.jpg/1280px-Xiang_Rui_Kou_(51516207479).jpg)
Тренога — это тип фундамента для ветровых турбин в открытом море . Тренога обычно дороже других типов фундамента. Однако для больших турбин и большей глубины воды недостаток стоимости может быть компенсирован, если также принять во внимание долговечность.
Исследование морской ветроэнергетики началось с внедрения моносвайных фундаментов для ветровых турбин мощностью от 1 до 3 МВт на глубине воды около 10-20 м в 1990-х годах. [1] Германия столкнулась с глубиной воды до 40 м, когда она присоединилась к этой новой области возобновляемой энергии . В то же время появился класс турбин мощностью 5 МВт. Одним из представителей этого нового поколения турбин была Multibrid M5000 с диаметром ротора 116 м, позже 135 м под марками Areva и Adwen . Первый прототип этой машины был возведен в Бремерхафене в 2004 году на берегу. Уже на этом этапе Бремерхафен поддержал разработку от имени BIS Bremerhavener Gesellschaft für Investitionsförderung und Stadtentwicklung mbH.
Начиная с нового века, велся поиск подходящего фундамента для будущих крупных турбин и больших глубин воды с учетом доступных методов геотехнической оценки, производственных процессов, оборудования для забивки свай , а также логистического и монтажного оборудования. Одним из результатов стал фундамент Tripod. Первый проект был разработан компанией OWT – Offshore Wind Technology в Лере (Германия) в 2005 году. Tripod был спроектирован как единое целое с башней с самого начала. Трехногая конструкция достигает от морского дна обычно до 20 м над уровнем морской воды, надежно удерживая болтовой фланец наверху вдали от гребня волн. Эта секция позволяет оборудовать ее на берегу всеми необходимыми функциями с точки зрения причаливания лодки, прокладки кабеля и, что не менее важно, системами защиты от коррозии. Центральная колонна спроектирована как открытая система, обеспечивающая неограниченный обмен воды в каждом цикле прилива . Это обстоятельство выгодно, когда система защиты от коррозии должна быть спроектирована для внутренних поверхностей.
Штатив фиксируется сваями среднего размера на морском дне. Сваи могут быть предварительно забиты или забиты столбами. Также был спроектирован фундамент всасывающего ковша . Первую секцию башни, называемую S3, предполагается установить на море на вершине штатива с помощью болтового фланцевого соединения. Эта секция содержит внешнюю сервисную платформу и входную дверь. Эта секция независимо доступна для электрооборудования и процедур холодного ввода в эксплуатацию. Кроме того, она обеспечивает просто высоту, которую можно сэкономить на стороне штатива. Высота штатива уже составляет около 60 м для глубины воды 40 м.
В 2006 году OWT разработала для Multibrid GmbH демонстрационный образец Tripod onshore, изготовленный и смонтированный в Бремерхафене, Германия, компанией WeserWind GmbH Offshore Construction Georgsmarienhütte. Это стало началом длительного сотрудничества между разработчиком и производителем турбин Multibrid, проектировщиком фундамента OWT и изготовителем WeserWind. Между тем, конструкция в достаточной степени покрывает требования к фундаменту морской турбины, изготовление было даже сложным с точки зрения размера и формы конструкции. В то время WeserWind поддерживала в плане изготовления и сборки ее дочерняя компания IAG Industrieanlagenbau Georgsmarienhütte GmbH, также входящая в группу Georgsmarienhütte. Первая эксплуатация турбины сопровождалась исследовательским проектом IMO-Wind. [2] Были предприняты первые шаги в мониторинге состояния, включая определение кривых напряжения , так называемое обследование «горячих точек», для того чтобы можно было провести сравнение с расчетными моделями.
