Badania w tunelu aerodynamicznym w projektowaniu konstrukcji PV. Dlaczego warto wyjść poza standardowe założenia?
Badania w tunelu aerodynamicznym pozwalają dokładniej przeanalizować sposób, w jaki wiatr oddziałuje na konstrukcję farmy fotowoltaicznej.
Dzięki temu projektant może sprawdzić, które części inwestycji wymagają większego wzmocnienia, a gdzie nie ma potrzeby stosowania takich samych parametrów konstrukcyjnych.
Dla inwestora oznacza to konstrukcję lepiej dopasowaną do konkretnej lokalizacji, większą precyzję projektową i bardziej świadome wykorzystanie materiału oraz kapitału.
Dobre warunki nie oznaczają, że nie ma już czego optymalizować
Nie każda farma fotowoltaiczna powstaje na trudnym terenie albo w wymagających warunkach geotechnicznych. Dobrym przykładem jest jedna z realizacji ENSON w okolicach Czerniewic. Projekt ma łączną moc 38 MW.
Z punktu widzenia konstruktora warunki są bardzo korzystne:
- płaski teren,
- dobre warunki geotechniczne,
- stosunkowo niskie obciążenia wiatrem i śniegiem,
- klasyczne posadowienie wbijane,
- sprawdzona konstrukcja 2V2.
Można więc uznać, że to projekt stosunkowo prosty i przewidywalny. Właśnie takie realizacje dobrze pokazują jednak, że optymalizacja nie jest potrzebna wyłącznie tam, gdzie pojawiają się trudne warunki gruntowe, duże nachylenia czy wysokie obciążenia. Nawet przy bardzo dobrym punkcie wyjścia warto dokładnie sprawdzić, jak konstrukcja będzie pracowała w konkretnej lokalizacji.
Eurokody są podstawą. Tunel aerodynamiczny pozwala analizować projekt dokładniej
Projektowanie konstrukcji wsporczych farm fotowoltaicznych opiera się na obowiązujących normach, w tym Eurokodach. To one wyznaczają ramy i wymagania, które należy uwzględnić między innymi przy analizie obciążeń wiatrem i śniegiem. Badania w tunelu aerodynamicznym nie zastępują tych norm. Pozwalają natomiast dokładniej odwzorować oddziaływanie wiatru na konkretny układ farmy. Ma to znaczenie, ponieważ duża instalacja PV nie pracuje jak jeden identyczny układ konstrukcyjny.
Na obciążenia mogą wpływać między innymi:
- położenie konstrukcji w obrębie farmy,
- różnice między strefami zewnętrznymi i wewnętrznymi,
- geometria układu,
- wysokość i nachylenie modułów,
- wzajemne oddziaływanie kolejnych rzędów,
- warunki terenowe.
Dzięki badaniom aerodynamicznym można te zależności uwzględnić w projekcie znacznie precyzyjniej.
Nie każda część farmy wymaga takich samych parametrów konstrukcji
To jeden z najważniejszych powodów, dla których analizujemy projekt szerzej niż tylko przez pryzmat jednego zestawu obciążeń dla całej inwestycji.
Konstrukcje znajdujące się w różnych częściach farmy mogą pracować w innych warunkach. W niektórych strefach obciążenia są większe i wymagają odpowiedniego wzmocnienia. W innych nie ma potrzeby stosowania takich samych parametrów.
Pozwala to:
- zwiększyć nośność tam, gdzie jest to potrzebne,
- lepiej dopasować profile i elementy konstrukcyjne,
- ograniczyć niepotrzebne przewymiarowanie,
- zachować wymagany poziom bezpieczeństwa i trwałości systemu.
Nie chodzi więc o maksymalne ograniczenie ilości stali. Chodzi o to, żeby konstrukcja była zaprojektowana dokładnie pod warunki, w których będzie pracowała.
Co daje to inwestorowi?
Sam wynik badania aerodynamicznego nie jest jeszcze wartością. Kluczowe jest to, jak zostanie wykorzystany w projekcie konstrukcji.
Większa precyzja projektowa
Zamiast stosować jeden zestaw założeń dla całej farmy, można lepiej dopasować konstrukcję do różnic występujących w poszczególnych strefach inwestycji.
