Νέα υβριδική θεμελίωση για θαλάσσιες ανεμογεννήτριες

Abstract

Ο κλάδος των θαλάσσιων ανεμογεννητριών ήδη γνωρίζει μεγάλη άνθιση, στα πλαίσια της γενικότερης στροφής της κοινωνίας προς ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Το θαλάσσιο περιβάλλον είναι δυσμενές για τέτοιες ελαφριές κατασκευές, οι οποίες δέχονται δυσανάλογα μεγάλα φορτία στην οριζόντια διεύθυνση και υποβάλλονται σε μεγάλο αριθμό κύκλων φόρτισης. Η συνηθέστερη μορφή θεμελίωσης είναι ο μονοπάσσαλος, ο οποίος όμως μπορεί να αποδειχτεί μη – οικονομική λύση, κυρίως λόγο του αυξημένου κόστους έμπηξης. Προτείνεται λοιπόν μια νέα υβριδική λύση θεμελίωσης, που συνδυάζει το μονοπάσσαλο με ένα επιφανειακό κυκλικό θεμέλιο, τοποθετημένο στην κεφαλή. Στην εργασία ερευνάται η απόδοση της υβριδικής θεμελίωσης, μέσω παραμετροποίησης της διαμέτρου του πεδίλου (D) και του μήκους έμπηξης του πασσάλου (L). Εξετάζονται δυο προφίλ συνεκτικού εδάφους: ένα ομοιογενές και ένα ανομοιογενές με γραμμικώς αυξανόμενη αντοχή με το βάθος. Λαμβάνονται υπόψιν μη – γραμμικότητες στις διεπιφάνειες εδάφους - θεμελίου. Οι γεωμετρικές παράμετροι συσχετίζονται με τη φέρουσα ικανότητα του θεμελίου, υπό μονοαξονική και συνδυασμένη φόρτιση (περιβάλλουσα αστοχίας M – Q – N). Μελετάται ακόμα η επίδρασή τους στην αρχική δυσκαμψία του συστήματος εδάφους – θεμελίου. Επιπρόσθετα, εξετάζεται η απόκριση του συστήματος ανωδομή – θεμέλιο – έδαφος υπό ανακυκλική φόρτιση, μέσω δύο σεναρίων φόρτισης ανέμου και κυμάτων. Με κριτήριο τον περιορισμό των στροφών και καθιζήσεων, καθώς και την απομείωση της δυσκαμψίας με την πάροδο των κύκλων φόρτισης, επιλέγεται κατάλληλο θεμέλιο για τρία χαρακτηριστικά μεγέθη ανεμογεννητριών. Πραγματοποιείται και λογαριθμική προεκβολή των αποτελεσμάτων στα εκατομμύρια κύκλων που αντιστοιχούν στο χρόνο ζωής τέτοιων έργων. Η ακρίβεια των προβλέψεων επαληθεύεται με ανάλυση πολλών κύκλων και η σύγκριση με τα αποτελέσματα από τους πρώτους 9 κύκλους είναι αρκετά ικανοποιητική. Επιχειρείται ακόμα αποτίμηση της δυναμικής απόκρισης μιας ανεμογεννήτριας 3.5 MW στο σεισμό του Takatori (1995). Η απόδοση των υβριδικών θεμελίων συγκρίνεται σε κάθε σημείο με μονοπάσσαλο μήκους 30 m και 35 m. Αποδεικνύεται ότι υπάρχουν σημαντικές δυνατότητες μείωσης του μήκους έμπηξης όταν ο μονοπάσσαλος συνδυάζεται με επιφανειακό πέδιλο. Συμπεραίνεται ότι η υβριδική θεμελίωση αποτελεί αποδοτική εναλλακτική του μονοπασσάλου. Επισημαίνεται δε και η ευελιξία που προσφέρει η υβριδική λύση, καθώς μπορεί να προσαρμοστεί σε διάφορα εδαφικά προφίλ. Ενδέχεται να υπάρχουν και οικονομικά οφέλη, καθώς υπό προϋποθέσεις το μήκος έμπηξης μπορεί να μειωθεί αρκετά.