Větrné elektrárny VII. – Jak se staví větrná elektrárna
Stavba větrné elektrárny je v porovnání s jinými typy elektráren poměrně rychlá a jednoduchá. I tak má svá zjevná specifika, která se projevují nejen v samotné stavbě a v transportu jednotlivých dílů, ale i v délce povolovacího procesu v poměru k době stavby. Sedmý díl seriálu přibližuje, jak se staví větrná elektrárna.
Odpověď většiny investorů zní – těžko. Nemají přitom na mysli vlastní stavbu, ale několikaleté období „papírování“. I když investoři vlastní pozemek, mají několikaletým měřením ověřeny větrné poměry, mají hotový projekt i zajištěné financování, musí překonat u nás i několikaletou barikádu stavebního řízení, nechat si vyhotovit řadu posudků včetně nezbytného posudku vlivu na životní prostředí EIA, stanovisek obcí i krajů a reagovat na opakující se protesty jednotlivců i občanských sdružení. V Česku tak – na rozdíl od sousedního Německa, Rakouska a Polska – obor periodicky stagnuje, o čemž svědčí porovnání s rozvojem oboru a růstem instalací v těchto zemích. Nepříznivému politickému prostředí pro stavbu větrných elektráren byl na TZB-info věnován samostatný komentář. Nyní se již podívejme na samotný proces stavby.
Ideální kalendář – od záměru k zahájení provozu
Česká společnost pro větrnou energii publikovala na svých stránkách teoretický časový harmonogram přípravy a stavby větrné elektrárny. Ten vychází jak z legislativně daných termínů jednotlivých kroků stavebního řízení, tak i z reálného času, potřebného na straně investora ke zpracování a projednání záměru, zhodnocení větrných poměrů lokality, projednání s dotčenou obcí a jejími občany, absolvování procesu vlivů na životní prostředí (EIA). Záměr musí být i v souladu s územním plánem obce, případně musí investor iniciovat jeho změnu. Následují rezervace výkonu v síti, územní a stavební řízení a zajištění financování projektu. V ideálním případě by uvedený postup měl být realizován během 3–4 let. Reálná doba – pokud v této fázi vůbec dospěje ke kladným výsledkům – však je i dvojnásobná. Prodloužit ji mohou i několikanásobně námitky a odvolávání tzv. dotčených subjektů, ať už jednotlivců, často ale také účelově založených sdružení.
Následuje fyzická realizace stavby. Od „kopnutí do země“ pro stavbu základů po montáž, zkušební provoz a kolaudaci je tato fáze plně v rukou investora a z hlediska potřebného (a také reálného) času je jen zlomkem času potřebného k „papírování“.
Anatomie větrných elektráren
Laika zaujme na staveništi především reálná velikost jednotlivých částí větrné elektrárny před jejich montáží. Při pohledu na hotovou elektrárnu totiž málokoho napadne, že například gondola dosahuje rozměrů mírně přerostlého autobusu a délka listů je kolem 50 m i více (nejdelší listy mají v ČR elektrárny Vestas V112 – 66m). Je proto namístě popsat ve stručnosti „anatomii“ větrné elektrárny a charakteristiky jejich částí.
Vztyčování prvních dílů věže (stožáru, tubusu) větrné elektrárny předchází stavba základů. To je stavařská klasika – geoprůzkum, hloubení jámy, úprava podloží, montáž armatury a kontinuální betonáž. Základy musí svou hmotností zajistit stabilitu větrné elektrárny, v provozu zatížené nejen vlastní hmotností, ale i silami, které by mohly způsobit její výchylku od svislé polohy. Do středu armatury základů je vložen ocelový sokl s přírubou pro uchycení prvního dílu ocelového tubusu věže. Jsou v něm otvory a průchodky pro instalaci podzemních kabelů pro vyvedení elektrické energie k připojení do sítě i pro datové a komunikační kabely. Železobetonové základy mají kruhový čtvercový nebo šestiúhelníkový tvar s průměrem kolem 15 m a výškou kolem 2 m. Hmotnost ocelové armatury je např. pro základy VtE Vestas V90 asi 40 tun, je použito asi 500 m3 betonu a celková hmotnost základů přesahuje 1100 tun. Konkrétní parametry základů vycházejí z toho, na jakém terénu a podloží jsou umístěny.
