Stativ (základ) - Tripod (foundation)

Stativ dovnitř Bremerhaven

The stativ je typ základu pro pobřežní větrné turbíny. Návrh se přísně řídí funkčními požadavky dlouhodobě převážně dynamické zatěžované konstrukce v drsném prostředí. Stativ je obecně dražší než jiné typy základů. U velkých turbín a vyšší hloubky vody však může být nevýhoda v nákladech vyrovnána, když se zohlední také trvanlivost.

Dějiny

Průzkum pobřežní větrná energie začalo zavedením Monopile základy pro větrné turbíny v rozsahu od 1 do 3 MW v hloubce vody asi 10 až 20 metrů[1] v devadesátých letech minulého století. Německo čelilo hloubce vody až 40 metrů, když se připojilo k této nové oblasti obnovitelná energie. Zároveň 5MW turbína třída se objevila. Jedním ze zástupců této nové generace turbín byl Multibrid M5000 s průměrem rotoru 116 m, později 135 m pod štítky Areva a Adwen. První prototyp tohoto stroje byl postaven v Bremerhavenu v roce 2004 na pevnině. Bremerhaven již v této fázi podporoval vývoj jménem BIS Bremerhavener Gesellschaft für Investitionsförderung und Stadtentwicklung mbH.

Co by mohlo být proveditelným základem pro nadcházející velké turbíny a větší hloubku vody? Tato otázka byla zkoumána od začátku tohoto století na základě dostupných metod geotechnického hodnocení, výrobních procesů, beranění vybavení a logistické a instalační vybavení.

Jedním z výsledků byla základna stativu. První návrh nakreslil OWT - Offshore Wind Technology v Leeru (Německo) v roce 2005. Stativ byl od počátku vytvořen s věží. Třínohá konstrukce sahá od mořského dna až do typicky 20 metrů nad hladinu mořské vody, přičemž bezpečně drží šroubovanou přírubu nahoře od hřebenu vln. Tato sekce umožňuje vybavit na pevnině všechny potřebné funkce, pokud jde o přistání lodi, vedení kabelů a v neposlední řadě systémy ochrany proti korozi. Centrální sloup je navržen jako otevřený systém umožňující neomezenou výměnu vody v každém z nich přílivový cyklus. Tato okolnost je výhodná, pokud musí být systém ochrany proti korozi navržen pro vnitřní povrchy.

Pobřežní větrná turbína využívající stativový základ. Tato konkrétní větrná turbína je a Multibrid M5000 a stejně tak je na levé straně větrná turbína bez stativu. Za tím je Enercon turbína, pravděpodobně E-82.

Stativ je připevněn na mořském dně pomocí hromádek pinů střední velikosti. Hromady mohou být předem naskládané nebo sloupkované. A sací vědro nadace byla také navržena. Předpokládá se, že první věžová část zvaná S3 bude namontována na moři na stativ pomocí šroubovaného přírubového spojení. Tato část obsahuje vnější servisní plošinu a vstupní dveře. Tato část je samostatně přístupná pro elektrická zařízení a postupy uvádění do provozu za studena. Navíc poskytuje jednoduše výšku, kterou lze uložit na straně stativu. Výška stativu činí již asi 60 metrů pro hloubku vody 40 metrů.

V roce 2006 navrhl OWT demonstrátor na pevnině pro společnost Multibrid GmbH, který vyrobila a postavila v německém Bremerhavenu společnost WeserWind GmbH Offshore Construction Georgsmarienhütte. To byl začátek dlouhodobé spolupráce mezi vývojářem turbín a výrobcem Multibrid, návrhářem základů OWT a výrobcem WeserWind. Návrh mezitím v dostatečné míře pokrývá požadavky základny pobřežní turbíny, výroba byla dokonce náročná, pokud jde o velikost a tvar konstrukce. V té době společnost WeserWind podporovala z hlediska výroby a montáže její sesterská společnost IAG Industrieanlagenbau Georgsmarienhütte GmbH, která je rovněž členem skupiny Georgsmarienhütte. První provoz turbíny doprovázel výzkumný projekt IMO-Wind.[2] Byly podniknuty první kroky v monitorování stavu, včetně stanovení stres křivky, tzv. „Hot spot“ průzkum, aby bylo možné srovnání s výpočtovými modely.

