Fundament jedno-palowy z płytą oporową

Dla obecnie budowanych morskich elektrowni wiatrowych o mocy 5 MW ze stałą wieżą nie można obecnie zastosować fundamentu jedno-palowego ponieważ wymagana średnica fundamentu przekraczałaby 5 m, a na rynku brak jest sprzętu wiertniczego, przy pomocy którego można byłoby wwiercić w dno morza fundament o takiej średnicy.

Firma EKO-PRO przedstawia rozwiązanie z zastosowaniem fundamentu jedno-palowego z płytą oporową, którego średnica nie przekracza 4,75m. Płyta oporowa jest formowana z ciężkiego betonu na lądzie w postaci kręgów o masie 50 - 100 ton. Po wwierceniu fundamentu w dno morza, zostają wpuszczone kręgi płyty oporowej, które osiadają na dnie morza, na końcu wsypuje się żwir w szczelinę między fundamentem i kręgami i fundament jest gotowy. Proponowane rozwiązanie przedstawiono na rys. 4. Może ono być stosowane dla elektrowni wiatrowych ze stałą wieżą o mocy 5 MW instalowanych na głębokościach do 35 m.

Zalety przyjętego rozwiązania przedstawiono poniżej.

• Mniejsze zaangażowanie sprzętu i personelu przy montażu w porównaniu z innymi współczesnymi rozwiązaniami, co przelicza się na duże oszczędności finansowe.
• Oszczędność drogiej stali, która jest częściowo zastąpiona przez tani ciężki beton.
• Możliwość zastosowania fundamentów jedno-palowych krótszych o około 1,5 krotną wysokość płyty oporowej, co oznacza dodatkową oszczędność stali.
• Przy małej głębokości wody, możliwość zastosowania mniejszej średnicy fundamentu jedno-palowego, w tym wypadku oszczędność stali będzie jeszcze większa.

(więcej informacji)

Zasada działania fundamentu jedno-palowego z płytą oporową.

Załączony rysunek (rys. 4) wyjaśnia zasadę działania fundamentu jedno-palowego z płytą oporową.
Działanie siły parcia wiatru na wirnik przenosi się, odpowiednio zwiększone, na wierzchołek fundamentu na wysokości H₂ w postaci siły poziomej F₁ i momentu gnącego M₁ , co z kolei wywołuje równoważne siły reakcji działające na grunt.
Współdziałanie poszczególnych elementów fundamentu jedno-palowego z płytą oporową polega na tym, że jedną część sił reakcji ΣR₁ stanowią siły tnące w gruncie wokół fundamentu jedno-palowego, drugą część sił reakcji stanowi siła tarcia R₂ występująca na styku powierzchni gruntu dna akwenu ze spodnią częścią płyty oporowej.
Zakłada się, że w proponowanym rozwiązaniu powierzchnia fundamentu jedno-palowego równoważy część sił tnących w gruncie do granicy ich dopuszczalnych wartości i płyta oporowa zupełnie niezależnie równoważy pozostałą część sił tnących w gruncie, których fundament jedno-palowy nie jest w stanie zrównoważyć ze względu na zbyt małą jego średnicę.

Wielkość siły tarcia jest zależna od chropowatości i od ciężaru płyty oporowej.
Współczynnik chropowatości statycznej został określony doświadczalnie (Photo 1).
Płyta oporowa powinna mieć dużą masę właściwą, co najmniej 3 g/cm³
Beton ciężki z dodatkiem około 25% złomu żelaznego będzie najlepszym materiałem.
Żwir lub inny twardy materiał, wsypany między fundament jedno-palowy i płytę oporową, przenosi poziomą siłę z fundamentu jedno-palowego na płytę oporową i jednocześnie nie przeszkadza w osiadaniu płyty oporowej na dnie.

Firma EKO-PRO może określić parametry techniczne fundamentu jedno-palowego dla konkretnych warunków stosując metodę ekstrapolacji wyników obliczeń komputerowych dla podobnego fundamentu jedno-palowego z dość dużą dokładnością.
Jest ona wystarczająca dla wykonania fundamentu prototypowego i dla przetestowania go.
Możliwa również byłaby odpowiednia modyfikacja programu komputerowego dla obliczania fundamentu jedno-palowego z płytą oporową.

Możliwości zastosowania fundamentu jedno-palowego z płytą oporową.

Zastosowanie fundamentu jedno-palowego z płytą oporową przyniesie największe korzyści przy budowie elektrowni wiatrowych ze stałą wieżą o mocy 5 MW.

Jednak dla mniejszych jednostek o mocy 3 lub 3,6 MW, zwłaszcza w lokalizacjach gdzie woda jest płytka, może się okazać celowe zastosowanie mniejszej średnicy fundamentu jedno-palowego z płytą oporową. Wówczas drogą stal zastąpimy tanim ciężkim betonem i koszt wiercenia może być mniejszy. Może się okazać, że w sumie będzie to tańsze rozwiązanie.

Jeżeli zdecydujemy się postawić elektrownię wiatrową z obrotową wieżą o mocy 5 MW, to prawdopodobnie zastosowanie fundamentu jedno-palowego z płytą oporową nie będzie konieczne, ale znów względy ekonomiczne mogą przesądzić o celowości zastosowania takiego rozwiązania.

Przyszłościowa elektrownia wiatrowa z obrotową wieżą o mocy 2x5=10 MW z pewnością będzie wymagała zastosowania fundamentu jedno-palowego z płytą oporową.