В 2008 году были построены штативы в качестве подконструкции для шести морских ветровых турбин Multibrid M5000 в проекте Alpha Ventus . Alpha Ventus планировалось как первое испытательное поле для исследования морской ветроэнергетики в немецких водах. Проектная организация — Deutsche Offshore-Testfeld und Infrastruktur GmbH & Co. KG, DOTI. Он был основан в 2006 году компаниями EWE AG (47,5%), E.ON Climate & Renewables Central Europe GmbH и Vattenfall Europe Windkraft GmbH (по 26,25%) при содействии Stiftung Offshore Windenergie. Федеральное министерство окружающей среды Германии BMU поддержало ряд исследовательских проектов, которые были обобщены в инициативе RAVE (Исследования в Alpha Ventus). Была получена обширная база опыта и знаний для строительства, ввода в эксплуатацию и эксплуатации будущих морских ветровых электростанций . Штативы были изготовлены компанией Aker Kvaerner в Вердале, Норвегия. Горизонтальная сборка штативов была реализована в соответствии с местным производственным опытом верфи, полученным в ходе изготовления крупных нефтяных и газовых опор, с последующим переворачиванием и, конечно, вертикальной отправкой из Норвегии на морской терминал в Эмсхавене. Транспортировка штативов на место была выполнена Taklift 4 от Boskalis по одному.
2010 год ознаменовал собой следующую веху в развертывании турбины M5000 с основанием Tripod. Два проекта Borkum West II и Global Tech I решили возвести свои фермы с использованием этой технологической платформы. 40 Tripod были заказаны каждым проектом в первую очередь почти в одно и то же время. Предвидя этот спрос, WeserWind разработала подход к серийному производству Tripod в предыдущие годы совместно с Dr. Möller GmbH / IMS Nord, [3] Бремерхафен. Ключевыми параметрами этого подхода являются концепция вертикальной сборки, установка сборочной линии с числом рабочих станций до девяти, транспортировка растущих структур от имени большегрузных железнодорожных перевозчиков по сборочной линии и интегрированная операция по выгрузке на специально изготовленный понтон. Основываясь на этой концепции, Georgsmarienhütte выпустила инвестиционную программу по строительству этого сборочного цеха с двумя параллельными линиями в Люнедайхе, Бремерхафен. Здание было введено в эксплуатацию в начале 2011 года, а в июне был завершен первый Borkum-West II-Tripod.
В декабре 2011 года понтон был освящен, и морской терминал ABC-Peninsula был введен в эксплуатацию BLG Logistics Solutions GmbH & Co. KG после существенной модернизации. Наконец, в период с 2011 по 2013 год на этом объекте было построено 100 штативов. Время цикла для всего завода было сокращено до пяти календарных дней на конструкцию. Цикл разгрузки был сокращен до четырех часов. Также SIAG Emden и консорциум Iemants NV с Eiffage Construction Métallique SAS во Флиссингене изготовили в общей сложности 20 штативов за это время в вертикальном положении. Технология морской транспортировки значительно развилась со времен Alpha Ventus. Морской строительный самоподъемный кран «Innovation» от HGO InfraSea Solutions GmbH & Co. KG был введен в эксплуатацию в 2012 году и выполнил свою первую работу для Global Tech 1, перевозя три штатива и комплекты свай на парус. Крановые суда «Станислав Юдин» и «Олег Страснов» компании SHL Seaway Heavy Lifting работали на проекте Borkum West II.
Особенностью Tripod является сочетание надводной конструкции, например, решения Monopile с малой открытой поверхностью, надежной работой в сценариях риска и легким переходом к башенной части с поддерживающим эффектом и работой решетчатой конструкции. Горячие точки избегаются в агрессивной среде зоны брызг благодаря конструкции, что позволяет проводить свободную оценку коррозионной усталости .
В ветроэнергетике координация динамики структуры, характеризующейся частотами, на которых она в основном качается, имеет особое значение из-за возбуждения ротором турбины. Поведение Tripod находится между Monopile, который имеет тенденцию быть более мягким, и Jacket, который, в свою очередь, более жесткий.
Область применения с точки зрения глубины воды изначально прогнозировалась как минимум на глубине 25 метров и до 50 метров. [4] Впечатляюще развивающаяся технология Monopile в последние годы переместила область их применения далеко на 40 метров в настоящее время. Поэтому Tripod исчез со сцены. Помимо более высоких затрат на изготовление Tripod, затраты на транспортировку и установку могут стать еще более сопоставимыми по мере роста конструкций. Наконец, особая пригодность Tripod к системам защиты от коррозии останется существенным отличием от Monopile. Эксплуатационные характеристики конструкций в течение срока службы и комплексная оценка активов на более поздних этапах жизненного цикла могут дать основания для примирения аргументов.
