Decyzja o produkcji elementów betonowych w fabryce przyczyniła się do znacznego skrócenia czasu realizacji budowy farmy wiatrowej.

Energetyka wiatrowa od dłuższe­go czasu odnotowuje na świecie rekordową popularność. W 2014 r. przyrost mocy globalnych wyniósł 51 GW Również w Polsce od­notowano znaczący przyrost produk­cji energii elektrycznej z farm wiatro­wych, w 2014 r wynoszący 23,4% wobec 2013 r. Na koniec czerwca 2015 r. łączna moc farm wiatrowych w Polsce wynosiła 4,1 GW .

W ubiegłym roku międzynarodowa firma Acciona Windpower nawiązała współpracę z Grupą Pekabex, pol­skim producentem prefabrykowa­nych konstrukcji żelbetowych, w celu zrealizowania budowy kolejnej farmy wiatrowej na terenie Polski. Farma Gostyń II wzniesiona została w okoli­cach wsi Szurkowo i jest kontynuacją pierwszej części inwestycji w ener­getykę odnawialną na tym terenie.

O innowacyjności obiektu stanowi fakt, że w przeciwieństwie do więk­szości farm wiatrowych w Polsce konstrukcja wież pod turbiny wyko­nana została całkowicie z elementów żelbetowych. Autorem projektu oraz właścicielem patentu w zakresie technologii kompleksowego wyko­nania farm wiatrowych jest spółka Acciona. Produkcja w fabryce Pekabex w Poznaniu przebiegała w ścisłej współpracy z hiszpańską firmą Windtechnic, która pełniła rolę nadzoru technicznego.

 

 

Projekt

Zaprojektowanie konstrukcji wieży wiatrowej złożonej z żelbetowych ele­mentów prefabrykowanych niesie ze sobą wiele wyzwań. Oprócz obliczeń pracy kompletnej wieży, duży wpływ na konstrukcję elementów mają rów­nież fazy pośrednie, takie jak: produk­cja i rozformowanie elementu, ma­gazynowanie gotowych elementów, ich transport, poszczególne etapy montażu oraz stateczność konstruk­cji w trakcie wznoszenia wieży. Aby móc kompleksowo rozważyć wpływ oddziaływań na konstrukcję, należy wziąć pod uwagę różne typy obciążeń. Z obciążeń stałych: ciężar własny konstrukcji, ciężar gondoli wraz z ma­szynerią wewnętrzną, łopaty wirnika, drabina lub/oraz winda, ciężar okablo­wania. Obciążenia zmienne to, oprócz obciążeń wiatrem, obciążenie zwią­zane z oblodzeniem konstrukcji oraz obciążenia termiczne. Ponadto należy pamiętać o obciążeniach dynamicz­nych zarówno od turbiny, jak i zwią­zanych z wiatrem. Nie bez znaczenia pozostaje również wpływ sąsiednich turbin wiatrowych.

Zadanie, przed jakim stanęła spółka Pekabex, to produkcja 220 elemen­tów prefabrykowanych, z których składa się łącznie 10 wież wiatro­wych. Długość każdego elementu to 20 m, masa waha się w grani­cach 50-60 ton. Wysokość samej wieży to 120 m. Każda wieża zło­żona jest z 22 prefabrykowanych elementów łukowych podzielonych na 6 pierścieniowych segmentów. Pierścień u podstawy składa się z 5 elementów i wraz z wysokością ilość elementów na pierścień maleje do tylko 2 elementów w partii przy głowicy.

 

 

Technologia

Wieże wiatrowe utożsamiane są prze­ważnie z konstrukcją stalową. Pierw­sze wieże pod turbiny wiatrowe wyko­nywane były jako konstrukcje kratowe. Z czasem zostały one jednak wypar­te przez stalowe wieże cylindryczne. Obecnie na świecie można zauważyć tendencję do coraz częstszego sto­sowania prefabrykowanych elemen­tów żelbetowych do konstrukcji całych wież bądź też stosowania wież hybry­dowych, czyli połączenia konstrukcji żelbetowej ze stalową. Niesie to ze sobą szereg zalet. Przede wszystkim pozwala na budowanie wież o wyso­kościach w znaczny sposób przekra­czających możliwości konstrukcji sta­lowych, bez konieczności stosowania dodatkowych odciągów. Skutkuje to z kolei zastosowaniem wirników o większych średnicach i analogicznie generatorów o większej mocy. Wysokość wież wiatrowych na farmie Go­styń II to aż 120 m. Pozwala to na użycie wirników o średnicy 116 m i po­wierzchni obrotu równej 10 568 m2. Model wirnika przeznaczony do tego projektu to AW3000, o nominalnej mocy 3 MW. Kolejną zaletą konstrukcji żelbetowej w tego typu obiektach jest ich trwałość oraz odporność ognio­wa. Nie bez znaczenia jest też niższy koszt produkcji i eksploatacji w porów­naniu do jej stalowych odpowiedników.

