Штатив (фундамент)
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Тренога — это тип фундамента для морских ветряных турбин . Штатив обычно дороже других типов фундамента. Однако для больших турбин и большей глубины воды недостаток стоимости может быть компенсирован, если также принять во внимание долговечность.
История
[ редактировать ]Начало морской ветроэнергетики
[ редактировать ]Исследование морской ветроэнергетики началось с внедрения в 1990-х годах моносвайных фундаментов для ветряных турбин мощностью от 1 до 3 МВт на глубине воды от 10 до 20 метров. [1] Германия столкнулась с глубиной воды до 40 метров, когда присоединилась к этой новой области возобновляемых источников энергии . Тогда же 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 установлен в Бремерхафене в 2004 году на берегу. Уже на этом этапе Бремерхафен поддержал разработку от имени BIS Bremerhavener Gesellschaft für Investitionsförderung und Stadtentwicklung mbH.
Разработка основания штатива
[ редактировать ]С нового столетия ведется поиск подходящей основы для будущих крупных турбин и больших глубин воды с учетом доступных методов геотехнической оценки, процессов изготовления, оборудования для забивки свай , а также логистического и монтажного оборудования.Одним из результатов стал фонд «Трипод». Первый проект был разработан компанией OWT – Offshore Wind Technology в Леере (Германия) в 2005 году. С самого начала штатив был спроектирован как единое целое с башней. Трехопорная конструкция простирается от морского дна на высоту обычно до 20 м над уровнем морской воды, удерживая прикрученный сверху фланец на безопасном расстоянии от гребня волн. Эта секция позволяет оборудовать на берегу все функции, необходимые для причаливания лодки, прокладки кабеля и, что не менее важно, систем защиты от коррозии. Центральная колонна спроектирована как открытая система, обеспечивающая неограниченный водообмен в каждом цикле прилива . Это обстоятельство выгодно, когда необходимо спроектировать систему защиты от коррозии для внутренних поверхностей.
Штатив закрепляется на морском дне с помощью штыревых свай среднего размера. Сваи могут быть заложены заранее или после закладки. с всасывающим ковшом Также был спроектирован фундамент . Первую секцию башни, получившую название S3, планируется установить на море поверх треноги с помощью болтового фланцевого соединения. В этой секции находится внешняя служебная платформа и входная дверь. Этот раздел имеет независимый доступ для электрооборудования и процедур холодного ввода в эксплуатацию. Кроме того, он обеспечивает просто высоту, которую можно сохранить на стороне штатива. Высота штатива уже составляет около 60 метров при глубине воды 40 метров.
В 2006 году компания OWT для Multibrid GmbH разработала береговой демонстратор штатива, который был изготовлен и установлен в Бремерхафене, Германия, компанией WeserWind GmbH Offshore Construction Georgsmarienhütte. Это было началом длительного сотрудничества между разработчиком и производителем турбин Multibrid, разработчиком фундамента OWT и производителем WeserWind. Между тем, проект в достаточной степени удовлетворяет требованиям фундамента морской турбины, изготовление которого было даже сложным с точки зрения размера и формы конструкции. На этот раз в производстве и монтаже WeserWind поддерживала дочерняя компания IAG Industrieanlagenbau Georgsmarienhütte GmbH, которая также входит в группу Georgsmarienhütte. Первая эксплуатация турбины сопровождалась исследовательским проектом IMO-Wind. [2] Были предприняты первые шаги по мониторингу состояния, включая определение кривых напряжений , так называемое обследование «горячих точек», чтобы обеспечить возможность сравнения с расчетными моделями.
Крупномасштабные развертывания
[ редактировать ]В 2008 году штативы были построены в качестве опорной конструкции для шести морских ветряных турбин Multibrid M5000 в рамках проекта Alpha Ventus . Альфа-Вентус планировался как первое испытательное поле для исследования морской ветровой энергии в водах Германии. Организатором проекта выступила компания Deutsche Offshore-Testfeld und Infrastruktur GmbH & Co. KG, DOTI. Она была основана в 2006 году компаниями EWE AG (47,5%), E.ON Climate & Renewables Central Europe GmbH и Vattenfall Europe Windkraft GmbH (каждая по 26,25%) при поддержке 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 широкая база опыта и знаний для строительства, ввода в эксплуатацию и эксплуатации будущих морских ветряных электростанций . Штативы были изготовлены компанией Aker Kvaerner в Вердале, Норвегия. Горизонтальная сборка штативов была реализована в соответствии с местным производственным опытом верфи, полученным при изготовлении крупных нефтегазовых кожухов, с последующим переворачиванием и, конечно же, вертикальным перемещением из Норвегии на морской терминал в Эмсхавене. Перевозка штативов к месту проведения осуществлялась компанией «Таклифт 4» из г. Боскалис один за другим.
