Budowa morskich farm wiatrowych — fundamenty, montaż i logistyka

Budowa morskiej farmy wiatrowej to wieloletni proces obejmujący kolejne fazy: od badań wstępnych i planowania przestrzennego, przez roboty fundamentowe i instalację turbin, aż po uruchomienie i przyłączenie do lądowej sieci elektroenergetycznej. Złożoność logistyczna wynika z pracy w środowisku morskim, gdzie warunki atmosferyczne i hydrologiczne ściśle ograniczają okno dostępności sprzętu i personelu.

Faza przygotowawcza — badania i pozwolenia

Przed podjęciem decyzji inwestycyjnej przeprowadzane są wieloletnie pomiary wiatru za pomocą pław meteorologicznych lub masztów pomiarowych. W polskiej strefie ekonomicznej warunki wiatrowe są monitorowane m.in. przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Równolegle wykonywane są badania geotechniczne i geofizyczne dna morskiego, których celem jest określenie składu i nośności gruntu.

Lokalizacja farmy wymaga uzyskania decyzji o pozwoleniu lokalizacyjnym, oceny oddziaływania na środowisko (OOŚ) oraz pozwolenia na wznoszenie i wykorzystywanie sztucznych wysp, konstrukcji i urządzeń w polskich obszarach morskich — na podstawie ustawy o obszarach morskich RP i administracji morskiej.

Typy fundamentów stosowanych na Bałtyku

Wybór rodzaju fundamentu uzależniony jest od głębokości wody, nośności gruntu oraz warunków hydrodynamicznych. W polskiej strefie ekonomicznej Morza Bałtyckiego głębokości wahają się od kilkunastu do ponad czterdziestu metrów.

Fundamenty monopilowe

Monopile to stalowe cylindryczne pale wbijane hydraulicznie w dno morskie. Są najszerzej stosowanym rozwiązaniem na głębokościach do około 30–35 metrów. Średnica pala waha się współcześnie od 6 do ponad 10 metrów, a masa jednostkowa przekracza niekiedy tysiąc ton. Wibropneumatyczne systemy wbijania generują znaczny hałas podwodny, co obliguje operatorów do stosowania ekranów akustycznych podczas fazy instalacji.

Fundamenty kratownicowe (jacket)

Konstrukcje stalowe kratownicowe stosowane są na głębokościach, przy których monopile stają się nieopłacalne lub technicznie trudne do wykonania. Cztery lub trzy nogi kotwiczone są oddzielnymi palami w dnie. Wymagają większego nakładu materiałowego, lecz są bardziej sztywne i odporne na obciążenia cykliczne.

Fundamenty grawitacyjne

Betonowe lub stalowe podstawy oparte na sile grawitacji stosowane są na podłożach skalnych lub bardzo twardych piaskach. Wymagają szczegółowego przygotowania podłoża — usunięcia sedymentów i wypoziomowania dna. Stosowane m.in. we wczesnych duńskich farmach (Vindeby, Middelgrunden).

Montaż wież, gondol i łopat

Instalacja nadziemnych elementów turbiny odbywa się za pomocą wyspecjalizowanych statków instalacyjnych klasy jack-up — platform samopodnoszących się, opieranych na nogach wpieranych w dno morskie. Stabilizacja platformy eliminuje wpływ falowania na precyzję montażu.

Wieże dostarczane są w segmentach o masie kilkuset ton każdy. Gondola z przekładnią i generatorem montowana jest jako jeden blok na szczycie wieży. Łopaty instalowane są oddzielnie lub jako gotowy wirnik (tzw. metoda „bunny ear"). Długość łopat nowoczesnych turbin morskich przekracza 100 metrów.

Kable podmorskie i infrastruktura elektryczna

Energia z turbin przesyłana jest kablem podmorskim 33 kV do morskiej podstacji transformatorowej, skąd — po transformacji na wyższe napięcie — przesyłana jest do brzegu kablem eksportowym. W przypadku dużych farm stosuje się technologię HVDC (prąd stały wysokiego napięcia), minimalizującą straty przesyłowe na długich dystansach.

Kable układane są w rowkach wyciętych w dnie morskim (wirnikiem tnącym lub strumieniem wody pod ciśnieniem), a następnie zasypywane i monitorowane pod kątem ekspozycji wywoływanej przez prądy denne.

Harmonogram i logistyka

Kompletny cykl budowy farmy o mocy kilkuset megawatów trwa zazwyczaj od czterech do siedmiu lat — licząc od pierwszych badań do uruchomienia komercyjnego. Prace instalacyjne na morzu możliwe są głównie w miesiącach od maja do września, gdy wysokość fali i prędkość wiatru mieszczą się w limitach operacyjnych sprzętu.

Porty instalacyjne muszą dysponować nabrzeżem zdolnym do obsługi ciężkich jednostek pływających oraz rozległymi placami składowymi dla sekcji wież i gondol. W regionie Bałtyku funkcję portów offshore pełnią m.in. Rostock, Świnoujście i Gdańsk.