribaltante di 56 meganewton-metri (MNm), mentre il sistema nell'impianto da 3 MW può applicare una forza fino a 15 MNm.
Per ospitare apparecchiature così potenti, entrambe le strutture della trasmissione sono dotate di fondamenta massicce e appositamente progettate. Ad esempio, l'impianto da 15 MW si trova su una base composta da 1.000 tonnellate di acciaio strutturale e 100 pali interrati a 20 metri di profondità. "Abbiamo dovuto interrare i pali così in profondità a causa delle enormi forze che l'attrezzatura MTS è in grado di applicare" spiega Quinn.
VANTAGGI PER IL CLIENTE
La capacità di replicare eventi di marea e vento del mondo reale in ambienti controllati consente ai clienti di Narec di acquisire in modo più efficiente informazioni critiche sull'affidabilità e la durata dei nuovi progetti di turbine, accelerando significativamente i loro processi di sviluppo e convalida. Ciò ha un effetto a catena sulla competitività dell'industria delle rinnovabili offshore nel suo insieme, nonché sul costo unitario complessivo dell'energia eolica e a flusso di marea.
"In definitiva, ciò che stiamo cercando di fare è ridurre il costo dell'energia offshore e renderla più competitiva con il gas naturale e il carbone" afferma Quinn. "Più velocemente gli sviluppatori scoprono informazioni sui loro prodotti, più velocemente promuovono l'affidabilità e il miglioramento dei costi e più velocemente offriamo un costo energetico inferiore. Maggiore è l'affidabilità, maggiore è la fiducia che diamo agli investitori, il che è vitale. Più concorrenza si traduce in un mercato più sano."
Quinn attribuisce il merito alla relazione altamente collaborativa tra Narec e gli ingegneri MTS per l'istituzione delle capacità di test del treno di trasmissione di Narec. "L'intero progetto è uno sforzo fantastico nostro e di MTS" dice Quinn. "Stiamo affrontando alcune sfide ingegneristiche che francamente non sono state affrontate da nessun altro al mondo. Ciò ha davvero richiesto un'ingegneria leader a livello mondiale."
