Ajakiri Ehitaja
Mart Arro, AS E-Betoonelement turundusdirektor
Kuna tuuleenergiast on saanud maailma üks tähtsamaid taastuvenergia allikaid, olles sealjuures täiesti uue tööstusharu loojaks, on oluline mõista, kuidas kõige efektiivsemalt tuuleenergiat saada. Kui siiani on tuulegeneraatorite maste valmistatud peamiselt terasest, siis võimsamate ja kõrgemal paiknevate generaatorite mastide ehitamisel on otstarbekas kasutada betooni.
Mast
Aastaid tagasi täitsid tuulegeneraatorid enamasti põllumajanduslikke eesmärke, näiteks jahvatati nendest saadava energia abil vilja ja pumbati vett. Paljud nendest inimese poolt tehtud meistritöödest on säilinud veel tänapäevani. Aastatega on aga nõudmised tuulegeneraatoritele ja nende mastidele tõusnud ning nii on turbiinide võimsused jõudsasti kasvanud. Algsetest 5-30kW võimsusega generaatoritest on arenenud tänaseks 5-6MW võimsusega generaatorid. Pidevalt on kasvanud ka tuulegeneraatormastide kõrgus, alates 10 meetrist 1970 kuni 20m 1983, 50m 1990 kuni 85m 2000 ja kuni 140m täna.
Generaatorite kujunemise ajaloos on katsetatud nii horisontaalse kui ka vertikaalse pöörlemisteljega tuulegeneraatoreid, samuti nii ühe-, kahe- kui ka kolmelabalisi generaatoreid. Tänapäeval on kõige levinumaks kujunenud kolmelabalised, horisontaalse teljega tuulegeneraatorid, sest need on osutunud kõige efektiivsemaks ja neist saadav energia kõige soodsamaks.
Kuidas saadakse tuulest energiat?
Selle võib välja arvutada lihtsustatud valemi P= KD2V3 abil, kus P–energia; K–koefitsient; D-rootori diameeter; V-tuule kiirus. Teisisõnu on tuulest saadav energia võrdeline rootori diameetri ruudu ja tuule kiiruse kuubiga. Kui liikuda maapinnast kõrgemale, siis tuule tugevus tõuseb ja tema kvaliteet paraneb, sest maapinna läheduses, tingituna reljeefist, ehitistest ja metsadest, tekivad hõõrdumine ning turbulentsid, mis oluliselt kahandavad tuule häid omadusi. Sellest tulenevalt annabki suurema läbimõõduga rootori (tiiviku) paigutamine suurematele kõrgustele võimaluse paremaks energiatootmiseks.
Kõrgemad mastid on mõistlik ehitada monteeritavast betoonist
Maismaale püstitavate tuulegeneraatorite hulgas on standardiks kujunemas 2,5-3MW võimsusega turbiinide kasutamine, mis esitab tornidele tuuleenergia kogumisel suure väljakutse. Näiteks kaalub 2,5-3MW võimsusega turbiin koos 100 meetrise läbimõõduga rootoriga umbes 150 tonni. Tõstetuna 100 kuni 150m kõrguse masti otsa, teeb sellise turbiini tiivik enamasti 10–20 pööret minutis. Sellistes tingimustes peavad tuulegeneraatorite mastid taluma suuri staatilisi ja dünaamilisi koormusi. Just suured dünaamilised koormused ning materjalide väsimusest tulenevad ohud muudavad tornide projekteerimise keeruliseks. Sellest tulenevalt on kuni 90m kõrguseid torne, mis on mõeldud alla 2,5MW võimsusega turbiinidele, mõistlik ehitada terasest. Kõrgematele tornidele ja võimsamatele turbiinidele ehitatavate tornide puhul on nii rahalistel kui ka tehnilistel põhjustel mõistlik kasutada monteeritavat betooni.