Horizontální montáž na Aker Yards v roce 2008
Vypravte se s Taklift 4 na Alpha Ventus 2009

V roce 2008 byly stativy postaveny jako spodní stavba šesti pobřežních větrných turbín Multibrid M5000 v Alpha Ventus projekt. Alpha Ventus byla plánována jako první testovací pole pro průzkum větrné energie na moři v německých vodách. Organizátorem projektu byla Deutsche Offshore-Testfeld und Infrastruktur GmbH & Co. KG, DOTI. Byla založena v roce 2006 společností EWE AG (47,5%), E.ON Klima a obnovitelné zdroje Central Europe GmbH a Vattenfall Europe Windkraft GmbH (každý 26,25%) s pomocí Stiftung Offshore Windenergie. The Německé spolkové ministerstvo životního prostředí BMU podpořila řadu výzkumných projektů, které byly shrnuty v iniciativě RAVE (Research at Alpha Ventus). Byla získána široká základna zkušeností a znalostí pro stavbu, uvedení do provozu a provoz do budoucna pobřežní větrné farmy. Stativy byly vyrobeny Aker Kvaerner ve Verdalu v Norsku. Horizontální montáž stativů byla realizována v souladu s místními zkušenostmi s výrobou loděnice, pocházející z výroby velkých plášťů nafty a plynu, s následným převrácením a samozřejmě vzpřímenou plavbou z Norska do pobřežního terminálu v Eemshavenu. Přepravu stativů na místo provedl Taklift 4 z Boskalis jeden za druhým.


Rok 2010 znamenal další milník ve vývoji turbíny M5000 se základnou Tripod. Tyto dva projekty Borkum západ II a Global Tech Rozhodl jsem se postavit jejich farmy pomocí této technologické platformy. Každý projekt nejprve objednal 40 stativů téměř ve stejnou dobu. V očekávání této poptávky vyvinul WeserWind v letech před tím sériový výrobní přístup pro stativy, společně s Dr. Möller GmbH / IMS Nord,[3] Bremerhaven. Klíčovými parametry tohoto přístupu jsou koncepce svislé montáže, nastavení montážní linky s až devíti pracovními stanicemi, přeprava rostoucích konstrukcí jménem těžkých nákladních železničních dopravců podél montážní linky a integrovaná operace nakládky do ponton na míru. Na základě tohoto konceptu vydala společnost Georgsmarienhütte investiční program budování této montážní dílny se dvěma paralelními linkami v Lunedeich v Bremerhavenu. Budova byla v provozu na začátku roku 2011 a v červnu byl dokončen první stativ Borkum-West II.

Sériová výroba ve vzpřímené poloze u WeserWind
Tři stativy na palubě Stanislawa Yudina připravené k vyplutí

V prosinci 2011 byl ponton pokřtěn a offshore terminál ABC-Peninsula byl uveden do provozu společností BLG Logistics Solutions GmbH & Co. KG po základní modernizaci. Nakonec bylo na tomto místě v letech 2011 až 2013 vyrobeno 100 stativů. Doba cyklu pro celý závod byla dosažena až s pěti kalendářními dny na strukturu. Zaváděcího cyklu bylo dosaženo na čtyři hodiny. Také SIAG Emden a konsorcium Iemants N.V. s Eiffage Construction Métallique S.A.S. ve Vlissingenu vyrobilo v té době celkem 20 stativů ve svislé poloze. Od Alpha Ventus byla technologie přepravy na moři významně vyvinuta. Offshore Construction Jack Up „Innovation“ od HGO InfraSea Solutions GmbH & Co. KG byla uvedena do provozu v roce 2012 a odvedla svou první práci pro Global Tech 1 nesoucí tři stativy a sady hromádek na plachtu. Jeřábové lodě „Stanislaw Yudin“ a „Oleg Strassnow“ od SHL Seaway Heavy Lifting byly v provozu pro Borkum západ II.


Specifické technické vlastnosti

Vhodnost a podmínky použití

Zvláštností stativu je kombinace konstrukce nad vodou jako řešení Monopile s malým exponovaným povrchem, robustní výkon v rizikových scénářích a snadný přechod na věžovou část s podpůrným účinkem a výkonem mřížové konstrukce. Vyhýbejte se horkým místům v agresivním prostředí stříkající zóna záměrně umožňuje zdarma korozní únava Posouzení.

Ve větrné energii má koordinace dynamiky struktury, charakterizovaná frekvencemi, které se hlavně houpá, zvláštní důležitost kvůli buzení rotorem turbíny. Chování stativu je mezi monopilem, který má tendenci být měkčí, a bundou, která je zase přísnější.

Oblast aplikace, pokud jde o hloubku vody, byla původně předpovězena na hloubku vody nejméně 25 metrů do 50 m.[4] Impozantně rostoucí technologie Monopile v posledních letech posunula jejich oblast použití daleko na 40 mil. Proto stativ ze scény zmizel. Kromě vyššího výrobního úsilí pro stativy se mohou snahy o přepravu a instalaci stát ještě více srovnatelnými, čím více budou struktury růst. Nakonec vyhrazená vhodnost stativu pro systémy ochrany proti korozi zůstane významným rozdílem oproti monopile. Výkon struktur v průběhu životnosti a posouzení náležité péče o aktiva v pozdějších fázích životního cyklu mohou být důvodem pro sladění argumentů.

Srovnatelný s jinými mřížovými strukturami, jako jsou bundy, je stativ připevněn hromadami na mořském dně. Počet tří ramen má za následek dostatečnou stabilitu v nenakládané nebo neprokládané situaci, což se vrací se spolehlivým počasím pro instalaci. Konstrukční parametry pro piloty lze nezávisle vybrat ze samotného stativu a výslovně odrážet geotechnické potřeby. Není třeba žádat čistit ochrana.

