Morska turbina wiatrowa (WTG) stanowi zaawansowany i autonomiczny system elektromechaniczny. Maszyna konwertuje energię kinetyczną wiatru na prąd przemienny oddawany do sieci. Architektura obiektu wymusza zastosowanie ścisłej, modułowej struktury budowlanej. Specjalistyczne statki instalacyjne (HLV) montują poszczególne komponenty bezpośrednio na docelowym akwenie morskim.

Posadowienie na dnie morskim: monopile i jacket

Wybór fundamentu zależy wprost od twardości gruntu i głębokości wody w danym sektorze farmy. Płytkie wody Morza Bałtyckiego warunkują użycie stalowych rur o bardzo dużej średnicy zewnętrznej. Konstrukcja typu Monopile przenosi obciążenia dynamiczne rotującego wirnika prosto na twarde podłoże skalne.

Statki dźwigowe wbijają wielotonowy fundament w dno wykorzystując potężne młoty hydrauliczne. Energia uderzenia pojedynczego cyklu przekracza regularnie wartość 4000 kJ. Inżynierowie analizują na żywo dane akustyczne i wibracyjne podczas procedury palowania (Pile Driving). Zapobiega to mechanicznemu wyboczeniu rury w starciu z podwodnym głazem.

Akweny głębsze wymuszają zastosowanie stalowych konstrukcji kratownicowych typu Jacket.

• Technicy mocują strukturę do dna za pomocą zestawu cienkich pali kotwiących (Pin Piles).
• Połączenia te wymagają zatłoczenia specjalistycznej zaprawy cementowej prosto do wnętrza tulei fundamentowych.
• Zdalnie sterowane roboty podwodne (ROV) układają dywany z głazów wokół stalowej bazy.
• Operacja zapobiega szybkiemu wypłukiwaniu piasku przez prądy denne (Scour Protection).

Element przejściowy maszyny: transition piece (TP)

Transition Piece (TP) łączy wbitą rurę fundamentową bezpośrednio z wieżą główną turbiny. Konstrukcja ta pełni rolę głównego węzła komunikacyjnego i logistycznego dla statków obsługi serwisowej. Zewnętrzny płaszcz TP posiada drabiny, stacje dokujące dla katamaranów (CTV) oraz wytyczone lądowiska dla helikopterów.

Stocznie produkcyjne wyposażają TP w wewnętrzne pomosty robocze i rozdzielnice niskiego napięcia. Montażyści instalują tam zewnętrzne żurawiki serwisowe obsługiwane ręcznie (Davit Crane). Pozwala to na sprawny i bezpieczny transport narzędzi z pokładów falujących jednostek pływających. Wewnątrz konstrukcji osadzone są wygięte rury osłonowe (J-Tubes) kierujące podmorskie kable zasilające.

Trwałe połączenie bazy TP z fundamentem monopile bazuje na wstrzyknięciu zaprawy (Grout) w szczelinę pierścieniową.

• Płynny materiał wypełnia przestrzenie tolerancyjne, precyzyjnie niwelując odchyłki pionu wbijanego wcześniej pala.
• Inspektorzy jakości monitorują na bieżąco gęstość, lepkość i temperaturę wiązania betonu morskiego.
• Zastygnięta całkowicie spoina trwale usztywnia węzeł przed docelowym montażem wyższych partii stalowej maszyny.

Wieża turbiny wiatrowej i łączenie kołnierzowe

Maszt turbiny wiatrowej (Tower) składa się z trzech lub czterech lakierowanych sekcji rurowych. Dźwigi statków instalacyjnych podnoszą te segmenty, nakładając je pionowo na przygotowany kołnierz TP. Wnętrze zmontowanej wieży mieści aluminiową windę serwisową, ciągi pionowych drabin z systemem Cabloc oraz rurociągi chłodzące.

Montaż sekcji wieży opiera się na łączeniu tysięcy śrub strukturalnych na stykach kołnierzowych. Certyfikowani technicy autoryzowani w systemie GWO BTTI-M obsługują masywne klucze kasetowe i moduły napinające. Zasilają te stalowe narzędzia mobilnymi pompami hydraulicznymi utrzymującymi stałe ciśnienie robocze rzędu 700 barów.

Prawidłowy montaż uszczelnionego kołnierza wymaga precyzyjnego przestrzegania instrukcji techniczno-ruchowej producenta (DTR).

