Accessori per cavi nei progetti eolici: connettere la rivoluzione delle energie rinnovabili

L'energia eolica è una delle fonti di energia rinnovabile in più rapida crescita a livello globale. Tuttavia, l'affidabilità di una turbina eolica dipende in gran parte dalla qualità dei collegamenti elettrici che la immettono nella rete. Gli accessori per cavi – giunti, terminazioni, connettori e componenti di supporto che collegano i cavi alle turbine, alle sottostazioni e tra di loro – svolgono un ruolo fondamentale nelle prestazioni di un parco eolico. Infatti, fino a un terzo dei guasti negli impianti eolici non ha origine nelle pale o nei generatori, bensì nei collegamenti. Questo articolo esplora le tipologie di accessori per cavi utilizzati nei progetti eolici, le sfide specifiche che devono affrontare e le tecnologie che mantengono connessa la rivoluzione delle energie rinnovabili.

1. Perché i parchi eolici sono diversi: la sfida

I parchi eolici, sia terrestri che marini, presentano sfide che gli impianti di produzione di energia convenzionali non hanno:

Movimento dinamico
Nelle turbine eoliche, i cavi all'interno della torre e della navicella sono soggetti a continue flessioni, imbardate e vibrazioni. La navicella ruota per orientarsi verso il vento, torcendo i cavi che scendono lungo la torre. Gli accessori devono essere in grado di sopportare questo movimento senza compromettere la tenuta o l'integrità elettrica.

Ambienti ostili
I parchi eolici offshore devono affrontare la corrosione dell'acqua salata, l'elevata umidità e le condizioni meteorologiche estreme. I parchi eolici onshore, invece, devono fare i conti con le radiazioni UV, le temperature estreme e l'inquinamento agricolo o industriale. Gli accessori devono essere costruiti per resistere a queste condizioni per decenni.

Armoniche e transienti
Le turbine eoliche generano energia a frequenza variabile e possono produrre armoniche e transitori di commutazione. Gli accessori per cavi devono disporre di un controllo integrato del campo elettrico per far fronte a queste difficili condizioni elettriche.

Inaccessibilità
Le torri delle turbine e le sottostazioni offshore sono difficilmente accessibili per la manutenzione. Gli accessori devono essere progettati per funzionare senza necessità di manutenzione per tutta la durata del progetto.

2. Le principali tipologie di accessori per cavi nei progetti eolici

I parchi eolici utilizzano una vasta gamma di accessori per cavi, ognuno dei quali svolge una funzione specifica.

Terminazioni
I terminali collegano i cavi a quadri elettrici, trasformatori o altre apparecchiature.Offrono controllo delle sollecitazioni nel punto di taglio della schermatura del cavo, isolamento elettrico e protezione dall'umidità. Le terminazioni per esterni destinate ad applicazioni eoliche sono dotate di alette di protezione dagli agenti atmosferici per aumentare la distanza di dispersione superficiale e proteggere da pioggia e inquinamento.Le terminazioni interne sono progettate per l'ambiente controllato delle torri delle turbine eoliche e delle sottostazioni.

Giunzioni (giunzioni)
I giunti collegano due sezioni di cavo, sia per riparazioni, estensioni o transizioni tra diversi tipi di cavo.Nei parchi eolici, i giunti vengono utilizzati per i cavi di collegamento tra le turbine, per i cavi di esportazione che portano l'energia a terra e per le riparazioni. Un giunto ben realizzato deve possedere le stesse proprietà elettriche, meccaniche e termiche del cavo stesso.

Connettori
I connettori separabili (come i connettori a T e i connettori ad angolo) collegano i cavi a quadri elettrici, trasformatori e altre apparecchiature.Sono progettati per una facile installazione e disconnessione, con una guaina conduttiva in EPDM che fornisce uno schermo sicuro al tatto.Nell'eolico offshore, i connettori a T vengono utilizzati per collegare i nuclei di fase dei cavi inter-array dinamici.

Morsetti a sospensione
I morsetti di sospensione fissano meccanicamente i cavi nel punto in cui si collegano alle fondamenta delle turbine o alle sottostazioni. Garantiscono che le sollecitazioni meccaniche siano sopportate dall'armatura del cavo e non dal nucleo elettrico..

Scaricatori di sovratensione
I limitatori di sovratensione proteggono le apparecchiature dei parchi eolici dai fulmini e dalle sovratensioni di commutazione. Sono spesso installati in gruppi di collegamento sui connettori a T..

