Výtahy ve větrných elektrárnách v Severní Americe
Výstava Síla větru Expo Chicago
I větrné elektrárny potřebují transportní zařízení, aby se obsluha dostala na pracovní místo. Protože však zatím neexistuje evropská norma pro tato zařízení – ta je připravována, podívejme se očima autorů článků, jak se na to dívají v Severní Americe a co bylo v této souvislosti k vidění na výstavě v Chicagu.
Každý, kdo bude tento článek číst, o tom již slyšel nebo viděl bílé zdánlivě křehké větrné elektrárny na větrných místech. Protože jsme lidé od výtahů a jsme technicky zaměření, můžeme pouze obdivovat jejich štíhlost, kolik energie vyrábějí nebo zda mají uvnitř výtahy, nebo si můžeme pomyslet "nikdy na mém pozemku". Větrné elektrárny se staly trvalou součástí krajiny a mají zajímavý vývoj. Odkud pocházejí, kdo je financuje, co vlastně vyrábějí (to je vlastně to nejdůležitější) a co mají společného s výtahovým průmyslem, s naší infrastrukturou a s naší zemí?
Moderní větrné elektrárny jsou poslední v dlouhé řadě konstrukcí, které proměňují vítr v produktivní práci. Pravděpodobně první a nejznámějšími byly větrné mlýny v Nizozemsku. Ty přečerpávaly vodu z poldrů pro zavlažování polí. V americkém Středozápadě desítky tisíc ocelových větrných mlýnů rozptýlených po krajině umožňovalo hospodaření čerpáním vody z vodních zdrojů do žlabů pro napájení dobytka. V dnešních větrných elektrárnách se mění energie větru na elektrickou energii.
Americká vláda výstavbu větrných elektráren podporuje. Při jejich očekávané životnosti 20 roků proto návratnost investice je výzvou pro další investice na kapitálovém trhu. Podle asociace pro využití větrné energie "nová větrná zařízení při dobrých větrných podmínkách mohou vyrábět elektrickou energii mnohem levněji než jiné elektrárny bez ohledu na používané palivo".
Tyto výhody také zahrnují vývoj zdrojů bez emisí, bez znečišťování životního prostředí, bez ničení přírodních zdrojů a mohou existovat vedle farem a polí.
Několik údajů
V roce 2008 bylo v USA instalováno přibližně 3 350 větrných elektráren s odhadem další výstavby 5 000 až 6 000 větrných elektráren ročně. Tento růst poskytne nutně v roce 2030 20 % spotřeby elektrické energie v USA. Americká asociace pro větrnou energii (AWEA) odhaduje, že současně pracuje ve větrném průmyslu 85 000 pracovníků. Současně se také odhaduje, že v roce 2030 bude potřeba 500 000 pracovníků se 180 000 dělníky ve stanicích a/nebo používajících výtahy ve větrných elektrárnách, a zbytek bude pracovat ve výrobě, konstrukci a logistice.
Na konci roku 2008 se USA staly světovou vedoucí silou v kumulativně instalované kapacitě větrných elektráren. S instalovanou kapacitou 25 170 MW překonaly dlouhodobě vedoucí Německo s kapacitou 23 902 MW. Pro posledních pět let jsou typické větrné elektrárny o výkonu 1,2 až 2,5 MW. V roce 2009 bude velikost generátoru 3 MW a více.
Pro zvyšování výkonu byly vyvinuty větší listy vrtule. Delší listy vyžadují umístit jejich náboj výše nad zemí. Jediným přístupem do gondoly, kde je umístěna turbína, byl vnitřní žebřík. Pracovníci větrného průmyslu museli vylézat do stále vyšších věží. Pak byly zavedeny výtahy, tím se snížila doba pro práci ve větrných elektrárnách. Zvýšila se hmotnost a množství materiálu pro údržbu, náhradních dílů a mazadel, které bylo třeba dopravovat do vrcholků věží. Bez výtahů obsluhujících věže by to byl úkol velice náročný na čas.