 

 

Produkcja

Produkcja elementów w fabryce w Poznaniu trwała od końca marca do początku lipca 2015 r. Elementy produkowane były w specjalnie prze­znaczonych do tego formach spro­wadzonych z Hiszpanii. Betonowa­nie trwało od poniedziałku do piątku w trybie trzyzmianowym, zapewniając produkcję jednej wieży tygodniowo.

Proces produkcji został podzielony na kilka etapów: przygotowanie ko­sza zbrojeniowego, przeniesienie go do formy, betonowanie oraz rozfor­mowanie po osiągnięciu przez beton wymaganej wytrzymałości. Na każdy element przypadało kilkanaście pró­bek do badań wytrzymałościowych: wytrzymałość wczesna do rozformo­wania po ok. 10 h oraz kolejno wytrzy­małość 3-, 7-, 28- oraz 63-dniowa. Każdy z etapów podlegał szczegóło­wej kontroli, tak aby sprostać wyso­kim wymaganiom technicznym i jako­ściowym elementów.

Wybór produkcji elementów w fa­bryce Pekabex był jednym z aspek­tów skracających czas trwania ca­łej inwestycji. Produkcja elementów przy pierwszej farmie wiatrowej Go­styń I odbywała się w wytwórni po­wstałej na placu budowy, a sama realizacja trwała ponad 2 lata. Przy opisywanej inwestycji, pomimo porównywalnej wielkości projektu, czas realizacji został skrócony do 8 mie­sięcy. Praca turbin wiatrowych roz­poczęła się w listopadzie 2015 r.

 

Rys. Model wieży wiatrowej, fragment z otworem drzwiowym

 

Transport

Niemałym przedsięwzięciem logistycz­nym okazała się organizacja transpor­tu elementów z fabryki w Poznaniu na miejsce budowy w okolice wsi Szurkowo. Ze względu na ponadnormatywne wymiary elementów, przewóz prefa­brykowanych elementów związany był z koniecznością uzyskania pozwoleń na pilotowany transport ponadgabarytowy kategorii VII. Ponadto mógł on odbywać się jedynie w godzinach noc­nych (00:00-06:00). Trasa została wyznaczona tak, aby infrastruktura drogowa była w stanie przenieść cię­żar ładunku. Ponadto, ze względu na szerokość elementów, każdej nocy na­leżało demontować i ponownie monto­wać oznakowanie drogowe.

Elementy transportowane były poje­dynczo ze względu na swój nietypowy kształt oraz duży ciężar. Do tego celu przygotowano wyprofilowane podkła­dy drewniane zakończone podkładką elastomerową, podpierające element w dwóch miejscach.

Dodatkowo, ze względu na gabary­ty sama fabryka oraz plac składowy wymagały odpowiedniego przygoto­wania. Bramy wyjazdowe z fabryki zostały maksymalnie poszerzone, zmodernizowano suwnice w hali oraz przygotowano utwardzony plac skła­dowy o powierzchni 11 700 m2. Po­zwoliło to na zeskładowanie aż 64 elementów w szczytowym momencie, uwzględniając dodatkowo niezbędne miejsce do manewru 2 suwnic bramo­wych kołowych o udźwigu 60 ton, za­kupionych specjalnie na potrzeby tego projektu. W celu dodatkowej optyma­lizacji powierzchni składowania ele­menty sztaplowano, przygotowując w tym celu betonowe podkłady zakoń­czone elastomerowymi przekładkami.

 

Podsumowanie

Całe przedsięwzięcie można uważać za wielki sukces obu firm. Nowo po­wstała farma wiatrowa będzie w sta­nie wyprodukować 82 GWH energii rocznie, co przekłada się na zapotrze­bowanie 40 000 gospodarstw domo­wych. Pozwoli to na zmniejszenie pro­dukcji dwutlenku węgla do atmosfery z konwencjonalnych elektrowni o ok. 79 000 ton w skali roku. Zaintere­sowanie wykorzystaniem potencjału wiatrowego w Polsce rośnie, dlatego w przyszłości z całą pewnością może­my spodziewać się kolejnych inwesty­cji w energetykę wiatrową.

 

Karolina Pająk

Pekabex Bet S.A.

Zdjęcia i rysunek: archiwum Grupy Pekabex