Turbiny wiatrowe – transportowe wyzwanie

Naczepy Faymonville CombiMAX to numer 1 w ofercie producenta w zakresie ładowności do 120 t. W pojazdach zoptymalizowano masę własną dzięki przemyślanej konstrukcji nośnej, osie wahadłowe PA-X pozwalają na uzyskanie pokładu ładunkowego o wysokości 790 mm, skok zawieszenia 600 mm ułatwia jazdę po nierównym terenie, kąt skrętu osi 60° zwiększa manewrowość. Podwójnie rozciągana naczepa CombiMAX w kombinacji 3+7 może być wykorzystywana do przewożenia najcięższych sekcji wieży (fot. Faymonville)

Transport elementów elektrowni wiatrowej na miejsce montażu stanowi nie lada wyzwanie. 75- czy 90-metrowe łopaty wirników są zbyt długie, aby możliwe było ich przetransportowanie po drogach w konwencjonalny sposób. Oczywistą trudnością jest też pokonywanie łuków czy zakrętów drogi, zwłaszcza w terenach zabudowanych.

Stojąca w porcie w Rotterdamie turbina GE Haliade-X o mocy 12 MW ma wysokość 260 m, łopaty wirnika mają długość 107 m, a wirnik z łopatami ma średnicę 220 m. Cała turbina waży 825 t – kolejne takie giganty już w przygotowaniu (fot. GE)

Na rynku farm wiatrowych w Europie budowane są obecnie turbiny wiatrowe o mocy dochodzącej do 8 MW, a łopaty ich wirników mają długość nawet do 90 m. Największe turbiny wiatrowe są w stanie generować moc 10 MW, a rekordzistka europejska, która stoi w porcie w Rotterdamie, to turbina GE Haliade-X o mocy 12 MW. Konstrukcja ta ma wysokość 260 m, łopaty wirnika mają długość 107 m, a wirnik z łopatami średnicę 220 m. Gondola waży 600 t, piasta z turbiną 60 t, a 3 łopaty 165 t. Cała turbina waży 825 t.
Niezależnie od mocy i wielkości turbiny dostarczenie poszczególnych jej komponentów z fabryki na farmę wiatrową jest zawsze sporym wyzwaniem transportowym.

Jak transportować?
Wraz z rozwojem technologii zwiększają się średnice wież. W tym zakresie dochodzimy jednak do górnej granicy możliwości w zakresie uzyskiwania zezwoleń na transport komponentów o tak dużych średnicach. Stosunkowo najmniejszy problem stwarzają same gondole turbin – mogą być transportowane w częściach, jednak nawet niektóre z nich okazują się na tyle duże, że do ich przetransportowania po drogach publicznych konieczne są zezwolenia i specjalistyczne środki transportu.
Wielu producentów specjalizujących się w wytwarzaniu pojazdów stosowanych w transporcie nienormatywnym ma w swojej ofercie wysoce specjalistyczne rozwiązania przeznaczone do realizacji zadań związanych z przewożeniem komponentów turbin wiatrowych. Są one konstruowane tak, aby w największym zakresie spełniać wymagania firm transportowych i instalacyjnych działających w branży wiatrowej. Do typowych komponentów turbin wiatrowych, do których transportu wymagane są pojazdy specjalistyczne, należą łopaty wirników, gondole turbin oraz segmenty wieży nośnej.

Ogólnie o konstrukcji
Podstawowym efektem pracy turbiny wiatrowej jest produkcja energii elektrycznej. Ta zależna jest od parametrów urządzenia i efektywności użytych podzespołów, wśród których najważniejsze to moc generatora, średnica wirnika i jakość systemów sterujących.

Goldhofer ma w ofercie system pozwalający na bezpieczne przewożenie gondoli elektrowni, uwzględniający niecentralne położenie środka ciężkości – zarówno w kierunku wzdłużnym, jak i poprzecznym. Gondola zostaje pewnie zamocowana pomiędzy dwiema belkami opuszczanego pokładu za pomocą specjalnego adaptera o regulowanym położeniu – stosowanie dodatkowych odciągów czy łańcuchów mocujących nie jest już konieczne. Mostek ładunkowy może być wykorzystany także do transportu innych ładunków, takich jak np. zbiorniki, a zastosowanie wózków jezdnych o maksymalnie 10 osiach daje maksymalną ładowność pojazdu do 95 t (fot. Goldhofer)

Głównymi modułami elektrowni wiatrowej są: wirnik, gondola, wieża, jej fundament oraz układ sterowania. W turbinach o poziomej osi obrotu wirnik musi być ustawiany zgodnie z kierunkiem wiatru. Ważną rolę w wirniku odgrywa liczba łopat – najpopularniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie w konstrukcji wirnika 3 łopat. Standardowo łopaty wirnika wykonuje się w oparciu o profile lotnicze z włókna węglowego wzmocnionego poliestrem i żywicami. W gondoli znajduje się generator, zespół napędowy turbiny, mechanizm odchyleń kierunkowych (zespół kierunkowy) oraz cały systemy sterujący.