2010 год стал очередной вехой в выпуске турбины M5000 на треноге. Два проекта Borkum West II и Global Tech I решили построить свои фермы с использованием этой технологической платформы. По каждому проекту в первую очередь было заказано по 40 штативов практически одновременно. Предвидя этот спрос, компания WeserWind за несколько лет до этого разработала подход к серийному производству штативов совместно с Dr. Möller GmbH/IMS Nord. [3] Бремерхафен. Ключевыми параметрами этого подхода являются концепция вертикальной сборки, установка сборочной линии, включающей до девяти рабочих мест, транспортировка растущих конструкций от имени тяжеловесных железнодорожных транспортных средств вдоль сборочной линии и комплексная операция по разгрузке на склад. понтон индивидуального изготовления. На основе этой концепции компания Georgsmarienhütte разработала инвестиционную программу строительства сборочного цеха с двумя параллельными линиями в Люнедайхе, Бремерхафен. Здание было введено в эксплуатацию в начале 2011 года, а в июне был построен первый штатив Borkum-West II.
В декабре 2011 года понтон был крещен и морской терминал ABC-Peninsula был сдан в эксплуатацию компанией 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 всего завода составило до пяти календарных дней на конструкцию. Цикл выгрузки был достигнут до четырех часов. Также SIAG Emden и консорциум Iemants NV с Eiffage Construction Métallique SAS во Флиссингене произвели за это время в общей сложности 20 штативов в вертикальном положении. Технология морских перевозок значительно изменилась со времен Alpha Ventus. Самоподъемное судно для морского строительства «Инновация» от HGO InfraSea Solutions GmbH & Co. KG было введено в эксплуатацию в 2012 году и выполнило свою первую работу для Global Tech 1, перевозя три штатива и комплекта свай на каждое парусо. Для Borkum West II эксплуатировались крановые суда «Станислав Юдин» и «Олег Страсснов» компании SHL Seaway Heavy Lifting.
Конкретные технические характеристики
[ редактировать ]Пригодность и условия использования
[ редактировать ]Особенностью штатива является сочетание надводной конструкции типа монопилы с небольшой открытой поверхностью, надежной работой в сценариях риска и легким переходом к башенной части с поддерживающим эффектом и характеристиками решетчатой конструкции. исключены Горячие точки в агрессивной среде зоны брызг благодаря конструкции, позволяющей проводить бесплатную оценку коррозионной усталости .
В ветроэнергетике особое значение имеет согласованность динамики конструкции, характеризующаяся частотами ее преимущественного качания, за счет возбуждения ротором турбины. Поведение штатива находится между монопилем, который имеет тенденцию быть более мягким, и кожухом, который, в свою очередь, более жесткий.
Первоначально предполагалось, что область применения с точки зрения глубины воды составит от 25 метров до 50 метров. [4] Впечатляюще развивающаяся за последние годы технология Monopile расширила сферу ее применения до 40 миллионов в настоящее время. Поэтому Штатив исчез со сцены. Помимо более высоких затрат на изготовление штативов, затраты на транспортировку и установку могут стать еще более сопоставимыми по мере роста конструкций. И, наконец, существенным отличием от монопилы будет особая совместимость штатива с системами защиты от коррозии. Показатели работы структур на протяжении всего срока службы и комплексная оценка активов на более поздних стадиях жизненного цикла могут дать повод для согласования аргументов.
По сравнению с другими решетчатыми конструкциями, такими как Джекетс, штатив фиксируется сваями на морском дне. Количество трех опор обеспечивает достаточную устойчивость в незабетонированном или незалитом положении, что обеспечивает надежное погодное окно для установки. Расчетные параметры свай могут быть выбраны независимо от самого штатива и четко отражают геотехнические потребности. Нет необходимости применять защиту от вымывания .
