General overview and design of an offshore electrical subtastion: one step towards energy transition in the Mediterranean Sea

This thesis presents a comprehensive analysis of floating offshore wind farms, focusing on the Mediterranean Area, particularly Italy, and the technical modeling of floating wind operations according to cost models. It begins with an European overview of offshore wind farms, examining potential site locations and addressing the unique environmental and regulatory challenges specific to the Mediterranean context. Subsequent chapters delve into the technical aspects of offshore wind energy infrastructure. The complexities of offshore energy transmission are explored, detailing how energy is transferred from offshore installations to onshore grids. The design and operation of wind turbines are analyzed, covering critical components such as turbine generators, converters, and string topology configurations. The study distinguishes between fixed and floating offshore structures, emphasizing the engineering challenges and innovative solutions unique to each type. The thesis also investigates marine cables, discussing the technical aspects of dynamic cables, their accessories, protections, and the processes for submarine cable installation and burial. A significant focus is placed on the design of floating offshore substations, which are crucial components of the offshore electrical system. This includes platform and deck design, as well as an overview of onboard equipment. The component sizing process is thoroughly detailed, covering model parameters and presenting final design results. This study concludes with simulations aimed at determining the optimal values for main electrical components within the floating offshore wind farm system. These simulations are critical for ensuring the stability and efficiency of the energy transmission system. By providing an inclusive analysis of the best technical engineering dimensions, this research offers valuable insights for advancing sustainable energy infrastructure in marine environments

Questa tesi presenta un'analisi completa dei parchi eolici offshore galleggianti, con un focus sull'area del Mediterraneo, in particolare l'Italia, e sulla modellazione tecnica delle relative opere secondo i modelli di costo. Inizia con una panoramica europea dei parchi eolici offshore, esaminando le potenziali ubicazioni dei siti e affrontando le sfide ambientali e normative specifiche del contesto mediterraneo. I capitoli successivi approfondiscono gli aspetti tecnici delle infrastrutture per l’offshore. Vengono esplorate le complessità della trasmissione di energia offshore, dettagliando come quest’ultima viene trasferita dalle installazioni a mare alla rete di trasmissione nazionale. Viene analizzata la progettazione e il funzionamento delle turbine eoliche, coprendo componenti critici come i generatori delle turbine, i convertitori e le configurazioni della topologia delle stringhe. Lo studio distingue tra strutture offshore fisse e galleggianti, sottolineando le sfide ingegneristiche e le soluzioni innovative uniche per ciascun tipo. La tesi indaga anche sui cavi marini, discutendo gli aspetti tecnici dei cavi dinamici, i loro accessori, le protezioni e i processi di installazione e posa dei cavi sottomarini. Un'attenzione significativa è posta sulla progettazione delle sottostazioni offshore galleggianti, che sono componenti cruciali del sistema elettrico offshore. Ciò include la progettazione della piattaforma (topside) e del ponte, nonché una panoramica delle apparecchiature di bordo. Il processo di dimensionamento dei componenti è dettagliato in modo approfondito, definendo i parametri del modello e presentando i risultati finali della progettazione. Lo studio si conclude con delle simulazioni volte a determinare i valori ottimali per i principali componenti elettrici all’interno del parco eolico offshore galleggiante. Queste simulazioni sono fondamentali per garantire la stabilità e l'efficienza del sistema di trasmissione dell'energia. Fornendo un'analisi inclusiva delle migliori pratiche ingegneristiche, questa ricerca offre preziose intuizioni per avanzare nello sviluppo delle infrastrutture energetiche sostenibili in ambienti marini.