Kluczowy element
Wieża jest ważnym elementem konstrukcji turbiny wiatrowej, ponieważ podtrzymuje gondolę oraz układ wirnika. Jej głównym zadaniem jest umieszczenie wirnika na odpowiedniej wysokości nad poziomem gruntu w celu lepszego wykorzystania wiatru – im wyżej, tym bardziej wietrznie i lepsze efekty stosowania turbiny.

Transport fragmentów wieży stwarza największe wyzwania, ponieważ zdarza się, że ich średnica (przekraczająca często 4,3 m) uniemożliwia pokonywanie wielu mostów czy wiaduktów w Europie. Transporter wieżowy – Turmtransporter firmy Broshuis – po pełnym rozsunięciu uzyskuje długość całkowitą 55 m, jednak osie skrętne i specjalne segmenty obrotowe ułatwiają pokonywanie zakrętów (fot. Broshuis)

Wieża, oprócz utrzymania ważącej często kilka do kilkunastu ton gondoli, przenosi także obciążenia grawitacyjne oraz momenty skręcające i gnące wynikające z działania wiatru. Wieża musi mieć nie tyko wymaganą wytrzymałość konstrukcyjną, ale również dużą odporność na działanie otoczenia, np. oszronienie, oblodzenie, ośnieżenie, deszcze i wyładowania atmosferyczne. Składa się ona z kilku sekcji o długości typowo 20–30 m, co ułatwia znacznie transport i montaż. Sekcje po dostarczeniu na miejsce budowy zestawia się i montuje w całość. Kształt wieży jest stożkowy, średnica wieży jest największa u podstawy – może to być nawet ponad 5 m, na samej górze 2 m. Baza wieży mocowana jest do fundamentu, który tworzy żelbetonowa konstrukcja o ciężarze przekraczającym 1000 t, rozmiarach rzędu 30 m na 50 m, umiejscowiona w ziemi na głębokości od 2 m do 10 m.

Ważna logistyka
Biorąc pod uwagę sukces całej operacji, jaką jest uruchomienie turbiny wiatrowej, planowanie logistyczne nabiera olbrzymiego znaczenia. Można spodziewać się wszelkich możliwych trudności, dlatego wszystkie etapy powinny być szczegółowo zaplanowane. Należy starannie dobrać środki transportu, wyznaczyć trasy, określić i zapewnić sprzęt niezbędny do za- i rozładunku oraz montażu końcowego. Większość podejmowanych operacji transportowych wymaga uzyskania stosownych zezwoleń. Komponenty turbin wiatrowych najczęściej kwalifikują się jako ładunki nienormatywne. Przykładowo: szeroko rozpowszechniony model turbiny Vestas V90 ma gondolę, która waży 75 t, łopaty o długości 62 m, a każda to łącznie 40 t, wieża – 152 t. Cała konstrukcja to 267 t.
Pojawia się zatem interesujące sprzężenie zwrotne: rozwój turbin wiatrowych i związany z tym wzrost wielkości tworzących je komponentów wymusił rozwój maszyn niezbędnych do ich budowy, takich jak naczepy specjalistyczne czy żurawie.

Naczepy Doll Vario N4S-0195 nie mają typowej belki nośnej, jaką spotykamy w naczepach rozsuwanych, przewoźnik dysponuje pojazdem o bardzo dużym prześwicie pozwalającym na pokonywanie wielu przeszkód na trasie (barierki, znaki drogowe, płotki itp.) bez ich czasochłonnego demontażu. Dzięki zakresowi obrotu do 85° oraz temu, że końcówkę łopaty można przesuwać na naczepie – ze zmiennymi zwisami od 6 m do 12 m – modele Doll Vario oferują niezrównany poziom manewrowości (fot. Doll Fahrzeugbau)