Betoonkonstruktsioon tagab torni piisava jäikuse suurte turbiinide ja pikkade labade puhul, mis aitab kontrollida vibratsiooni ja kindlustada turbiini häireteta töö. Samuti on lihtsam luua resonantsikindlat mastilahendust.
Metalltornide puhul ühendatakse sektsioonid omavahel poltidega ja ühe masti koostamiseks on vaja kasutada sadu polte. Alalise vibratsiooni tingimustes tuleb poltide kinnitusi pidevalt kontrollida. Betoonil sellist muret ei ole ning seetõttu on betoonmasti hooldamine kliendile tunduvalt soodsam.
Monteeritavast betoonist torni elemendid on väga kvaliteetsed, sest need valmistatakse tehase kontrollitud tingimustes, kõrgekvaliteedilisest betoonist. Lisaks on elemendid nägusad ning nendest saab vähese vaevaga ning kiiresti püstitada turbiinile sobiva torni.
Tihti on tuuleparkidele juurdepääs piiratud, teed on kitsad ja kurvilised. Projekteerimise käigus valitakse monteeritavate elementide suurus nii, et tagatud oleks vaevata juurdepääs ka kõige raskemini ligipääsetavatele objektidele.
Betoon on keskkonnasõbralik materjal, hästi kättesaadav ja suhteliselt stabiilse hinnaga ning selle kasutamine aitab vähendada projektiga kaasnevaid riske.
Üle 100m kõrguste mastide puhul annab betoonlahendus terase ees märgatava hinnaeelise, sest masti läbimõõt ja selle ehitamiseks kasutatava teraslehe paksus kasvavad oluliselt. Terassektsioonide kaalu kasv ja suurte terassektsioonide keeruline transport tõstavad teraslahenduse hinda hüppeliselt.
100 m kõrgune betoontorn kaalub kuni 1500 tonni
E-Betoonelemendi tootevalikus on kaks monteeritaval lahendusel põhinevat masti – 100-110m kõrgused täisbetoontornid, mille puhul betoonosa ulatub kuni turbiinini või 100-150m kõrgused hübriidtornid ehk kombinatsioon betoon- ja terastornist. Hübriidmasti alumine osa on betoonist ning ülemine, umbes 50 kuni 70m kõrgune osa on valmistatud terasest. Valik täisbetoon- või hübriidtorni vahel sõltub konkreetsest projektist ja selle asukohast.
Monteeritavast betoonist tuulegeneraatori mast on oma olemuselt umbes 30cm paksuse seinaga tüvikoonus. See betoonmast on omakorda jagatud üksteise otsa asetatud, ligikaudu 10 kuni 15m kõrgusteks silindriteks, mis omakorda on jagatud segmentideks ehk monteeritavateks elementideks. Elemendi laiema osa mõõt on ligikaudu 3,5m ja kõrgus siis vastavalt silindri kõrgusele vahemikus 10 kuni 15m. Elemendi maksimaalne kaal on kuni 40 tonni. Monteeritavad elemendid valmistatakse tehases isetihenduvast betoonist. Ehitusplatsile tarnitud betoonpaneelid ehk segmendid eelmonteeritakse eelpool mainitud 10 kuni 15 m kõrgusteks silindriteks. Need silindrid omakorda tõstetakse üksteise peale, mille tulemusel moodustubki tüvikoonuselise masti betoonkeha. Masti otsa käib betoonist adapterplaat, mille külge kinnitatakse kas tuuleturbiin või hübriidtorni korral terasmast. Kogu betoonmast järelpingestatakse adepterplaadist vundamenti. See on vajalik, et tagada torni vastupidavus generaatori tööst tingitud dünaamilistele koormustele. Näiteks võib 100m kõrgune torn kaaluda kuni 1500 tonni ning koosneda umbes 70-st monteeritavast betoonelemendist.
E-Betoonelement pakub oma klientidele betoonmasti terviklahendust alates selle projekteerimisest, lõpetades torni monteerimise ning järelpingestamisega ehitusplatsil.