Sistemi di protezione dei cavi
I sistemi di protezione dei cavi (CPS) proteggono i cavi da urti, abrasioni e fatica, soprattutto nei punti in cui i cavi escono dalla fondazione della turbina e raggiungono il fondale marino..

Scatole di derivazione e armadi
Gli armadi e i telai di giunzione offshore fungono da punti di connessione tra i cavi interni della torre e i cavi esterni della rete sottomarina..

3. Livelli di tensione: dalla turbina alla rete

I parchi eolici utilizzano cavi e accessori a diversi livelli di tensione:

• Bassa tensione (BT): all'interno della navicella e della torre, per i sistemi di controllo e ausiliari.

• Media tensione (MT): tipicamente 36 kV o 66 kV per i cavi di collegamento tra le turbine all'interno di un parco eolico.

• Alta tensione (AT): 132 kV, 220 kV o superiore per i cavi di esportazione che trasportano energia dalla sottostazione offshore alla terraferma.

La tendenza del settore è verso tensioni di rete più elevate, da 33 kV a 66 kV e presto a 132 kV, per poter ospitare turbine più grandi (da 16 MW in su) e ridurre il numero di cavi necessari. Ciò spinge i produttori di accessori a sviluppare prodotti adatti a tensioni più elevate.

4. Accessori specializzati per l'energia eolica offshore

I parchi eolici offshore richiedono accessori progettati per l'ambiente marino.

Giunti sommergibili
I giunti offshore devono essere completamente schermati e completamente sommergibiliSono progettati per resistere all'immersione continua in acqua e ad un'elevata pressione idrostatica.

Sistemi di cavi pre-terminati
Per ridurre i tempi di installazione e gli errori, molti progetti offshore utilizzano sistemi di cavi pre-terminati forniti in fabbrica. I cavi, di lunghezze personalizzate, vengono consegnati con accessori collaudati già installati, pronti per l'installazione in loco..

Accessori per cavi dinamici
Nei parchi eolici offshore galleggianti, i cavi dinamici si muovono insieme alle strutture galleggianti. La pre-terminazione dei cavi dinamici, con accessori specializzati installati prima del dispiegamento, consente una connessione, una disconnessione e una riconnessione rapide e semplici sulle piattaforme galleggianti delle turbine.

Componenti in resina epossidica ed EPDM
Gli accessori per applicazioni offshore spesso utilizzano boccole in resina epossidica per i collegamenti di trasformatori e apparecchiature di commutazione.e gomma EPDM per connettori e isolamento separabiliL'EPDM offre un'eccellente resistenza agli agenti atmosferici, all'ozono e all'umidità.

5. Scelte tecnologiche: restringimento a freddo, restringimento a caldo e preformatura

Gli installatori di parchi eolici possono scegliere tra diverse tecnologie accessorie:

Ritiro a freddo
Gli accessori a restringimento a freddo sono pre-espansi su un nucleo rimovibile. Quando il nucleo viene rimosso, il corpo in silicone o EPDM si contrae sul cavo.Non è necessaria alcuna fonte di calore, il che riduce i tempi di installazione ed elimina i rischi di fiamme libere o surriscaldamento. Il termoretrazione a freddo è particolarmente diffuso nelle applicazioni eoliche perché fornisce interfacce uniformi e prive di vuoti, oltre a un'eccellente tenuta. Molti produttori offrono soluzioni di termoretrazione a freddo specificamente progettate per gli ambienti di energia rinnovabile..

Termoretraibile
Gli accessori termorestringenti richiedono una fonte di calore (torcia o pistola termica) per restringere il tubo e farlo aderire al cavo. Sono economici e hanno una durata illimitata, ma la loro applicazione dipende maggiormente dall'abilità dell'installatore.

Preformate (a incastro)
Gli accessori preformati vengono prodotti in fabbrica con dimensioni precise e si infilano semplicemente sul cavo predisposto. Offrono una qualità costante e sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni eoliche.

Sistemi a cono interno vs. cono esterno
Per i progetti eolici offshore, gli sviluppatori in genere scelgono tra due sistemi per gli accessori dei cavi: cono interno o cono esterno. Ciascuno presenta caratteristiche meccaniche e di installazione differenti, e la scelta dipende dai requisiti specifici del progetto e dalle interfacce delle apparecchiature.

