Wieża


Główną funkcją wieży w przypadku turbin wiatrowych z poziomą osią obrotu jest umożliwienie korzystania z energii wiatru na odpowiedniej wysokości. Jednocześnie wieża pochłaniania statyczne i dynamiczne naprężenia wywierane przez wirnik. Kluczowym czynnikiem wpływającym na konstrukcję wieży są naturalne wibracje na linii wieża – gondola – wirnik, które w przypadku rezonansu, zwłaszcza podczas rozruchu wirnika, mogą spowodować zawalenie się całej konstrukcji. Dodatkowymi czynnikami wpływającymi na jej konstrukcje są:
  • kwestie transportu poszczególnych jej elementów na teren budowy,

  • metoda montażu,

  • jakość dróg dojazdu do obszaru przyszłej elektrowni wiatrowej.

W przeszłości wysokość wież mieściła się w granicach od 20 do 50m. Obecnie dla potrzeb dużych turbin wiatrowych stawia się wieże, których wysokość jest niewiele większa od średnicy wirnika tj. od 40 do nawet 100m. Natomiast gondole małych turbin wiatrowych montuje się zazwyczaj na wysokości kilka razy większej od średnicy wirnika. Wysokość ta może być jeszcze większa w przypadku, gdy współczynnik szorstkości powierzchni terenu wokół elektrowni wiatrowej jest dość wysoki, a co za tym idzie tuż nad powierzchnią ziemi wieją bardzo słabe wiatry.

Większość elektrowni wiatrowych posiada wieże o konstrukcji w postaci stalowych rur (rys 1c). Szacuje się że około 80% elektrowni wiatrowych w Europie posiada taką konstrukcję. Ze względów technologicznych maksymalna wysokość, jaką można osiągnąć, stawiając taką budowlę to, 100m. Wyższa wieża takiej konstrukcji posiadałaby u podstawy tak dużą średnicę, która uniemożliwiłaby jej transport na miejsce powstania przyszłej elektrowni wiatrowej. Dlatego też, prowadzone są prace projektowe nad nowymi konstrukcjami wież, których dolna część byłaby żelbetonowa, a górna składałaby się ze stalowej rury (konstrukcje hybrydowe). Alternatywą dla takiego rozwiązania są wieże w postaci kratownicowej, składające się z zespawanych profili stalowych (rys 1b). Fundament takiej konstrukcji nie wymaga zużycia tak wiele żelbetonu co fundament wież ze stalowymi rurami. Jednocześnie przy ich produkcji zużywa się o połowę mniej stali. Transport poszczególnych elementów wieży na plac budowy jest zdecydowanie prostszy. Można stwierdzić że ze względu na swoją konstrukcję są one dużo tańsze od wież w postaci stalowych rur. Dużym osiągnięciem dla promowania tej konstrukcji jest wybudowanie przez firmę SeeBA Technik GmbH w miejscowości w Laasow w Niemczech największej obecnie wieży o wysokości 160m, na której zamontowana jest turbina wiatrowa. Spowodowało to wzrost produkowanej energii elektrycznej o kilkadziesiąt procent. Jednak ze względów estetycznych wieże kratownicowe wyszły praktycznie z użycia.


Rys. 1. Konstrukcja wieży w postaci: a) masztu podtrzymywanego stalowymi linami, b) kratownicowej, c) stalowej rury.

Opisane powyżej konstrukcje wież są wykorzystywane głównie w małych i dużych elektrowniach wiatrowych. W przypadku mikroelektrowni wiatrowych ze względu na bardzo niskie koszty budowy stosuje się maszty, podparte stalowymi linami (rys. 1a). Zgodnie z obowiązującym w Polsce prawem budowlanym taki obiekt traktowany jest jako konstrukcja lekka i nie wymaga pozwolenia na budowę. Wysokość masztu z promieniem turbiny nie powinna przekraczać 30m, ponieważ tak wysoka budowla mogłaby stwarzać przeszkodę dla ruchu lotniczego, przed jej postawieniem należy wykonać kosztowną analizę. Wykorzystując maszt, zdecydowanie skraca się czas wykonania inwestycji. Do wad takiego rozwiązania należy zaliczyć podatność na akty wandalizmu oraz zajmowany obszar (liny).