Stožár (věž) větrné elektrárny je většinou tvořen dvěma až čtyřmi ocelovými tubusy, ať už válcového, nebo mírně konického tvaru. Uvnitř tubusů jsou předinstalovány plošiny mezipater, žebříky, lišty pro vedení kabeláže, konstrukce pro případný výtah. U nejvýkonnějších větrných elektráren Enercon (3 a 7 MW) je spodní část (asi třetina výšky věže) tvořena železobetonovým dílem mírně hyperbolického tvaru, ať už jako monolit (pro VtE 3 MW) nebo sestavený ze segmentů (pro VtE 7,5 MW) a skruží (viz fotografie VtE Enercon E-112 a z výroby železobetonových dílů věže ve 4. dílu seriálu). Rozměry a hmotnost jednotlivých dílů stožáru jsou voleny tak, aby je bylo možné dopravovat jako nadrozměrný náklad po běžných komunikacích. Vestas například deklaruje hmotnost každého ze samostatně dopravovaných dílů tubusu (ale i listů rotoru a gondoly) do 70 tun. Například spodní železobetonové díly nejvýkonnějších větrných elektráren Enercon jsou sestaveny ze segmentů, jejichž sestavením až na stavbě vzniká jejich konečná podoba.
Soukolí planetové převodovky WIKOV pro větrné elektrárny s výkony nad 2 MW. Foto B. Koč
Na vrcholu věže (stožáru) větrné elektrárny je otočně uložena gondola (strojovna), která ukrývá nejdůležitější díly větrné elektrárny. Laminátová gondola (vnější kryt strojovny) má různě modifikovaný tvar čtvercového nebo obdélníkového, méně často kruhového průřezu. To platí o většině větrných elektráren klasické koncepce (s převodovkou mezi rotorem a generátorem). Větrné elektrárny koncepce „direct drive“ (s mnohapólovým prstencovým generátorem přímo připojeným k rotoru) mají gondolu kratší a její průřez bývá kruhový. Tuto koncepci reprezentují například větrné elektrárny ENERCON s typickou gondolou vejčitého tvaru, v jejímž největším průměru je uložen již zmíněný generátor. Strojovna větrné elektrárny je uložena na ocelové platformě (rámu). Ta u klasické koncepce tvoří „podlahu“ celé gondoly, u bezpřevodovkových elektráren zpravidla vnitřní vodorovnou přepážku. U klasických elektráren nese platforma generátor, pevnou spojku a převodovku, která je hlavní osou připojena k náboji listů rotoru. Strojovny obou typů pak ukrývají systémy natáčení listů rotoru, většinou s hydraulickým přenosem, chladiče generátoru a příslušné systémy řízení a kontroly všech systémů elektrárny. Gondoly mají na horní straně průlezy pro potřeby servisu.
Na gondole jsou připevněny systémy měření síly a směru větru, od nichž vycházejí impulzy pro směrové natáčení celé gondoly i pro nastavení (natáčené) listů podle jejich podélné osy.
Rotor větrné elektrárny je tvořen třemi listy. Jsou sklolaminátové, přísně aerodynamicky tvarované, v současnosti až 85 m dlouhé. Vznikají postupným skládáním vrstev skelných tkanin a jejich nástřiky pryskyřicí v obřích ocelových vanách. Zvlášť jsou vyráběny podélné poloviny listu, které jsou pak slepeny. Uvnitř jsou duté, někteří výrobci vkládají do vnitřní třetiny listu kevlarový dřík, který umožňuje subtilnější tloušťku vnějšího laminátu. Enercon přišel pro své elektrárny E-126 s konceptem dělených listů, sestavovaných až při montáži na lokalitě.
Kompletní větrná elektrárna je v podstatě velmi jednoduchým (i když detaily své konstrukce a hlavně díky regulaci a řízení provozu velmi propracovaným) technickým dílem.
Transport dílů větrné elektrárny
Samotná fyzická stavba větrné elektrárny je pak pro laika bezesporu atraktivní podívanou. Té však předchází neméně atraktivní, občas i trochu dramatický, transport dílů tubusu, listů a gondoly na místo stavby. Větrné elektrárny jsou většinou stavěny na větrných lokalitách a mimo blízkost zastavěných území. Z toho plyne občas omezená průjezdnost vedlejších silnic pro nadrozměrné náklady, ať už jde o šířku komunikace, nosnost malých mostů, stromořadí, výšky podjezdů, poloměry zatáček nebo kruhových objezdů, případně zatáček a zúžení vozovek v obcích, za jejichž humny mají být elektrárny postaveny. I na tuto fázi stavby větrných elektráren se specializují některé speditérské firmy, jejichž „průzkumníci“ nové trasy ověřují, proměřují a volí v některých případech i taktiku průjezdu některými úseky. Není ojedinělé, že občas je třeba projet i několik set metrů pozpátku nebo přímo při transportu operativně řešit problémy, které se přece jen tu a tam vyskytnou. Některé zajímavé momenty z transportů dílů větrných elektráren ukazují fotografie.
