MONOPAL

jz001Monopal (pal wielkośrednicowy) można najprościej zdefiniować jako wielkogabarytową, stalową, prefabrykowaną rurę o masie własnej przekraczającej nawet 1000 ton (pale typu XXL będą znacznie przekraczać ten ciężar), pogrążoną maksymalnie do połowy swojej długości w dnie akwenu morskiego. Wnętrze konstrukcji do momentu jej wbudowania pozostaje puste, a jej dno oraz głowica otwarte. W odniesieniu do części zagłębionej w gruncie, operuje się w niektórych publikacjach nazwą: fundament morskiej elektrowni wiatrowej. W ramach realizowanego projektu AQUILO, zgodnie z wcześniej przyjętymi założeniami całość konstrukcji pala wielkośrednicowego: znajdującą się w dnie akwenu morskiego, w wodzie, jak również powyżej jej zwierciadła będzie określana mianem konstrukcji wsporczej.

Wymiary Monopala determinowane są przez wielkości: obciążeń poziomych, pionowych oraz generowanego przez nie momentu zginającego. Układ obciążeń oddziaływujący na konstrukcję jest skomplikowany a jego główne składowe pochodzą od: wiatru, falowania morskiego i prądów morskich, lodu, ciężaru własnego konstrukcji wieży elektrowni wiatrowej, łopat wirnika oraz pozostałych elementów użytkowych i konstrukcyjnych. Wpływ obciążeń poziomych i pionowych przekłada się bezpośrednio na całkowitą długość pali, która w obecnie realizowanych konstrukcjach może wynosić nawet 70 m. Bezpieczne przekazywanie bardzo dużych obciążeń na podłoże gruntowe wymaga zapewnienia odpowiedniej sztywności konstrukcji.   Aby ją uzyskać stosuje się pale o średnicach powyżej 6 m oraz grubości ścianek przekraczającej w niektórych segmentach 100 mm. Obciążenia pochodzące od falowania oraz wiatru przekazywane są poprzez konstrukcję wsporczą na podłoże gruntowe, gdzie przeciwdziała im odpór gruntu mobilizowany w momencie obciążenia. Nośność pionowa konstrukcji jest natomiast uzyskiwana dzięki połączeniu dwóch oddziaływań: oporu pod podstawą pala i tarcia na pobocznicy.

Średnica pala jest tym większa, im większa jest głębokość akwenu morskiego w miejscu instalacji konstrukcji. Wraz z jej wzrostem powierzchnia pobocznicy Monopala zwiększa się, powodując jednocześnie zwiększenie nośności oraz obciążeń hydrodynamicznych – z tego względu stosowanie pali ma swoje ograniczenia w odniesieniu do głębokości. Przy obecnie stosowanych palach zalecana granica głębokości akwenu dla wykorzystania tego typu konstrukcji wynosi około 30 m.

Dodatkowym elementem, niezbędnym w przypadku Monopali jest tzw. konstrukcja przejściowa montowana na głowicy. Jej wykonanie jest konieczne ze względu na uszkodzenia głowicy powstające podczas instalacji. Podstawowymi zadaniami konstrukcji przejściowej są: minimalizowane odchyleń pala od pionu (max. dopuszczalnie odchylenie 0.5 st.) oraz zapewnienie odpowiedniego połączenia wieży elektrowni wiatrowej z konstrukcją wsporczą. Dodatkowo element ten zapewnia dostęp do elektrowni dla łodzi oraz umożliwia prowadzenie prac konserwacyjnych. Konstrukcja przejściowa jest wykonana ze stali, a jej powierzchnia jest w całości pokryta powłoką antykorozyjną (stosuje się wielopowłokowe farby epoksydowe, które mają atesty ekologiczne) ze względu na między innymi występujący  rozbryzg fali oraz oddziaływanie lodu. Znajduje się ona częściowo poniżej poziomu zwierciadła wody.

Prądy morskie powodują przemieszczanie się osadu na dnie akwenu morskiego. Skutkuje to w miejscu wbicia pali zintensyfikowaną lokalną erozją – drobne ziarna oraz cząstki gruntu są wymywane. Pozostawienie tej strefy bez zabezpieczenia prowadzi do stopniowego zmniejszanie stateczności konstrukcji wsporczej (rysunek poniżej). W celu ochrony antyerozyjnej wykonuje się dookoła pala zabezpieczenie w postaci narzutów z materiału o zdecydowanie większej frakcji niż grunty rodzime.

Rysunek 1.  Monopal z rozwijającą się lokalną erozją dnakw007 monopal 1