Studio di fattibilità del sistema di ancoraggio del dispositivo di conversione di energia mareale denominato Gemstar

The aim of this thesis is to present some possible design alternatives for the mooring system of a Tidal Energy Converter named GEMSTAR, for a possible installation in the strait of Messina. The location has been chosen for the relatively high current velocity, a necessary requirement for this type of energy generator. Surveys of the area are available that show the bathymetry and stratigraphy of the specific area where the device will be placed. Nevertheless, knowledge of the geotechnical properties of the seabed is not sufficient for the proper selection of the anchoring system of the GEMSTAR. Hence, the thesis concludes with this respect that further surveys are needed before a choice of a particular design can be made, different from the simple gravity anchor type. For the mooring system, three designs have been presented. All of them are taut mooring systems, where the mooring line is always subjected to a tensional force needed to restrain the load on the GEMSTAR, namely the force applied to the device by the current, and the buoyancy force necessary to maintain the device at a sufficient distance from the bed. The first design proposed, the simplest and least expensive, is a single mooring line system, with the mooring cable made of wire rope, linked to the seabed by a deadweight anchoring system. The system is equipped with a properly dimensioned swivel and shackle, to allow the proper rotatory degree of freedom to the device, and allowing the GEMSTAR axis to always be parallel to the direction of the current. The second and third design are somewhat similar between them, being both multi-mooring systems, having multiple fixed mooring lines on the lower part of the structure (two for the second design, eight for the third one), linked to the upper part of the system by a shackle. This design allows to reduce the footprint of the GEMSTAR on the seabed, while also greatly increasing the redundancy and, consequently, the reliability of the whole system. The evident drawback is the substantial increase in the costs for the equipment, materials, and positioning of the structure. Details on the design, properties of the materials, including costs and the possible installation methods are also described.

Lo scopo di questa tesi è quello di presentare qualche possibile design per il Sistema di ormeggio del convertitore di energia di maree chiamato GEMSTAR, per una possibile installazione nello stretto di Messina. La posizione è stata scelta per via delle relativamente elevate velocità di corrente che percorrono lo stretto, le quali sono una condizione necessaria per l’efficiente sfruttamento di un dispositivo di generazione di energia come questo. Alcuni studi sul campo forniscono la batimetria e stratigrafia della zona di interesse per il posizionamento del dispositivo. Detto ciò, le informazioni riguardo le proprietà geotecniche del fondale non sono sufficienti per la corretta scelta del metodo di ancoraggio del GEMSTAR. Dalla tesi si conclude, dunque, che ulteriori indagini sul luogo vanno fatte prima che si possa scegliere un metodo di ancoraggio diverso dal semplice ancoraggio a peso morto. Per quanto riguarda il sistema d’ormeggio, tre design sono stati proposti. Tutti e tre sono sistemi ad ormeggio teso, ovvero in cui i cavi di ormeggio sono sempre soggetti ad una tensione necessaria per resistere ai carichi agenti sul GEMSTAR, fra cui quello applicato al dispositivo dalla corrente, e quello di galleggiamento netto necessario per mantenere il dispositivo ad una sufficiente distanza dal fondale. Il primo design proposto, che è il più economico e semplice, è un sistema di ormeggio a cavo singolo, dove il filo è formato da un cavo metallico ancorato al fondale tramite un sistema di ancoraggio a peso morto. Il sistema è equipaggiato con un grillo ed un tornichetto, in modo da garantire i necessari gradi di rotazione al dispositivo e permettendo al GEMSTAR di rimanere sempre in asse con la direzione della corrente. Il secondo e terzo design sono più o meno simili tra loro, essendo entrambi sistemi di ormeggio a cavi multipli, avendo perciò vari cavi d’ormeggio nella parte inferiore della struttura (due per il secondo design, otto per il terzo), collegati alla parte superiore della struttura tramite un grillo. Questo design permette di ridurre l’impronta a terra del GEMSTAR sul fondale, aumentandone allo stesso tempo la ridondanza, e di conseguenza il grado di sicurezza, dell’intero sistema. L’evidente svantaggio è il notevole aumento dei costi per l’equipaggiamento, i materiali, e il posizionamento dell’intera struttura. Dettagli sul design, proprietà dei materiali, inclusi costi e possibili metodi di installazioni, sono stati descritti.