Technologie větrných elektráren
V současné době větrné elektrárny mají výšku do 100 m, listy vrtule z kompositních materiálů se skleněnými vlákny mají délku až 70 m a průměr u kořene je 5 m. Používají se tři listy spojené do hlavy s dvojitými ložisky s možností jejich natáčení pro kompenzaci rychlosti větru. Listy s nábojem jsou připevněny na hlavní hřídel, která se otáčí přibližně 22 ot/min, které se převodem zvýší na 1800 ot/min elektrického generátoru. Brzda na hlavním hřídeli umožňuje dělníkům pracovat bez obav z pohybujících se částí. Dělníkům není dovoleno pobývat ve věži při výrobě energie.
Současný systém 3 MW má převodovku a generátor o hmotnosti několika desítek tun v gondole, která je veliká jako městský autobus. Gondola na vrcholku věže se otáčí bez omezení tak, aby mohla zachytit vítr vanoucí z jakéhokoliv směru. Meteorologická stanice na vrcholku gondoly ji natáčí do směru nejúčinějšího větru. Jestliže má gondola příliš mnoho otáček a silový kabel by se mohl překroutit, tak systém sledující otáčky natočí gondolu do neutrální polohy, typické pro stav, kdy nefouká vítr. Gondola sedí na vrcholku věže, která má v základně 3,2 m a zužuje se do průměru 2,5 m. Ocelová roura je složena z dílců, které jsou dohromady sešroubovány.
První stanice ve věži je v místě transformátoru, kde je generátor připojen do sítě. Žebřík o délce 100 m vede od spodu k horní plošině věže, další krátký žebřík vede do gondoly. Výtah s klecí o velikosti telefonní budky mohou používat pouze oprávněné osoby.
Konstrukce stěn věže je tak kritická pro svou výšku a zatížení, že je zde jen málo přivařených částí, žebříky jsou často přichyceny silnými magnety. Tím jsou eliminována únavová místa tvořená svary a upevňovacími místy, kde by mohlo působit únavové namáhání. Výtahový systém má stejné omezení. Může být upevněn přibližně každých 10 m až 15 m. Z toho důvodu současný systém používá pro vedení klece dvou napnutých ocelových lan, upevněných dole, nahoře a na plošinách. Lana jsou napnuta silou 4 000 N napínáky pod první plošinou. Klece mají rychlost obvykle 0,15 m/s a jsou ovládány ovládači s trvalým stiskem. Jízda na vrcholek trvá většinou 10 minut.
Provoz ve věži
Vystoupat nahoru po žebříku trvá 40 až 50 minut. Použití výtahů se tak i z důvodu růstu počtu instalací stalo nevyhnutelné. Výtahy ve větrných elektrárnách neodpovídají zcela předpisům pro normální výtahy. Zvláštní osobní výtahy mohou být používány pouze školeným pracovníky a nemohou být používány veřejností. Výtahy stojí většinu času ve spodní stanici. Nesmí se používat, dokud není turbína mimo provoz a povětrnostní podmínky umožňují vstup do věže. Výtah má obvykle nosnost do 350 kg. Klec se také používá pro kontrolu konstrukce věže a vnitřních systémů. Pokud je to nutné, musí být možný výstup z klece. K tomu účelu musí být možno upevnit ke kleci osobní ochranné pomůcky. Nikdo nesmí vstoupit do věže bez ochranné přilby. Ve věži musí být vždy nejméně dva pracovníci.
 Pohled do nitra věže větrné elektrárny |
 Na obrázku je klec výtahu od firmy Avanti v "činnosti" |
Klecové dveře musí mít elektrické kontakty, které brání kleci v pohybu, dokud nejsou dveře zcela zavřeny. Ve stropě klece je únikový otvor, rovněž s elektrickým kontaktem. Horní stanice má koncový vypínač s koncovým vypínačem na kleci. Střední a horní plošiny mají ohrazení. Spodní ohrazení výtahu je 2 m vysoké s elektrickými kontakty a zámky. Každá stanice má nouzový spínač STOP. Ovládání je v kleci, a proto k ní vede jen kabel pro napájení. Protože pracovníci pracují pouze ve skupinách, není nutné žádné zařízení pro komunikaci. Věž je uvnitř osvětlena od spodu až na vrcholek a je rovněž osvětlena zvenku.