Mniejsze ryzyko niepotrzebnego przewymiarowania
Jeżeli dana część farmy nie wymaga dodatkowego wzmocnienia, nie ma potrzeby projektowania jej tak samo jak najbardziej obciążonych obszarów.
To pozwala wykorzystać materiał tam, gdzie rzeczywiście jest potrzebny.
Lepsza kontrola CAPEX
Ilość materiału ma bezpośrednie przełożenie na koszt konstrukcji. Dokładniejsze dopasowanie parametrów systemu może więc pomóc lepiej kontrolować nakłady inwestycyjne, bez schodzenia z wymaganego poziomu bezpieczeństwa i trwałości.
Więcej danych do podejmowania decyzji projektowych
Badania aerodynamiczne dają projektantom i inwestorowi dodatkową wiedzę o tym, jak konstrukcja będzie pracowała w danej lokalizacji. To pozwala podejmować decyzje na podstawie dokładniejszej analizy, a nie wyłącznie uśrednionych założeń dla całego projektu.
38 MW pod Czerniewicami. Co dała analiza aerodynamiczna?
W przypadku realizacji ENSON w okolicach Czerniewic warunki wyjściowe były bardzo dobre. Mimo to zastosowaliśmy badania w tunelu aerodynamicznym, aby dokładniej przeanalizować rozkład obciążeń w obrębie farmy. Pozwoliło to rozróżnić wymagania dla poszczególnych części inwestycji i odpowiednio dopasować parametry konstrukcji. Tam, gdzie obciążenia były większe, konstrukcja wymagała odpowiedniego wzmocnienia. Tam, gdzie nie było takiej potrzeby, można było uniknąć nieuzasadnionego przewymiarowania. W efekcie konstrukcja została dopasowana do warunków konkretnej lokalizacji, zamiast traktować całe 38 MW jako jeden identyczny układ.
Optymalizacja nie oznacza projektowania „jak najlżej”
W kontekście konstrukcji PV optymalizacja bywa sprowadzana do ograniczenia ilości stali. To zbyt duże uproszczenie. Dobrze zaprojektowana konstrukcja nie powinna być ani przewymiarowana, ani projektowana z założeniem minimalizacji materiału za wszelką cenę. Powinna odpowiadać wymaganiom konkretnej inwestycji. W jednej części farmy może to oznaczać dodatkowe wzmocnienie. W innej brak potrzeby stosowania takiego samego rozwiązania.
Cel pozostaje ten sam: bezpieczeństwo, trwałość i możliwie precyzyjne dopasowanie konstrukcji do warunków projektu.
Mindful Design: projektowanie pod konkretną inwestycję
W ENSON takie podejście jest częścią Mindful Design.
Każdy projekt analizujemy w odniesieniu do konkretnej lokalizacji: stref wiatrowych i śniegowych, warunków geotechnicznych, ukształtowania terenu, zastosowanych modułów oraz wymagań inwestora i wykonawcy.
Badania aerodynamiczne są jednym z narzędzi, które pozwalają tę analizę pogłębić. Nie zastępują podstaw normowych. Dają dodatkowe informacje potrzebne do tego, żeby konstrukcja była lepiej dopasowana do warunków konkretnej inwestycji. W projektach utility-scale właśnie takie decyzje, podejmowane na początku, mogą mieć wpływ na bezpieczeństwo konstrukcji, ilość wykorzystanego materiału, koszty i późniejszą realizację farmy.
Najwięcej można zrobić przed zamknięciem projektu
Największa przestrzeń do optymalizacji pojawia się zanim projekt konstrukcji zostanie ostatecznie zamknięty. Im wcześniej zespół projektowy otrzyma dane dotyczące lokalizacji, modułów, geotechniki i założeń inwestycji, tym większa możliwość odpowiedniego dopasowania systemu. W projektach, w których oddziaływanie wiatru ma istotne znaczenie dla konstrukcji, warto również przeanalizować zasadność wykorzystania badań aerodynamicznych.
Planujesz farmę PV? Warto porozmawiać o konstrukcji jeszcze przed rozpoczęciem właściwego projektowania.
W przygotowaniu materiału wykorzystano narzędzia AI jako wsparcie procesu redakcyjnego. Za merytoryczną weryfikację i finalną treść odpowiada zespół ENSON.