Башни и мачты

Башня является самой большой и тяжелой частью ветроэнергетической установки. Ее высота больше диаметра ветряного колеса в 1,0…1,8 раза и может весить многие сотни тонн. Поэтому башня имеет особое экономическое значение. На ее сооружение приходится от 15 до 25 % общих затрат на сооружение ВЭУ, на ее долю приходится большая часть затрат на транспортировку и монтаж.

Высота башни зависит в первую очередь от места расположения ветрогенератора.  Для местности с большими неровностями поверхности (лес, жилье) подходят более высокие башни, чтобы использовать скорость ветра в более высоких слоях атмосферы и одновременно уменьшить турбулентность. Скорость ветра является решающим фактором в производительности ветрогенератора  (см. формулу мощности).Большая турбулентность означает дополнительную нагрузку на лопасти как и на всю механическую часть.

На побережье и других местах с сильными ветрами сооружаются более низкие башни,  потому что в этих местностях ветер имеет достаточную скорость уже на малых высотах и можно найти сравнительно однородные потоки воздуха. Исходя из этого определилось направление повышать высоту ступицы на наземных ВЭУ, для более полной загрузки. Исходя из вышесказанного, большинство изготовителей предлагают различные варианты высоты и конструкции башен для одинаковых ветрогенераторов.

Конструкции башен.

Вид конструкции башни зависит от типа установки, высоты ступицы и силы ветра. Если башня жестко не закреплена и нуждается в растяжках для ее стабилизации, то ее называют мачтой.

Мачты на растяжках

Мачты на растяжках представляют собой стройную трубчатую конструкцию, которая удерживается с помощью стальных канатов. Они могут применяться для ветрогенераторов номинальной мощностью до 250 кВт. Такая конструкция наиболее распространена при очень малых мощностях ( до 10 кВт).

Все мачты имеют преимущество в том, что они очень легкие и недорогие. Их очень просто транспортировать. Мачты для малых установок можно установить без помощи крана, используя вспомогательную мачту, а при угрозе шторма или при ремонте и обслуживании установки ее можно временно положить.

При установке мачт необходимо использовать большие площади, что является большим недостатком, прежде всего для ветропарков.

Решетчатые башни.

Решетчатые башни применялись для ВЭУ первого поколения. Они  требуют мало материалов (вполовину по сравнению со стальной трубой) и соответственно легче и проще монтируются.

И все же они обходятся в Европе дороже, чем цилиндрические башни, так как при изготовлении и непосредственно при монтаже затрачивается много времени и поэтому требуются большие накладные расходы. В странах с дешевой рабочей силой ( например Китай или Индия) такие конструкции напротив очень распространены.

Решетчатые башни можно увидеть в Европе очень редко, разве что при очень большой высоте конструкции (до 160 м)

Башня из стальной трубы.

Трубчатая башня из стали является самой ходовой и распространенной конструкцией.  Изобретены многие виды таких башен, например цилиндрические, конические, телескопические.  Такие башни содержат от двух до пяти сегментов длиной от 20 до 30 метров каждый. При такой конструкции могут возникнуть проблемы при транспортировке сегментов очень больших установок. Диаметр самого нижнего сегмента может оказаться  больше высоты уличных мостов. Это происходит наиболее часто при мощности установки более 2 МВт.

Стальные башни изготавливаются из стальных листов, которые сначала режутся на сегменты, потом скручиваются и свариваются. Стальная башня очень тяжелая и весит при высоте мультимегаваттной установки высотой от 60 до 120 метров от 60 до 2500 тонн.

Бетонные башни.

Бетонные башни изготавливаются из железобетона. Они намного толще и тяжелее (примерно в 5…6 раз) чем стальные такой же высоты. Они обладают лучшими вибрационными характеристиками и производят меньше шумов.

Бетонная башня может отливаться на месте, но может собираться из готовых сегментов напряженного бетона.

Транспортировка сегментов при бетонной конструкции проще, несмотря на  то что они тяжелее. При отливке на месте тяжелее контролировать качество, так как застывание бетона зависит от погодных условий.

Гибридные башни.

Нижняя часть гибридной башни изготавливается из железобетона, а верхняя из стали. Такая конструкция применяется главным образом при большой высоте башни, чтобы избежать проблем с транспортировкой нижних сегментов большого диаметра из стали , а с другой стороны монтировать ее легче, чем цельнобетонную.