Transport dílů větrných elektráren je někdy dramatický. Na fotografiích je zachycen průjezd tahače s tubusem věže obcí Anenská Studánka (překážel násep a plot zahrádky, majitel dostal náhradu v naturáliích – novou zídku i plot). Na druhém snímku z transportu listu větrné elektrárny serpentinou mezi Prostějovem a Protivanovem je patrné, že si tahač si musel nadjet tak, že jeho levé přední kolo bylo až nad příkopem.Postup stavby
Pokud investor dá veřejnosti vědět o místu a termínu stavby, stojí za to této možnosti využít. Kdo neviděl, zpravidla nevěří, že větrnou elektrárnu lze na připravených základech (1) smontovat za jeden až dva dny. Jednotlivé tahače najíždějí s díly elektrárny (2) na přesně definované pozice, kde se nákladu ujmou jeřáby. Hlavní pevně ukotvený montážní jeřáb musí vyzvednout díly s hmotností i přes 100 tun (gondola s kompletně vybavenou strojovnou) až do výšky přes 100 metrů. Při manipulaci s některými díly spolupracuje menší jeřáb, který při vykládce pojíždí a zajišťuje i drobnější manipulaci při dalších kompletačních operacích jednotlivých dílů elektrárny na zemi před jejich vyzdvižením.
1 – základy větrné elektrárny
2 – vykládka dílů tubusu přímo k montáži
Díly tubusu jsou z návěsů zvedány oběma jeřáby, přičemž jejich horní část (3) je pomocí speciálních přípravků uchycena na hák hlavního jeřábu tak, aby mohl tahač s prázdným návěsem odjet. Následuje zvedání tubusu do svislé polohy, přičemž pomocný jeřáb udržuje dolní konec tubusu tak, aby bylo možné po dosažení svislé polohy odstranit přípravky pro uchycení. První díl tubusu je pak nasazen na šrouby základové příruby. Po jeho upevnění několika desítkami matic se montéři přesouvají po vnitřním pevném žebříku, který je součástí vybavení tubusu, na jeho vrchol s montážní podlahou s průlezem, odstraní přípravky pro uchycení jeřábem a operace se shodně opakuje (4) u druhého, třetího, případně i čtvrtého dílu tubusu.
3 – zvedání tubusu
4 – sesazení dílů tubusu
5 – kompletace gondoly
Na zemi současně probíhá finalizace dalších dílů elektrárny: gondoly s převodovkou, generátorem a osou rotoru a přírubou (5) a zvlášť je kompletován celý rotor (6, 7), jehož listy jsou ve vodorovné poloze otočně upevněny k centrálnímu náboji. Po montáži kompletní věže elektrárny je zdvižena gondola (8, 9), která je pak otočně usazena na vrcholu věže (10) a následuje velmi atraktivní operace, zvedání rotoru a jeho připojení k náboji hlavní osy k převodovce (11). Při zvedání je rotor postupně překlopen do svislé polohy. Při délce listů 45–60 metrů činí průměr celého dílu, včetně středového náboje, více než 90 až 120 metrů. Některé montážní týmy preferují montáž rotoru po dílech až ve výšce – napřed je zdvižen centrální náboj rotoru a poté jsou zvedány a upevňovány jednotlivé listy; je zajímavé, že obě možnosti připouští ve svých manuálech pro montáž výrobce i pro jeden typ větrné elektrárny. Po mechanickém sestavení všech dílů elektrárny následuje propojení celé elektroinstalace, hydrauliky ovládající natáčení listů a připojení měřících a regulačních aparatur, oživení celého stroje a jeho připojení k síti. A pak už záleží jen na větru…
6 – sestavení rotoru na zemi
7 – montáž rotoru na zemi
8 – zvedání gondoly
9 – zvedání gondoly
10 – usazení gondoly na vrchol věže
11 – usazení rotoru k ose převodovky
The construction of wind power plant in comparison with other types of electricity generators is relatively fast and simple. Even so, it has its obvious specifics which are reflected not only in the construction and transportation of parts, but also in the length of the permitting process in proportion to the time of construction. The seventh episode illustrates how to build a wind power plant.