• Monter dokładnie oczyszcza powierzchnie stykowe ze smarów ochronnych i pyłu przed opuszczeniem elementu.
• Zespół inżynierów dokręca śruby naprzemiennie we wzorze gwiazdy, uzyskując zadany moment dokręcania (Torque).
• Pracownik pokrywa specjalnym markerem przemysłowym nałożone nakrętki M48 dokumentując poprawność wykonania linii przed audytorem.

Maszynownia turbiny morskiej: gondola (nacelle)

Gondola (Nacelle) tworzy szczelną osłonę dla ogromnego generatora i urządzeń sterujących maszyny. Gruby płaszcz wykonany z laminatu z włókna szklanego chroni kluczowe moduły przed destrukcyjnym wpływem mgły solnej. Zewnętrzna stacja filtracyjna utrzymuje warunki klimatyczne we wnętrzu odpowiadające wymaganiom dla strefy korozyjnej C5-M.

Transport ciężkich podzespołów naprawczych do wnętrza gondoli wykorzystuje zintegrowany wciągnik łańcuchowy (Nacelle Crane). Operator prowadzi ramię i steruje udźwigiem za pomocą przewodowego lub radiowego pilota roboczego. Wykonywanie tych operacji sprzętowych nakłada na polskiego technika obowiązek przedłożenia ważnego uprawnienia UDT w kategorii II S.

Falowniki i transformatory generują olbrzymie ilości gorącego ciepła odpadowego w zamkniętej obudowie. Instalatorzy łączą układy pomp obiegowych z ogromnymi dachowymi wymiennikami ciepła (Cooling System). Grube rurociągi z glikolem chłodzącym oplatają precyzyjnie najważniejsze szafy elektryczne oraz stojan generatora głównego.

System kierunkowania pod wiatr: yaw system

Turbina wiatrowa musi nieustannie podążać za zmieniającym się wiatrem w celu optymalizacji i maksymalizacji produkcji prądu. Układ odchylania gondoli (Yaw System) spina fizycznie obudowę maszynowni z najwyższym kołnierzem wieży. Konstrukcja mechaniczna składa się z utwardzanego wieńca zębatego i kompletu potężnych zacisków hamulcowych.

Podwójne anemometry ultradźwiękowe zlokalizowane na dachu odbierają i wysyłają cyfrowe dane prosto do sterownika PLC.

• Komputer maszyny systemowo uwalnia ciśnienie hydrauliczne z tarcz obejmujących pierścień ślizgowy.
• Kilka silników elektrycznych współpracujących z przekładniami planetarnymi wprawia gondolę w powolny obrót kierunkowy.
• Po wyrównaniu wektora i osiągnięciu zadanego kąta układ ponownie zamyka hamulce uniemożliwiając rotację wtórną.

Konwersja energii: generator i technologia direct drive

Czołowi producenci sektora morskiego aplikują w nowych maszynach technologię napędu bezpośredniego (Direct Drive). Taka architektura mechaniczna całkowicie eliminuje wadliwą skrzynię biegów (Gearbox) powszechnie stosowaną w starych jednostkach lądowych. Wał główny kutego wirnika napędza tu bezpośrednio potężny rotor generatora osadzonego na magnesach trwałych (PMG).

Wykluczenie z projektu stalowej przekładni zębatej obniża krytyczną awaryjność maszyny stacjonującej na otwartym oceanie. Znacznie mniejsza liczba wirujących łożysk i trybów skutecznie redukuje fizyczne tarcie oraz zużycie materiałowe komponentów. Wersja Direct Drive ułatwia zarządcom planowanie przerw serwisowych i drastycznie zmniejsza wydatki departamentu utrzymania ruchu (OpEx).

Specjaliści wymieniają zepsute segmenty magnesów stojana wykorzystując podwieszane suwnice wnętrzowe. Inżynierowie utrzymują zdefiniowaną i bezpieczną odległość roboczą od silnych, stałych pól magnetycznych (EMF). Zbliżenie luźnych kluczy nasadowych grozi natychmiastowym ich wyrwaniem z rąk montera i zgnieceniem palców dłoni.

Regulacja kąta łopat: układ obrotowy piasty (hub)

Piasta wirnika (Hub) to potężny, kulisty odlew żeliwny mocujący trzy uformowane łopaty do przedniego kołnierza wału. Wejście techników do tego stale obracającego się środowiska nakłada absolutny nakaz zakładania twardych blokad maszynowych. Monter wbija ciężki, siłownikowy sworzeń bezpośrednio w tarczę hamulcową wału (Rotor Lock) zgodnie ze schematami procedur LOTO.