Соединение со сваей обычно осуществляется с помощью затирки. Это метод, при котором специальный бетон заливается в зазор между сваей и втулкой сваи. За счет возникающего композиционного эффекта нагрузки передаются от втулки к свае и, следовательно, в грунт. Процесс погружной цементации требует высокой компетентности в проектировании, планировании и выполнении процессов. Стабильная умеренная температура под водой поддерживает процесс отверждения затирки, чувствительный к температуре.
Структурные фоны
[ редактировать ]Опорное действие основано на отклонении изгибающего момента башни на сваи, которые затем по существу лишь тянут или толкают. Это требует сочетания верхних и нижних конечностей, которые создают рычаг. Альтернативно, вместо кучи можно использовать всасывающее ведро. Для сравнения, моносвая распределяет нагрузку за счет боковой стабилизации в земле.
Трубчатые узлы являются характерным элементом конструкции решетчатых конструкций, где трубы пересекаются друг с другом. Предпочтительно, чтобы входящие трубы, патрубки, сохраняли определенное соотношение диаметров (0,8) к непрерывной трубе, хорде, для достижения эффективного несущего эффекта. Этот эффект определяет конечные размерные соотношения.
Толщина плит морского фундамента хорошо адаптирована к местным нагрузкам. Сбалансированное использование материала может быть достигнуто за счет проектирования, поскольку размеры морского фундамента велики по сравнению с размерами горячекатаных листов . Треноги и моносваи представляют собой конструкции-оболочки . Толщина их стенок относительно мала по сравнению с диаметром. Поэтому их необходимо доказать с точки зрения потери устойчивости оболочки . Башня, центральная труба и опоры собираются из цилиндрических или конических секций-банок индивидуальной длиной от 2 до 4 м. Толщина стенок в центральной колонне находится в пределах от 40 до 60 мм, у некоторых банок в зонах повышенной нагрузки — до 90 мм. Толщина стенок конических ножек варьируется от 20 до 30 мм.
Срок службы является центральным требованием к конструкции. В классической нефтегазовой отрасли морские волновые нагрузки уже учитываются . Работа ветрогенераторов вызывает дополнительные динамические эксплуатационные нагрузки. Это впечатляюще наблюдалось в проекте Growian, который представлял собой двухлопастную береговую турбину мощностью 3 МВт, которая вышла из строя в 1983 году по этой причине.
Методы расчета
[ редактировать ]FEM Для оценок в основном используются методы . Только эти более обширные инструменты позволяют детально отобразить кривые напряжений и обеспечить точность, необходимую для расчета. Время вычислений было значительно сокращено за счет сценарного моделирования и увеличения скорости вычислений, что увеличило скорость итераций и, таким образом, улучшило результаты оптимизации. [5]
Резюме и перспективы
[ редактировать ]Фундамент Tripod для морских ветряных турбин представляет собой замечательный вклад в начало промышленного использования энергии прибрежного ветра в водах Германии. Она родилась в творческой среде немецких пионеров морской ветроэнергетики и расширила свой потенциал, привлекая новых партнеров в большую многопрофильную команду, реализующую это видение. Тот факт, что 126 турбин, установленных на вершинах штативов, в настоящее время работают, является результатом длительного и надежного сотрудничества ряда заинтересованных сторон.
В 2014 году было проведено кабинетное исследование для оценки осуществимости концепции фундамента для следующего поколения турбин мощностью 8 МВт и диаметром ротора более 160 м. Было важно продемонстрировать ограниченное увеличение веса, способное выдерживать еще более высокие нагрузки, и, таким образом, утвердить все существующие процессы изготовления и монтажа из реализованных ранее проектов.
Сегодня накопленные за десятилетие штативов знания в области морского машиностроения являются своего рода нематериальным активом, который можно использовать в новых проектах с использованием концепций Monopile, Jacket или, почему бы и нет, штативов, изучая новейшие достижения в области снижения стоимости энергии.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фундаменты и фундаментные конструкции» . offshore-windenergie.net . Архивировано из оригинала 2 октября 2014 года.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Фритцен, Клаус-Петер, доктор технических наук. «Интегрированная система мониторинга и оценки морских ветроэнергетических установок» . Зигенский университет .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «ИМС Норд – Справочник» . www.ims-nord.de .
- ^ «Три ногами в открытом море» . deutschlandfunk.de .
- ^ «Статья о штативах» . Архивировано из оригинала 4 мая 2016 года . Проверено 3 июля 2016 г.