6. La differenza tra i materiali: silicone e EPDM

I due elastomeri predominanti negli accessori per l'energia eolica sono la gomma siliconica e l'EPDM.

Adesivo in silicone
Il silicone offre un'eccellente idrofobicità (repellenza all'acqua), proprietà superficiali autorinnovanti e prestazioni eccezionali a temperature estreme (da -50 °C a +200 °C). Viene spesso utilizzato nelle terminazioni a freddo e nelle applicazioni esterne..

EPDM
L'EPDM offre una resistenza meccanica e agli agenti atmosferici superiori a un costo inferiore. È ampiamente utilizzato in connettori separabili, giunti preformati e isolamenti per esterni..

La scelta tra i due materiali dipende dall'applicazione specifica: il silicone per condizioni ambientali difficili, l'EPDM per soluzioni meccanicamente robuste ed economiche.

7. Installazione: Precisione sul campo

L'installazione di accessori per cavi nei parchi eolici richiede precisione e competenza.

Pre-licenziamento in fabbrica
Per ridurre gli errori in loco, molti progetti eolici utilizzano cavi pre-terminati in fabbrica. Gli accessori vengono installati e testati in fabbrica, quindi consegnati come sistemi di cablaggio per torri pronti per l'installazione. Questo approccio riduce al minimo i tempi di installazione e garantisce una qualità costante..

Giunzione e terminazione in loco
Per le riparazioni e i collegamenti in loco, tecnici specializzati installano gli accessori direttamente sul posto. Ciò richiede un'attenta preparazione del cavo, la pulizia, il posizionamento degli elementi di controllo delle sollecitazioni e la sigillatura. Nel settore dell'eolico offshore, le terminazioni vengono effettuate dopo che il cavo è stato posato nella sottostazione offshore o nella sottostruttura galleggiante.

Formazione
Una formazione adeguata è essenziale. Alcuni produttori gestiscono centri di formazione dedicati dove gli installatori apprendono le tecniche specifiche per i loro accessori..

8. Garanzia di qualità: test di affidabilità

Gli accessori per cavi destinati ai progetti eolici devono superare test rigorosi:

• Prove di tipo: Verificano che il progetto soddisfi i requisiti di prestazione.

• Test di routine: eseguiti su ogni accessorio prima della spedizione.

• Test di fabbrica: i sistemi di cavi pre-terminati vengono testati prima della consegna..

Gli accessori devono essere conformi agli standard internazionali quali IEC 60502-4 (media tensione) e IEC 60840 (alta tensione), nonché ai requisiti specifici del progetto.

9. Il costo degli accessori nei progetti eolici

Gli accessori per i cavi rappresentano una parte significativa dei costi di un parco eolico. Per un parco eolico offshore da 1 GW, si stima che gli accessori per i cavi costino circa 36 milioni di sterline.Per gli impianti eolici offshore galleggianti, il costo è ancora più elevato: circa 80 milioni di sterline per un parco da 1 GW.

Sebbene possa sembrare elevato, il costo di un guasto è di gran lunga superiore. Un singolo giunto difettoso in un cavo sottomarino può richiedere navi specializzate e riparazioni costose. Investire in accessori di alta qualità e adeguatamente testati è essenziale per garantire l'affidabilità a lungo termine.

Gli accessori per cavi sono gli eroi silenziosi dei progetti eolici. Mentre turbine e pale si prendono tutta l'attenzione, sono i giunti, le terminazioni, i connettori e i supporti che garantiscono che l'energia generata raggiunga effettivamente la rete.

Dalle dinamiche di movimento all'interno di una torre eolica alla corrosione causata dalla salsedine di una sottostazione offshore, gli accessori per i parchi eolici devono resistere ad alcune delle condizioni più estreme del settore elettrico. Grazie a materiali avanzati, ingegneria di precisione e test rigorosi, questi componenti garantiscono l'affidabilità di cui i progetti di energia rinnovabile hanno bisogno.

Con l'espansione dei parchi eolici, il loro spostamento verso la costa e l'aumento delle tensioni di esercizio, le esigenze in termini di accessori per cavi non potranno che crescere. Ma grazie alla continua innovazione, dalla tecnologia di termoretrazione a freddo ai sistemi pre-terminati fino alle soluzioni senza SF₆, il settore è ben attrezzato per mantenere connessa la rivoluzione delle energie rinnovabili.