Spojení s hromadou se obvykle provádí pomocí injektovaného spojení. Jedná se o techniku, kdy se do spáry mezi piloty a rukávem hromady nalije speciální beton. Díky výslednému složenému efektu se zatížení přenáší z pouzdra na hromadu, a tedy do země. Ponořený injektážní proces vyžaduje vysokou odbornou způsobilost při navrhování, plánování a provádění procesů. Stabilní mírná teplota pod vodou podporuje proces vytvrzování injektážní malty citlivé na teplotu.

Strukturální pozadí

Podpůrná akce je založena na výchylka z ohybový moment z věže na hromádky, které jsou pak v podstatě pouze taženy nebo tlačeny. To vyžaduje kombinaci horní a dolní končetiny, která zvyšuje pákový efekt. Alternativně lze místo hromady použít sací lopatu. Ve srovnání s tím monopil rozděluje svá zatížení boční stabilizací do země.

Trubkové uzly jsou charakteristickým konstrukčním prvkem v mřížových strukturách, kde se trubky protínají navzájem. Je výhodné, aby příchozí trubky, pahýly, zůstávaly v určitém poměru průměrů (0,8) k kontinuální trubce, tětivě, aby se dosáhlo účinných účinků únosnosti. Tento efekt určuje konečné rozměrové poměry.

Tloušťky desek v offshore základech jsou dobře přizpůsobeny místním situacím zatížení. Vyváženého využití materiálu lze dosáhnout konstrukcí, protože rozměr offshore základu je velký ve srovnání s rozměrem desky válcované za tepla. Stativy a monopily jsou skořápkové struktury. Jejich tloušťka stěny je ve srovnání s průměrem relativně malá. Proto musí být prokázány, pokud jde o skořápku vzpěr. Věž, centrální trubka a nohy jsou sestaveny z válcových nebo kónických částí, plechovek, s individuální délkou 2 až 4 m. Tloušťky stěn jsou v rozmezí od 40 do 60 mm ve středním sloupu, několik plechovek ve vysoce namáhaných oblastech až do 90 mm. Tloušťka stěny kónických nožiček se pohybuje od 20 do 30 mm.

Životnost je ústředním požadavkem na design. V klasickém offshore ropném a plynárenském průmyslu vlnová zatížení již byly zohledněny. Provoz generátorů větrných turbín způsobuje dodatečně vysoké dynamické provozní zatížení. To bylo působivě pozorováno u projektu Growian, což byla dvoulistá 3MW pobřežní turbína, která z tohoto důvodu selhala v roce 1983.

Výpočtové metody

FEM pro hodnocení se používají hlavně metody. Pouze tyto rozsáhlejší nástroje umožňují podrobně odrážet křivky napětí a poskytovat přesnost požadovanou pro návrh. Časy výpočtu byly výrazně sníženy skriptovaným modelováním a zvýšením výpočetních rychlostí, což zvýšilo rychlosti iterací a zlepšilo tak výsledky optimalizace.[5]

Shrnutí a výhled

Tripodová základna pro větrné turbíny na moři představuje významný příspěvek k zahájení průmyslového využití větrné energie na moři v německých vodách. Zrodila se v kreativní skořápce německých průkopníků offshore větru a rozšířila svůj potenciál získávání dalších partnerů do velkého multidisciplinárního týmu realizujícího vizi. Skutečnost, že dnes je v provozu 126 turbín založených na stativech, je výsledkem dlouhodobé spolehlivé spolupráce řady zúčastněných stran.

V roce 2014 byla provedena desk desk studie hodnotící proveditelnost základového konceptu pro další generaci turbín s 8MW a průměrem rotoru nad 160m. Bylo nezbytné prokázat omezené zvýšení hmotnosti přenášející ještě vyšší zátěže, a tím schválit všechny stávající procesy výroby a instalace z projektů provedených dříve.

Dnes jsou rozšířené znalosti v offshore inženýrství z desetiletí stativu jakýmsi nehmotným přínosem, který lze vložit do nových projektů s využitím konceptů Monopile, Jacket nebo proč ne, používat stativ a zkoumat nejnovější stav techniky pro snižování nákladů na energii.

Reference

  1. ^ „Základy a základové struktury“. offshore-windenergie.net. Archivovány od originálu 2. října 2014.CS1 maint: unfit url (odkaz)
  2. ^ Fritzen, Claus-Peter, Dr.-Ing. „Integrovaný systém monitorování a hodnocení pro větrné elektrárny na moři“. Universität Siegen.
  3. ^ „IMS Nord - reference“. www.ims-nord.de.
  4. ^ „Mit drei Beinen auf hoher See“. deutschlandfunk.de.
  5. ^ "Stativ článek". Archivovány od originál 4. května 2016. Citováno 3. července 2016.