Wave energy harvesting in the Mediterranean Sea

ITALIANO. Gli obiettivi principali di questa tesi sono la caratterizzazione sottocosta della potenza ricavata dal moto ondoso in aree italiane non ancora studiate o poco studiate e l'ottimizzazione di dispositivi per la conversione dell’energia disponibile dal moto ondoso (WEC - Wave Energy Converters), nei due punti maggiormente energetici di ciascuna area. I dispositivi studiati sono un corpo oscillante (il caso di studio più semplice) fissato al fondale marino per mezzo di un sistema di conversione di energia e di un dispositivo galleggiante a colonna d'acqua oscillante chiamato Spar Buoy OWC e studiato presso l'Istituto di Ingegneria Meccanica (IDMEC) dell’Istituto Superiore Tecnico (IST) di Lisbona. La caratterizzazione sottocosta è stata ottenuta mediante simulazioni numeriche effettuate con il MIKE21- Spectral Wave, un modello spettrale di onda che permette la simulazione di fenomeni come l'interazione non lineare onda-onda, la dissipazione dovuta all’attrito con il fondale, la dissipazione indotta dal frangimento delle onde, la rifrazione e lo shoaling dovuti alla variazione della profondità. Come condizioni al contorno in mare aperto sono stati utilizzati i valori di altezza d'onda, periodo di picco, direzione media e fattore di diffusione estratti dal modello PREVIMER MENOR-4000M. Le aree analizzate sono: la Toscana Settentrionale (La Spezia - Livorno), la Toscana Centrale (Livorno - Piombino), la Liguria Occidentale (Ventimiglia - Imperia), la Sardegna Nord-Occidentale (Stintino - Alghero). Per i due climi d’onda corrispondenti ai punti maggiormente energetici di ciascuna area sono stati ottimizzati i due dispositivi studiati (corpo oscillante ancorato al fondale e Spar Buoy OWC) in base alla geometria e al sistema di conversione dell’energia. L’ottimizzazione è stata effettuata massimizzando delle funzioni obiettivo che tenessero conto del costo, dell'efficienza e delle prestazioni del dispositivo. INGLESE. The main purposes of this thesis are the nearshore wave energy characterization in Italian areas not yet analysed or little analysed and the optimization, in the two locations with the highest wave power of each area, of devices for the Wave Energy Conversion (WEC). The analysed devices were a single floating body linked to the seabed by means of a Power Take Off (PTO) mechanism (the simplest case of study) and of the Spar Buoy Oscillating Water Column (OWC), an axisymmetric floating OWC that was studied at Institute of Mechanical Engineering (IDMEC) of the Instituto Superior Técnico (IST) in Lisbon. The nearshore characterization is computed with numerical simulations that were carried out by the MIKE21-Spectral Wave, a spectral wind-wave model based on unstructured mesh that allows the simulation of the phenomena as non-linear wave-wave interaction, dissipation due to white-capping, dissipation due to bottom friction, dissipation due to depth-induced wave breaking, refraction and shoaling due to depth variations. As offshore boundary conditions the values of wave height, peak period, average direction and spreading factor, of the points extracted by the MENOR-4000M PREVIMER model on a depth of 100 m, were used. This methodology is applied to four selected areas: the North of the Tuscany coast (La Spezia – Livorno), the centre of the Tuscany coast (Livorno – Piombino), the Western part of Liguria coast (Ventimiglia – Imperia) and the North-West of the Sardinia coast (Stintino – Alghero). The device optimization was performed for the geometry and for the PTO system in local wave climates selected for each area. The optimization procedure followed different criteria that consisted in maximizing objective functions, in order to consider the cost, particularly useful in the fully commercial stage, the efficiency and the performance of the devices.