1. WSTĘP. Logistyka - nauka. Marcin Łopuszyński Politechnika Opolska, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki Logistyka budowy elektrowni wiatrowych

Transkrypt

1 Marcin Łopuszyński Politechnika Opolska, Wydział Inżynierii Produkcji i Logistyki Logistyka budowy elektrowni wiatrowych 1. WSTĘP Realizacja dyrektywy 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. nakłada na państwa członkowskie Unii Europejskiej obowiązek zwiększenia produkcji energii ze źródeł odnawialnych [1,2]. W związku z tym wzrosło tempo powstawania farm elektrowni wiatrowych. W chwili obecnej budowane są elektrownie wiatrowe o mocy do 4,5 MW [3,4]. W testach są już nawet jednostki o mocy wyjściowej 8 MW. Ze wzrostem mocy elektrowni związane jest również zwiększenie rozmiarów oraz masy. Rys. 1 Główne elementy elektrowni wiatrowej Źródło: opracowanie własne na podstawie sxc.hu Łopaty, które są elementami niepodzielnymi, mają długości od 35 m do 70 m (Rys. 1). Wersje testowe elektrowni mają łopaty o długości blisko 85 m. Oprócz długości ponadnormatywnej również masa przekracza normatywne wartości sięgające 35 t. Drugim elementem jest gondola, w której mieści się m.in. generator, transformator, serwomechanizmy, hamulec, skrzynia biegów oraz inne elementy sterujące i zabezpieczające np. przed pożarem. Takie wyposażenie gondoli sprawia, że jej waga wynosi dla omawianych elektrowni ton. Natomiast elektrownie testowe (8 MW) posiadają gondole o wadze przekraczającej 350 t. Trzecim głównym elementem jest wieża. W zależności od miejsca, w którym ma być instalowana jej wysokość waha się od 80 do 120 m. Ze względu na długość dzielona jest najczęściej na 5 sekcji, z których dolna może ważyć nawet 200 ton. Oprócz wyżej wymienionych elementów przy budowie elektrowni wiatrowych wykorzystywane są gotowe fundamenty, wytworzone przez producenta danej elektrowni. Są to żelbetowe walce o średnicy kilkunastu metrów i wadze kilkudziesięciu ton. Element ten ze względu na rozmiary jest dzielony na trzy części. Każda z tych części jest osobno transportowana. Kolejnym ponadgabarytowym obiektem jest transformator. Urządzenie to może ważyć ok. 100 t. Do transportu elementów elektrowni wiatrowej wymagany jest zatem specjalistyczny sprzęt od miejsca produkcji do miejsca budowy. Ponadto instalacja na miejscu budowy wymaga odpowiednich dźwigów. Zastosowanie sprzętu transportowego jest uzależnione od miejsca instalacji elektrowni. Farmy elektrowni wiatrowych budowane są zarówno na lądzie jak i na morzu.

2 2. LOGISTYKA TRANSPORTU 2.1. Transport lądowy Transport lądowy jest najczęściej wykorzystywanym typem transportu elektrowni wiatrowych. Można tu wyróżnić transport drogowy oraz transport kolejowy [5,6]. Zarówno jeden jak i drugi ma zalety i wady. W transporcie drogowym każdy element elektrowni musi być przewieziony osobno. Wyjątek stanowią łopaty, które w niektórych przypadkach (krótszych długości) umieszczane są na jednym pojeździe w specjalnym koszu (Rys. 2). Rys. 2 Transport łopat za pomocą kosza Źródło: Celem przetransportowania łopat wykorzystywane są naczepy dłużycowe, których długość może dochodzić do 62 m. W przypadku wyjątkowo długich łopat wykorzystywane są naczepy bez dźwigara łączącego tylni wózek z ciągnikiem. Firmy specjalizujące się w transporcie elementów elektrowni wiatrowych wyposażone są w naczepy dedykowane do transportu łopat. Tego typu naczepy charakteryzują się: większą masą ok. 30 ton w porównaniu do tradycyjnych naczep ważących ok. 18 t jest to istotne ze względu na niesymetryczny kształt łopat; dzięki większej masie podczas jazdy ładunek jest stabilny, możliwością podniesienia ładunku do nawet 2,2 m, co ułatwia przejazd przez ronda jak również podniesienie ładunku nad barierkami ochronnymi (Rys. 3), Rys. 3 Naczepa z możliwością podnoszenia ładunku Źródło: maksymalnym skrętem osi wynoszącym 60 stopni i czasem obrotu osi 10 s cechy te istotnie poprawiają manewrowość zestawu. Warto również wspomnieć o specjalnych naczepach wykorzystywanych do transportu łopat w okolicach górskich. Tego typu naczepa nie posiada tylnego wózka. Na przednim wózku łopata przymocowana jest do hydraulicznych siłowników, które umożliwiają podniesie lub opuszczenie końca łopaty (Rys. 4).

