انرژی بادی دریایی به عنوان یک منبع انرژی پاک و تجدید پذیر، نقش حیاتی در انتقال جهانی انرژی دارد.یکی از فناوری های اصلی آن در طراحی و ساخت پایه های توربین های بادی دریایی استبه عنوان ساختار حیاتی که از کل سیستم توربین پشتیبانی می کند، پایه ها باید دارای قدرت کافی، دوام و ثبات برای مقاومت در برابر محیط های خشن دریایی باشند.در میان انتخاب مواداین مقاله یک بررسی دایره المعارف از ویژگی ها، مزایا، محدودیت ها، کاربردهای آن ها را ارائه می دهد.و روند آینده در پایه های بادی دریایی.
مزارع بادی دریایی معمولاً در آب های دور ساخته می شوند که منابع بادی فراوانتر و پایدارتر هستند.خوردگی آب دریا، آلودگی بیولوژیکی و شرایط پیچیده زمین شناسی. طراحی پایه باید به طور جامع این عوامل را در نظر بگیرد تا ایمنی عملیاتی طولانی مدت را تضمین کند.
بر اساس عمق آب، شرایط زمین شناسی و ظرفیت توربین، پایه های بادی دریایی عمدتا شامل:
- تک قطب:رایج ترین نوع پایه، متشکل از یک لوله فولادی بزرگ که مستقیماً به کف دریا کشیده می شود، مناسب برای آب های کم عمق (معمولاً <30 متر) با زمین شناسی مطلوب است.
- ژاکت:یک چارچوب شبکه ای از لوله های فولادی که از طریق ستون ها به کف دریا متصل می شوند، ثبات بهتری نسبت به مونوپایل ها برای عمق های متوسط (30-60 متر) یا زمین شناسی پیچیده ارائه می دهند.
- بنیاد مبتنی بر جاذبه (GBF):سازه های بتنی که به وزن خود متکی هستند تا در برابر نیروهای موج مقاومت کنند، مستقیماً بر روی قاع های سطح دریا بدون انبار قرار می گیرند.
- کاسون مکش:بطری های فولادی نصب شده از طریق فشار منفی، با انتشار سریع و حداقل تاثیر زیست محیطی، ایده آل برای خاک های نرم.
- بنیاد شناور:ساختارهای شناور به کف دریا متصل شده، که آینده آب های عمیق (>60 متر) را نشان می دهد.
موسسات باید:
- تمامیت ساختاری:مقاومت در برابر وزن توربین، بار باد، تاثیر موج و فعالیت لرزه ای
- دوام:مقاومت در برابر خوردگی و آلودگی های زیستی
- بهره وری از هزینه:تعادل عملکرد با اقتصاد پروژه
- قابلیت ساخت:امکان نصب کارآمد
- سازگاری با محیط زیست:به حداقل رساندن اختلال زیست محیطی
نسبت قدرت و وزن فولاد بالا و قابلیت تولید آن را برای سازه های دریایی ضروری می کند.
- مقاومت کششی / فشرده سازی فوق العاده
- مقاومت بالا در برابر ضربه
- قابلیت جوشکاری عالی
- گزینه های تولیدی متنوع
- ماژول انعطاف پذیری بالا
- لوله های فولادی قطر بزرگ
- چوکات ژاکت (ساختمان لوله ای جوشیده)
- کاسون های مکش (سیلندرهای فولادی)
- زنجیره های لنگرگیری برای سیستم های شناور
- ظرفیت حمل بالاتری
- نصب سریع در سواحل
- وزن کمتری نسبت به بتن
- بازیافت
- حساسیت به خوردگی که نیاز به اقدامات حفاظتی دارد
- هزینه های بالاتر مواد
- اثرات قابل توجهی از کربن در طول تولید
بتن بهره وری هزینه و مقاومت در برابر خوردگی را برای کاربردهای خاص دریایی ارائه می دهد.
- مقاومت فشاری استثنایی
- مقاومت طبیعی در برابر خوردگی
- مواد ارزان قیمت
- سازگاری قالب سازی
- خواص عایق حرارتی
- پایه های مبتنی بر گرانش
- سازه های کاسون
- بالاست پلتفرم شناور
- حداقل حفاظت از خوردگی
- کاهش هزینه های مواد
- کاهش انتشارات تولید
- مزایای تامین مواد محلی
- برای مقاومت کششی نیاز به تقویت فولادی دارد
- وزن سنگین هزینه های لجستیکی را افزایش می دهد
- زمانبندی های طولانی تر برای خشک کردن
- آسیب پذیری به آسیب های ناشی از ضربه
| مالکیت | فولاد | بتن |
|---|---|---|
| قدرت | مقاومت کششی / فشاری بالا | فشرده سازی بالا اما نیاز به تقویت است |
| خوردگی | نیاز به محافظت داره | مقاومت طبیعی |
| وزن | روشن کننده | سنگين تر |
| ساخت و ساز | نصب سریعتر | خشک شدن طولانی |
| هزینه | هزینه مواد بالاتر | پولدارتر |
| پایداری | انتشارات بالاتر | اثرات کمتر کربن |
| بازیافت | کاملا قابل بازیافت است | گزینه های استفاده مجدد محدود |
| محل وقوع | تولید متمرکز | منابع مواد محلی |
انتخاب بین فولاد و بتن شامل ارزیابی های چند وجهی است:
- آب های کم عمق:سنگ های فولادی اغلب ارزان تر هستند
- عمق متوسط:ساختارهای ژاکت (فولاد یا ترکیبی)
- آب های عمیق:سیستم های شناور با اجزای فولادی یا بتنی
توربین های بزرگتر نیاز به پایه های قوی تری دارند، که بر انتخاب مواد به سمت فولاد با قدرت بالا یا بتن تقویت شده تأثیر می گذارد.
انتخاب مواد باید حفاظت از خوردگی، مقاومت در برابر ضربه موج و استراتژی های کاهش آلودگی های زیستی را در نظر بگیرد.
دسترسی و هزینه های نگهداری طولانی مدت به طور قابل توجهی بر تصمیمات مواد، به ویژه برای اجزای غرق شده تاثیر می گذارد.
پایه های شناور بر مناطق مرزی فراتر از عمق 60 متر تسلط خواهند داشت و از راه حل های پیشرفته فولاد یا بتن استفاده می کنند.
توربین های نسل بعدی با قدرت بیش از 15 مگاوات تقاضا برای مواد پایه فوق العاده قوی را افزایش می دهند.
سنسورهای فعال شده توسط اینترنت اشیا امکان نگهداری پیش بینی را از طریق نظارت بر سلامت ساختاری در زمان واقعی فراهم می کنند.
مواد پیشرفته (به عنوان مثال بتن تقویت شده با فیبر کربن) و روش های ساختمانی (پرت 3D) ممکن است مهندسی پایه را دوباره تعریف کنند.
بحث فولاد در مقابل بتن هیچ برنده ای جهانی را به وجود نمی آورد. انتخاب بهینه بستگی به شرایط خاص پروژه دارد.راه حل های هیبریدی در حال ظهور می توانند نقاط قوت هر دو ماده را در حالی که محدودیت های آنها را برطرف می کنند، ترکیب کننددر حالی که باد دریایی به سمت آب های عمیق تر و مقیاس های بزرگتر تکامل می یابد، فن آوری های پایه به پیشرفت از طریق علم مواد و نوآوری مهندسی ادامه خواهند داد.حمایت از انتقال جهانی به انرژی پایدار.
