Stal jest jednym z kluczowych materiałów w produkcji komponentów dla morskiej energetyki wiatrowej. Naukowcy badają obecnie beton jako alternatywę w fundamentach i wieżach turbin wiatrowych. Koncepcja jest prosta, ale wiąże się z kilkoma wyzwaniami.
Betonowe fundamenty nie są najnowszą koncepcją w sektorze morskiej energetyki wiatrowej. Materiał ten jest stosowany w fundamentach grawitacyjnych (gravity based structure – GBS), które są już wdrażane na rynku globalnym. Naukowcy przekonują, że zastosowanie betonowych konstrukcji nośnych dla morskich turbin wiatrowych oferuje wiele potencjalnych korzyści w porównaniu do wież wykonanych wyłącznie ze stali, w tym większą trwałość, dłuższą żywotność, zwiększone możliwości pracy i znacznie cichsze prowadzenie działań pod wodą. Kluczem jest zbadanie wytrzymałości zmęczeniowej betonu zanurzonego przez wiele lat w morskiej wodzie, podatnego na dużą liczbę naprężeń. Być może koniecznie będzie wzmocnienie betonowych fundamentów dodatkowym wstawkami – ze stali. Jednak i te rozwiązanie spowoduje znaczenie ograniczenie zależności branży od tego surowca, które drożeje na skutek wysokich cen energii elektrycznej.
Rozwiązanie badają naukowcy z amerykańskich uczelni Tufts University i University of Illinois. Dotychczas z badań wynika, że zastosowanie stalowych prętów wewnątrz betonu znacznie zwiększa zdolność zmęczeniową, a tym samym żywotność operacyjną fundamentu i wieży w porównaniu z konstrukcjami tylko betonowymi. Stal jest również chroniona przed korozją, gdy jest „zamknięta” w betonie.
Większe naprężenia takie jak huragany, charakterystyczne dla obszaru USA, we wczesnym okresie eksploatacji konstrukcji uszkadzają ją trwale w sposób, który sprawia, że późniejsze naprężenia o niższym poziomie (tj. obciążenia eksploatacyjne) są bardziej dotkliwe niż byłyby w przeciwnym razie – wskazują amerykańscy naukowcy.
W ramach tego badania, naukowcy skompilowali bazę danych pochodzących z ponad 2500 testów wytrzymałości zmęczeniowej betonu, realizowanych w ramach kilkudziesięciu badań.
Istnieją obawy zastosowania betonu w morskiej energetyce wiatrowej pod względem zrównoważonego rozwoju. Beton wymaga cementu, które produkcja jest odpowiedzialna za około 8 proc. globalnych emisji dwutlenku węgla.
Jak czytamy na stronie amerykańskiego departamentu energetyki (DOE), średnia wartość emisji CO2e w produkcji cementu stosowanego w fundamentach lądowych i morskich turbin wiatrowych wynosi około 1 gram w przeliczeniu na kilowatogodzinę produkcji energii elektrycznej. Stanowi to około 10 proc. emisji w sektorze lądowej i morskiej energetyki wiatrowej - odpowiednio około 11 g/kWh i 12 g/kWh. Z kolei emisja z produkcji energii elektrycznej z gazu ziemnego wynosi średnio 490 g/kWh, a z węgla 820 g/kWh. Oznacza to, że w dalszym ciągu zastosowanie cementu w fundamentach wiatrowych będzie korzystne niż użytkowanie elektrowni węglowych i gazowych. W celu rozwiania tych obaw, zespół badawczy analizuje też wydajność zmęczeniową betonów niskoemisyjnych produkowanych przy użyciu alternatywnych substytutów cementu.
Dodatkowym wyzwaniem dla fundamentów betonowych jest dłuższy czas produkcji w porównaniu do konstrukcji stalowych. Problem ten można rozwiązać poprzez prefabrykację fundamentów betonowych.
Fot. Depositphotos
Nie ma czasu do stracenia. Europejska energetyka wiatrowa musi przyśpieszyć
Byli członkowie zarządu PGE bez absolutorium
Mniejsi przedsiębiorcy chcą mocniej zaangażować się we współpracę z sektorem offshore
Podatek od nieruchomości a farmy wiatrowe w Polsce
Polish Offshore Wind Podcast - Zbroja Adwokaci - Dominika Taranko
Farma Dobrej Energii: poznaj moc bałtyckiego wiatru w Ustce z Fundacją PGE