3 Rys. 4 Naczepa do transportu łopat w górskim terenie Źródło: Do transportu elementów wieży wykorzystywane są naczepy modułowe ze specjalnymi adapterami, naczepy niskopodwoziowe do przewozu rur lub specjalne naczepy do transportu wież elektrowni (Rys. 5). W praktyce ze względu na ilość elementów wykorzystywane są wszystkie wymienione typy naczep. Do przewozu dolnej części wieży o największej średnicy dochodzącej nawet do 7 m wykorzystywana jest naczepa wyposażona w specjalne lift adaptery (przedni i tylni, Rys. 5). Rys. 5 Naczepa do transportu rur wież wiatrakowych Źródło: Każdy z tych adapterów ma zdolność podniesienia ładunku na wysokość 2,2 m, co ułatwia przejazd przez ronda i wąskie zakręty na zjazdach z autostrad. Hydrauliczne adaptery pozwalają podnieść ładunek bez użycia dźwigu, co jest kolejną funkcjonalnością przydatną przy tego typu ładunkach. Dodatkową pozytywną cechą jest osadzenie adapterów na wózkach lub naczepach modułowych przez obrotnicę. Tylne wózki takich zestawów posiadają osie skrętne nawet do 80 stopni. Transport gondol oraz transformatorów i elementów fundamentowych realizowany jest za pomocą naczep modułowych (Rys. 6) lub niskopodwoziowych. Są to elementy o dużej masie, co wymaga zastosowania wieloosiowych naczep. Niekiedy gondole i transformatory transportowane są za pomocą tych samych naczep, które zostały omówiony przy okazji transportu rur wież. Rys. 6 Transport transformatora Źródło:

4 Rozładunek jak i załadunek łopat i rur przebiega z zastosowaniem dwóch dźwigów. Transport kolejowy jest ograniczony głównie przez szerokość przewożonego ładunku np. rur wież, jak i wysokość np. rur wież, transformatorów [6]. Zaletą tego rodzaju transportu jest możliwość transportowania dużej liczby elementów np. łopat w jednym zestawie. Inną zaletą jest możliwość przewożenia ładunków o dużej masie. W Polsce ze względu na infrastrukturę kolejową jak przewody trakcji elektrycznej na wysokości 5,25 m oraz bliskość słupów podtrzymujących przewody i torowiska transport koleją jest utrudniony i przez to w tej dziedzinie rzadko stosowany Transport morski Jednym z największych producentów elektrowni wiatrowych na świecie są Chiny. Wyroby tego kraju są kupowane między innymi przez kraje europejskie. Najtańszym sposobem przetransportowania elementów elektrowni jest transport morski. Wykorzystywane są do tego celu statki wielozadaniowe, ciężarowce konwencjonalne oraz masowce. Ten ostatni umożliwia przetransportowanie nawet 20 wież stumetrowych o łącznej wadze niespełna 4800 ton. Elementy wyładowane są za pomocą dwóch dźwigów a następnie tymczasowo magazynowe w terminalach kontenerowych jak np. BCT (Rys. 7). Następnie transportem drogowym elementy przewożone są na miejsce budowy farm wiatrowych. Rys. 7 Rozładowanie transportu elementów elektrowni wiatrowych w BCT w Gdyni Źródło: s-trojmiasto.pl 2.3. Transport powietrzny Transport powietrzny elementów elektrowni wiatrowych jest bardzo ograniczony ze względu na rozmiary. W roku 2010 przeprowadzono pomyślnie zakończoną próbę transportu dwóch łopat o długości 42,1 m z Chin do Dani. Wykorzystano w tym celu największy na świecie samolot transportowy Antonov An-225. Transport drogą lotniczą jest ponadto najdroższym z transportów, dlatego w przypadku elektrowni wiatrowych ma zastosowanie jako ciekawostka bardziej niż praktyczne zastosowanie. Rys. 8 Transport powietrzny łopat Źródło:

5 3. LOGISTYKA BUDOWY ELEKTROWNI WIATROWEJ 3.1. Na lądzie Gabaryty elementów elektrowni wiatrowej wymagają do jej zainstalowania odpowiedniego sprzętu oraz wyspecjalizowanego personelu. Plac budowy jest ściśle zaplanowany (Rys. 9)[7]. Nie ma miejsca na przypadkowe rozlokowanie obiektów, ponieważ elementy mają dużą masę a główny dźwig musi je wynieść na wysokość przekraczającą sto metrów. Rys. 9 Plan placu budowy elektrowni wiatrowej o wysokości wieży 112 m Źródło: opracowanie własne na podstawie Jako główny dźwig wykorzystywane są najczęściej gąsienicowe, kratowe dźwigi o udźwigu ton i wysokości metrów w zależności od wysokości wieży. Niekiedy w tym celu stosowane są dźwigi teleskopowe jak np. GTK 1100, który może wynieść ładunek ponad osiemdziesięciotonowy na wysokość 112 metrów. Oprócz dźwigu głównego wymagane są dwa mniejsze samojezdne dźwigi, które rozładowują transporty jak również uczestniczą przy montażu dźwigu głównego. W trakcie montażu

6 elementów wieży dźwig pomocniczy zabezpiecza jeden koniec rury. W tym czasie główny dźwig podnosi za drugi koniec do góry. Po wyprostowaniu rury dźwig pomocniczy jest odpinany. Podobnie jest z podnoszeniem łopaty w przypadku montażu na górze lub wnoszeniu głowicy z zamontowanymi łopatami (Rys. 10). Rys. 10 Montaż wirnika elektrowni wiatrowej Źródło: W przeszłości próbowano montażu całej elektrowni w pozycji poziomej. Następnie za pomocą siłowników hydraulicznych podnoszono całą konstrukcję do pozycji pionowej. W chwili obecnej przy rozmiarach elektrowni sięgających 200 metrów jest to zbyt ryzykowne i nieopłacalne. Tę metodę stosuje się w przypadku elektrowni o wysokości ok. 20 metrów Na morzu Elektrownie montowane na morzu są takich samych rozmiarów jak te na lądzie. Różnica jest w osadzeniu w podłożu. W tym środowisku jako jeden ze sposobów budowy jest ustawienie na stalowych pływakach i przymocowanie do dna morskiego. Są to elektrownie pływające. Drugim rodzajem miejsc budowania farm wiatrowych są wody, gdzie głębokość jest rzędu dwudziestu metrów. Wówczas konstrukcje przytwierdzane są na stałe do podłoża. Do instalacji wież wykorzystywane są specjalistyczne statki tzw. ciężarowce samopodnośne, które na pokład zabierają kilka elektrowni (Rys. 11). Rys. 11 Statek do montażu elektrowni wiatrowych na morzu Źródło:

7 Statek wyposażony jest w mocny dźwig o nośności 1500 ton oraz cztery nogi. Dzięki nogom postawionym na dnie statek podnoszony jest nad poziom morza i w ten sposób zabezpieczony przed utratą równowagi podczas prac montażowych [8]. Na pokład może zabrać ładunek o masie 8000 ton. Elektrownie pływające montowane są w całości na lądzie a następnie na platformach transportowane w morze, gdzie za pomocą lin przytwierdzane są do dna morskiego. Rys. 12 Metody osadzenia elektrowni wiatrowych na morzu Źródło: PODSUMOWANIE Logistyka jest wszędzie tam, gdzie wymagana jest precyzja. Bardzo ważne miejsce zajmuje w transporcie oraz budowie elektrowni wiatrowych. Są to urządzenia o dużych rozmiarach oraz masie. Budowa elektrowni wiatrowych jest bardzo prężnie rozwijającą się gałęzią energetyki. Z roku na rok powstają nowe większe i mocniejsze wiatraki. Wymagają bardzo dokładnej produkcji oraz precyzyjnego montażu. Do tego celu potrzebny jest wykwalifikowany personel oraz specjalistyczny sprzęt. W obecnej chwili produkowany jest sprzęt specjalistyczny dedykowany do transportu jak i montażu elektrowni wiatrowych zarówno do zastosowań na lądzie oraz na morzu. Transport lądowy głownie skupiony na transporcie drogowym z niewielkim procentem transportu kolejowego. W Polsce dominującą gałęzią jest transport drogowy. Morskie farmy wiatrowe montowane są przy pomocy specjalistycznych statków, które budowane i remontowane są również w polskiej stoczni w Gdańsku. Chociaż montaż elektrowni wiatrowych przy wsparciu istniejącego sprzętu nie jest aż tak czasochłonny (od 24 do 72 godzin dla jednej elektrowni), to jednak organizacja przedsięwzięcia trwa kilka lat. Nadal jest to bardzo droga inwestycja zarówno z punktu widzenia samej produkcji jak również transportu i logistyki. Streszczenie Artykuł prezentuje aktualne rozwiązania logistyczne dotyczące transportu oraz montażu elektrowni wiatrowych. Skupiono uwagę na elektrowniach o mocy od 2 MW do 4,5 MW, które są standardem w obecnej chwili. Przedstawiony sprzęt specjalistyczny podzielono na zastosowanie na lądzie oraz na morzu. Wyszczególniono różne gałęzie transportu. W zwięzły sposób zobrazowano proces montażu elektrowni na lądzie oraz na morzu. Słowa kluczowe: logistyka, transport, elektrownie wiatrowe Wind turbine build logistic Abstract This article presents the current logistics solutions for the transport and installation of wind turbines. The author focuses on plants with a capacity of 2 MW to 4.5 MW, which are standard in the present moment. Presented specialized equipment is divided into application on land and at sea. It lists the various modes of transport. It briefly summarizes the installation process plants on land and act sea.key words: logistic, transportation, wind power

8 LITERATURA [1] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. [2] Paska J., Surma T., Energetyka wiatrowa w Unii Europejskiej - stan obecny oraz perspektywa roku 2020, Rynek Energii 2/2012 [3] Enercon, dostęp 6 lipca 2014 r. [4] Vestas, dostęp 6 lipca 2014 r. [5] Kotowska I., Barzyk G., Transport drogowy elementów elektrowni wiatrowych w warunkach polskich, dostęp 6 lipca 2014 r. [6] Kotowska I., Barzyk G., Alternatywne możliwości transportu elementów elektrowni wiatrowych w warunkach Polski, IX Forum OZE, Warszawa 2004, dostęp 6 lipca 2014 r. [7] Enercon GmbH, Civil Works, Road and Crane Requirements, dostęp 6 lipca 2014 r. [8] Crist S.A., dostęp 6 lipca 2014 r.