Používají se dva typy výtahů, jedním je trakční výtah s jedním nosným lanem a s jedním bezpečnostním lanem, upevněnými k nosníku na vrcholku věže. Druhým typem je hřebenový výtah, který využívá sloupky žebříku pro vedení a hřeben.
Výtahy ve větrných elektrárnách a předpisy
Výstavba prvních větrných elektráren v Evropě vyvolala diskuzi o potřebě některých typů výtahů pro vertikální dopravní systém. Proto byly navrženy a vyvinuty evropskými firmami obslužné výtahy pro věže a jsou připravovány předpisy.
Výstava Síla větru - Expo
Průmysl větrné energie se sešel ve větrném městě Chicagu na konferenci a výstavě "Síla větru - Expo 2009". Americká asociace pro větrnou energii (AWEA) konferencí s 1280 vystavovateli a více než 23 000 účastníky z celého světa reflektovala na rychlý růst průmyslu pro větrnou energii. V roce 2001 se sešli představitelé ze 46 států a 48 zemí a pouze 25 vystavovatelů a 1000 účastníků. Letošní konference se zúčastnilo 300 přednášejících, 170 vystavovatelů a uskutečnilo se 50 zasedání.
Nás ovšem zajímají výtahy - tedy:
Výtahy ve větrných elektrárnách
Protože se zvětšila výška větrných elektráren, zvýšil se zájem průmyslu o zdraví a bezpečnost pracovníků z hlediska dopadu opakovaného lezení servisních pracovníků do věží. Pouze malá část existujících větrných elektráren má pomocné zařízení pro lezení nebo výtahy. Výtahy pro větrné elektrárny mají malé klece pro dvě osoby o nosnosti 160 až 250 kg. Vodítky jsou buď ocelová lana nebo boční vodítka upevněná na bezpečnostním žebříku. Pohon se používá jednolanový trakční. Někdy je pohon proveden jako hřebenový. Kvůli kývání věže výtahový systém dovoluje na vrcholku věže boční pohyb do 1,8 m. Ocelová věž se nesmí použít pro upevnění vodítek. Klece mají otvory na více stranách (včetně stropu a podlahy), aby byla možná vizuální kontrola věže a žebříku z klece. Výtah je možno zastavit v jakémkoliv místě jeho dráhy pomocí ovládačů s trvalým stiskem pro jízdu.
 |
 |
 |
 |
obrázek č. 2,4 a 5 ukazuje různá provedení klece výtahu
obrázek č. 6 detail pohonu výtahu umístěný na stropu klece
Obslužný výtah nebo normální výtah?
Výtahy ve věžích větrných elektráren jsou velice podobné osobním výtahům pro zvláštní účely. Liší se hlavně tím, že:
- jsou bez ohrazení šachty,
- je třeba je kdekoliv během dráhy zastavit a vystoupit z klece,
- výtah nemá prohlubeň a strojovnu v horní části šachty,
- výrobci větrných elektráren nedovolují upevnění vodítek konstrukčních důvodů k ocelové věži,
- vodítky jsou buď ocelová lana, nebo jsou součástí obslužného žebříku,
- lanový nosný systém má pouze jedno nosné lano a bezpečnostní lano,
- ve stanicích není úplné ohrazení.
Even wind power plants need means of transportation to take service crews to their workplaces. At the moment, there is no European standard for this kind of equipment – though it is prepared, so let's have a look through the eyes of the author of this article at how this issue is seen in North America, and what was exhibited related to it at the trade fair in Chicago.