Rodzaje fundamentów turbin morskich

Pływający słup

Pływający słup (ang. SPAR) to rodzaj fundamentu przypominającego spławik z obciążeniem, będący długą, wąską stalową rurą z pustym wnętrzem. Rura ta wystaje z wody na niewielką wysokość, na której zamocowana jest platforma z turbiną wiatrową. Reszta rury jest zanurzona pod wodą i wypełniona ballastem, np. żwirem, co zapewnia jej stabilność. Fundament ten jest połączony z dnem morskim za pomocą trzech lub więcej lin lub łańcuchów, które zapobiegają jego przemieszczaniu się w poziomie.

Do głównych zalet tego rozwiązania należą:

• możliwość budowy na bardzo głębokich wodach (do 200 m i więcej),
• wysoka stabilność oraz odporność na falowanie i silne wiatry,
• łatwy i relatywnie tani transport oraz instalacja (rura może być holowana w poziomie i ustawiana pionowo na miejscu),
• możliwość wykorzystania standardowych linii produkcyjnych turbin lądowych.

Wśród wad wymienia się:

• duże rozmiary i ciężar rur,
• znaczne obciążenie na linach i kotwicach,
• wysokie zużycie materiałów,
• znaczący wpływ na środowisko morskie, w tym zakłócenia w ekosystemie dna i wody.

Przykładem zastosowania fundamentu SPAR jest projekt Hywind Tampen, opracowany przez norweską firmę Equinor. W 2017 roku uruchomiono tam pierwszą komercyjną farmę wiatrową na pływających słupach o mocy 30 MW na wodach Szkocji. Obecnie planowane są kolejne inwestycje w Korei Południowej, Japonii i Stanach Zjednoczonych.

Ze względu na wysoką konstrukcję fundamentu SPAR, jego użycie jest możliwe tylko na głębokościach powyżej 100 metrów. Farma Hywind Tampen znajduje się na głębokości od 260 do 300 m.

Źródło: Equinor

System TLP

System TLP (ang. tension leg platform) to pływająca platforma z turbiną wiatrową, połączona z dnem morskim za pomocą co najmniej czterech napiętych lin, które utrzymują ją w stabilnej pozycji. Linami tymi platforma jest stale naciągnięta, co zapobiega jej pionowym i poziomym ruchom wywołanym przez fale i wiatr. Konstrukcja platformy może mieć różne kształty, od prostokątnych, przez trójkątne, po okrągłe, wykonane z różnych materiałów, takich jak stal, beton czy kompozyty.

Zalety rozwiązania TLP to:

• możliwość budowy na głębokich wodach (do 100 m i więcej),
• wysoka stabilność i minimalne wychylenia platformy,
• mniejsze rozmiary i masa w porównaniu do fundamentów typu SPAR,
• niższe zużycie materiałów i energii podczas produkcji i eksploatacji,
• mniejszy wpływ na środowisko morskie w porównaniu z innymi fundamentami.

Wśród wad wymienia się:

• duże obciążenia na linach i kotwicach,
• konieczność stosowania specjalistycznych turbin dostosowanych do ruchów platformy,
• skomplikowane i kosztowne transport i instalacja.

Przykładami zastosowania systemu TLP są projekty WindFloat, opracowany przez portugalską firmę Principle Power. Pierwsza prototypowa turbina o mocy 2 MW została zbudowana w 2011 roku na pływającej platformie trójkątnej u wybrzeży Portugalii. W 2019 roku uruchomiono tam farmę o mocy 25 MW. Obecnie planowane są kolejne inwestycje we Francji, Japonii i USA.

TLP to również najdroższa spośród trzech koncepcji pod względem kosztów produkcji i montażu systemu kotwiczącego.

Źródło: www.sbmoffshore.com

Fundament półzanurzalny

Fundament półzanurzalny (ang. semi-submersibles), określany także jako pływająca kratownica, to konstrukcja stosowana na wodach głębokich powyżej 40 m. To stalowa lub betonowa forma w kształcie piramidy lub pryzmy, częściowo zanurzona w wodzie, służąca do podtrzymania platformy z turbiną wiatrową. Jest połączona z dnem morskim za pomocą kilku lin lub łańcuchów, które zapewniają stabilność w poziomie. Turbina może znajdować się na środku platformy lub na szczycie jednej z kolumn, z koniecznością dodania balastu w przypadku montażu na kolumnie. Firma Hexicon zaproponowała ciekawą koncepcję, w której na jednej platformie umieszczono dwie bliźniacze turbiny – rozwiązanie to jest jeszcze w fazie testów, ale wyniki są obiecujące.

Zalety tego rozwiązania to:

• możliwość budowy w portach lub suchych dokach,
• dobra stabilizacja siłowni,
• niższy koszt systemu kotwiczącego w porównaniu do TLP.

Wśród wad wymienia się:

• większe obciążenia na linach i kotwicach niż w systemie TLP,
• konieczność stosowania specjalistycznych turbin dostosowanych do ruchów konstrukcji.

Przykładami realizacji są projekty Wind Fload i Fukushima FORWARD. W 2013 roku powstała pierwsza prototypowa turbina o mocy 20 kW na pływającej platformie betonowej u wybrzeży USA, a w 2020 roku uruchomiono farmę o mocy 12 MW na wodach tego kraju. Obecnie planuje się kolejne inwestycje w Europie i Azji.

W ubiegłym roku firma Gazelle Wind Power przedstawiła koncepcję pływającego, hybrydowego półzanurzalnego fundamentu z dynamicznym systemem cumowania, który rozdziela funkcje pływalności i stabilności, tworząc lżejszą i bardziej zwartą platformę od obecnie używanych rozwiązań.