Elementy morskich elektrowni wiatrowych

Morskie elektrownie wiatrowe składają się z kilku zasadniczych elementów, które dzieli się na grupy bardzo często wykonywane, a następnie montowane przez różne podmioty. W realizowanym projekcie główną uwagę przywiązuje się do konstrukcji wsporczej dlatego też elementy ustawione na tejże konstrukcji, choć bardzo istotne dla pracy elektrowni, nie są rozpatrywane szczegółowo.Zasadnicze elementy elektrowni wiatrowej to:

• wieża – cylindryczna konstrukcja, na której szczycie umieszczona jest gondola z turbiną,
• konstrukcja wsporcza – która w zależności od opracowań może być definiowana w różny sposób. Pierwszy z nich opisuje ją jako budowlę poniżej wieży, aż do dna morskiego. Drugi definiuje ją jako konstrukcję poniżej wieży wraz z fundamentem pogrążonym w dnie morskim.
• fundament – konstrukcja, która ma bezpośredni kontakt z dnem (podłożem gruntowym) i przenosi na niego obciążenia od całej konstrukcji.

W przypadku konstrukcji z wykorzystaniem pali wielkośrednicowych, fundament można zdefiniować jako część pala, która jest pogrążona w dnie morskim, natomiast całą konstrukcję można zdefiniować jako fundament palowy.

Konstrukcje wsporcze

Konstrukcje wsporcze morskich elektrowni wiatrowych są to obiekty, które znajdują się na akwenach pełnomorskich. Ich głównym zadaniem jest przekazanie obciążeń, pochodzących od ciężaru wieży elektrowni wiatrowej, wirnika, jego łopat, ciężaru instalacji, jak również od obciążeń środowiskowych działających na elektrownię na podłoże gruntowe. Wielkość oddziaływań środowiskowych jest uzależniona od miejsca wybudowania farmy elektrowni wiatrowej. Drugim zasadniczym przeznaczeniem konstrukcji wsporczych jest umożliwienie przeprowadzenia prac konserwacyjnych elektrowni wiatrowych oraz poprowadzenie instalacji elektrycznych. Konstrukcja elektrowni wiatrowej składa się z kilku zasadniczych elementów, są to:

• łopaty,
• gondola,
• wieża,
• opcjonalnie konstrukcja przejściowa,
• konstrukcja wsporcza,
• fundament.

Łopaty wieży elektrowni wiatrowej są to „śmigła”, które dzięki kształtowi swojego przekroju poprzecznego na skutek działania wiatru mogą się obracać napędzając tym samym turbinę elektrowni wiatrowej. Ich ruch jest możliwy dzięki różnym prędkością przepływu powietrza na górnej i dolnej powierzchni śmigła. Powoduje to, podobnie jak w przypadku skrzydeł samolotu, powstanie różnicy ciśnień na obu powierzchniach śmigła, która prowadzi do ruchu powietrza ze strefy o wysokim ciśnieniu do strefy o niskim ciśnieniu powodując tym samym powstanie siły nośnej i wprowadzenie w ruch łopaty. Cała energia kinetyczna przekazywana jest do turbiny znajdującej się w gondoli umieszczonej na szczycie wieży elektrowni wiatrowej.

Rozwój morskiej energetyki wiatrowej powoduje stale zwiększającą się ilość typów konstrukcji wsporczych. Jest to uwarunkowane koniecznością budowania farm elektrowni wiatrowych na coraz większych głębokościach i trudniejszych warunkach gruntowych. Powstało i nadal powstaje wiele różnych koncepcji posadowienia elektrowni, jednak w chwili obecnej do rozwiązań o zastosowaniu komercyjnym należy zaliczyć:

• pojedynczy pal wielkośrednicowy ( monopile),
• trójnóg, czwórnóg ( tripod, quattropod),
• konstrukcja kratownicowa ( jacket),
• konstrukcja trójpalowa ( tripiles),
• konstrukcja grawitacyjna ( gravity based substructure).

Największe zastosowanie w morskich elektrowniach wiatrowych znajduje konstrukcja z wykorzystaniem pala wielkośrednicowego z uwagi na łatwość produkcji, transportu oraz instalacji. Stosowanie tej konstrukcji, dla obecnie przyjmowanych wymiarów, przestaje być optymalne przy głębokościach większych niż 30 m. Jest to spowodowane znacznym wzrostem oddziaływań na konstrukcję i konieczność zwiększania jej średnicy co w konsekwencji prowadzi do znacznego wzrostu kosztu produkcji oraz instalacji. Przy większych głębokościach, jako bardziej optymalne, rozważane są rozwiązania z zastosowaniem konstrukcji trójnogu lub konstrukcji kratownicowej.