По сравнению с другими решетчатыми конструкциями, такими как Jackets, Tripod фиксируется сваями на морском дне. Количество трех ножек обеспечивает достаточную устойчивость в несвайной или не зацементированной ситуации, что дает надежное погодное окно для установки. Параметры конструкции свай могут быть независимо выбраны из самого Tripod и четко отражают геотехнические потребности. Нет необходимости применять защиту от размыва .
Соединение со сваей обычно достигается с помощью залитого соединения. Это метод, при котором специальный бетон заливается в зазор между сваей и гильзой сваи. Благодаря полученному композитному эффекту нагрузки передаются с гильзы на сваю и, таким образом, в грунт. Процесс залитой под воду заливки требует высокой компетентности в проектировании, планировании и выполнении процессов. Стабильная умеренная температура под водой поддерживает температурно-чувствительный процесс затвердевания затирки.
Опорное действие основано на отклонении изгибающего момента башни на сваи, которые затем по существу только тянут или толкают. Это требует комбинации верхних и нижних ног, которые создают рычаг. В качестве альтернативы вместо сваи можно использовать всасывающий ковш. Для сравнения, моносвая распределяет свои нагрузки, боковым образом стабилизируясь в грунте.
Трубчатые узлы являются характерным элементом дизайна в решетчатых конструкциях, где трубы пересекаются друг с другом. Предпочтительно, чтобы входящие трубы, заглушки, оставались в определенном соотношении диаметров (0,8) к непрерывной трубе, хорде, для достижения эффективных эффектов несущей способности. Этот эффект определяет окончательные размерные соотношения.
Толщина пластин в морских фундаментах хорошо адаптирована к местным нагрузкам. Сбалансированное использование материала может быть достигнуто за счет проектирования, поскольку размер морского фундамента велик по сравнению с размером горячекатаных пластин . Треноги и монопилы представляют собой оболочечные конструкции . Толщина их стенок относительно мала по сравнению с диаметром. Поэтому они должны быть проверены с точки зрения прогиба оболочки . Башня, центральная труба и опоры собираются из цилиндрических или конических секций, банок, с индивидуальной длиной от 2 до 4 м. Толщина стенок находится в диапазоне от 40 до 60 мм в центральной колонне, несколько банок в областях с высоким напряжением до 90 мм. Толщина стенок конических опор составляет от 20 до 30 мм.
Срок службы является центральным требованием к проекту. В классической нефтегазовой промышленности морские волновые нагрузки уже учтены. Работа ветровых турбинных генераторов вызывает дополнительные высокие динамические рабочие нагрузки. Это было впечатляюще продемонстрировано в проекте Growian, который представлял собой двухлопастную наземную турбину мощностью 3 МВт, которая вышла из строя в 1983 году по этой причине.
Методы FEM в основном используются для оценок. Только эти более обширные инструменты позволяют подробно отражать кривые напряжений и обеспечивать точность, необходимую для проектирования. Время расчета было значительно сокращено за счет моделирования по сценарию и увеличения скорости вычислений, что увеличило скорость итераций и, таким образом, улучшило результаты оптимизации. [5]
Основание Tripod для оффшорных ветровых турбин представляет собой выдающийся вклад в начало промышленного использования энергии оффшорного ветра в немецких водах. Оно родилось в творческой скорлупе немецких пионеров оффшорного ветра и расширило свой потенциал, приобретя дополнительных партнеров в большую многопрофильную команду, реализующую видение. Тот факт, что 126 турбин, основанных на Tripods, в настоящее время работают, является результатом длительного надежного сотрудничества ряда заинтересованных сторон.
В 2014 году было проведено кабинетное исследование с целью оценки осуществимости концепции фундамента для следующего поколения турбин мощностью 8 МВт и диаметром ротора более 160 м. Было важно продемонстрировать ограниченное увеличение веса, выдерживающее еще более высокие нагрузки, и, таким образом, одобрить все существующие процессы изготовления и монтажа из ранее реализованных проектов.
Сегодня накопленные за десятилетие знания в области оффшорной инженерии являются своего рода нематериальным активом, который можно вкладывать в новые проекты с использованием концепций Monopile, Jacket или, почему бы и нет, Tripod, изучая последние достижения в области снижения стоимости энергии.
{{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link){{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)