Wewnątrz zamkniętej piasty funkcjonuje wysoce niezależny układ siłowników kontrolujących nachylenie łopat (Pitch System).

• Sterownik PLC rotuje niezależnie każdą łopatą wokół jej własnej, wzdłużnej osi wektorowej.
• Zmniejszanie powierzchni i kąta natarcia odpowiednio redukuje przeciążenia całej ramy przy uderzeniach huraganu.
• Zanik prądu wyzwala zrzut oleju z akumulatorów awaryjnych, ustawiając kompozyty w tak zwaną pozycję chorągiewki (Feathering).

Serwis zaworów w Hubie wymaga ważnych kwalifikacji uwiarygodnionych w systemie GWO HEBS. Autoryzowany mechanik zdejmuje zmagazynowaną energię upuszczając ciśnienie azotu do poziomu zera barów. Całkowite odcięcie medium chroni instalatora przed okaleczeniem podczas rutynowej wymiany węży hydraulicznych rozdzielacza (Manifold).

Wyposażenie zewnętrzne wirnika: łopaty kompozytowe (blades)

Współczesne łopaty obracające się nad powierzchnią Morza Bałtyckiego osiągają długość strukturalną rzędu 115 metrów. Specjalistyczne zakłady laminują aerofoil używając rolowanych mat z włókna szklanego, utwardzanych żywic epoksydowych i podłużnych belek z włókna węglowego (Spar Caps). Smukły profil generuje dużą siłę nośną wprawiając wirnik w rotację przy najmniejszych ruchach mas powietrza.

Prędkość styczna na samych końcówkach łopaty dochodzi do groźnej bariery 90 metrów na sekundę. Generuje to stałą erozję materiału na krawędzi natarcia (Leading Edge) wywoływaną twardymi uderzeniami kropel wody i drobin piasku. Wysłani technicy z certyfikatami IRATA wykonują zwisy linowe odtwarzając fabryczną gładkość ubytków dedykowanymi masami poliuretanowymi.

Smukłe elementy kompozytowe przejmują na siebie bezpośrednie uderzenia wyładowań piorunowych o niszczącej mocy dochodzącej do 200 kA.

• System Ochrony Odgromowej (LPS) chowa wewnątrz struktury plecione kable o grubym przekroju miedzianym.
• Niewielkie metalowe receptory na krawędziach laminatu punktowo przechwytują impuls przekierowując strumień fali na sploty puszki montażowej.
• Centralny węzeł uziemiający przerzuca prąd przez obudowę łożysk bezpośrednio po płaszczu maszyny i topi energię w słonej wodzie gruntu.

Przesył wygenerowanego prądu: sieć podmorska i szafy GIS

Uzwojenie miedziane stojana podaje oddany prąd przemienny do chłodzonego transformatora zamontowanego za obudową gondoli. Moduł transformatorowy radykalnie podwyższa napięcie wiatraka do bałtyckiego standardu przesyłowego na rzędzie 66 kV. Odpowiednio podwyższony parametr przesyłu skutecznie minimalizuje liniowe straty przesyłowe oporu na wielokilometrowych dystansach podwodnych rurociągów.

Statki kablowe wciągają sekcje morskich przewodów (Inter-array cables) do podestu maszyny przy użyciu wyciągarek osadzonych na fundamentach TP.

• Autoryzowani elektromonterzy ścinają ekrany izolacyjne kabli wykonanych w standardzie krzyżowego polietylenu (XLPE).
• Instalatorzy naciskają końcówki praskami i wsuwają głowice stożkowe do zamkniętych gniazd w wodoszczelnych morskich rozdzielnicach.
• Szafy dystrybucyjne operują w oparciu o hermetyczną izolację opartą na niepalnym sześciofluorku siarki (GIS).

Manipulacje sprzętowe w szafach SN na koncesjach RP podlegają wyłącznie pod rygory polskiego prawa energetycznego. Monter offshore posługuje się zdanym uprawnieniem SEP G1 dla punktów obejmujących stanowiska Dozoru (D) i Eksploatacji (E). Inżynier podaje napięcie stałe z generatora impulsowego na linię (VLF Test) i zatwierdza poprawną oporność kabla w protokole zdawczym fazy Commissioning.

Wejdź w sektor offshore dysponując wiedzą o architekturze komponentów oraz wymogach do ich instalacji w rygorze morskim. Uruchom zawodowy profil kandydata na portalu WorkForWind, zmapuj swoje uprawnienia mechaniczne i złóż wyceny na obsługę najbliższych etapów konstrukcyjnych.