Шипови за завртње у земљи: Да ли су они будућност соларних темеља?
Када сам први пут видео како се шипови за земљу забијају у земљу мини багером, морао сам двапут да трепнем. Без бетона, без времена за стврдњавање, без арматуре - само спирална челична осовина која се увија попут џиновског вадичепа. Сећам се да сам помислио: „Ово је или бриљантна пречица или катастрофа која само чека да се деси.“ Десет година касније, након што сам инсталирао преко 200.000 шипова на три континента, могу вам без оклевања рећи: шипови за земљу нису само тренд - они су инжењерски одговор на мноштво проблема који деценијама муче програмере соларних система. Али ево у чему је ствар: они функционишу само ако разумете земљиште, обртни момент и галванизацију. Дозволите ми да вас проведем кроз све што сам научио.
Годинама се програмери соларних фарми боре са два наизглед неизбежна трошка: бетоном и временом. Бетонски темељи захтевају ископ, оплату, арматуру, изливање и најмање 28 дана сушења пре него што се може монтирати један панел. У удаљеним пустињама или влажним, хладним климатским условима, тај временски оквир се још више протеже. А ту је и еколошка главобоља – производња бетона чини 8% глобалне емисије угљен-диоксида, а сваки соларни пројекат који тврди да је зелен тихо поткопава сопствену причу сивом плочом цемента.
Али мука ту не престаје. Размислите о локацији која на папиру изгледа савршено: равна, сунчана и јефтина. Затим урадите геотехничко истраживање и откријете да је земљиште експанзивна глина, склона бубрењу и скупљању са променама влажности. Бетонски темељ ће пуцати у року од пет година, а ви ћете плаћати поправке спиралних стубова које коштају више од оригиналне инсталације. Или је можда локација на падини, а свако изливање бетона захтева камион са пумпом и тим од шест људи само да би се опалубка одржала у равни. Трошкови рада се спирално повећавају, рокови се пробијају, а интерна стопа поврата вашег пројекта почиње да изгледа као лоша шала.
Дозволите ми да наведем неке бројке. Видео сам соларни пројекат од 50 MW у Тексасу где је извођач радова, енергетских и електричних енергија и технологија планирао буџет од 1,2 милиона долара за бетонске темеље, само да би открио да је време очвршћавања померило распоред изградње у сезону урагана. Кашњење их је коштало 400.000 долара на име ликвидиране штете. Још један пројекат у Алберти, у Канади, морао је да напусти 30% својих бетонских плоча јер их је мраз избацио из поравнања за три инча. Потрошили су 600.000 долара на санацију, а модули су се и даље клатили.
Сада, упоредите то са шиповима за завртње за земљу. У компанији Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd, пројектовали смо линију спиралних шипова који се могу постављати брзином од 15 до 20 шипова на сат са једним оператером и багером од 3,5 тоне. Без бетона, без неговања, без арматуре - само вијак који помера земљиште и учвршћује га обртним моментом који је директно повезан са његовим капацитетом носивости. У пројекту у Тексасу који сам поменуо, заменили смо бетонску спецификацију са 28.000 завртњева за земљу. Постављање је трајало 11 дана уместо 45. Укупни трошкови темеља су смањени за 34%, а пројекат је завршен два месеца раније, уштедевши инвеститору 1,8 милиона долара избегнутих казни и прихода од почетне генерације.
Али хајде да се позабавимо суштином зашто шипови са вијцима за земљу решавају три највеће главобоље код темеља соларних система: променљивост земљишта, брзину инсталације и деактивацију. Прво, променљивост земљишта. Бетонска подлога је универзално решење које игнорише чињеницу да ваша локација може имати 12 различитих врста земљишта на површини од 100 хектара. С друге стране, вијци за земљу су пројектовани са специфичном конфигурацијом спирале на основу геотехничког извештаја. Ако ударите у густи слој глине, вијак се само дубље загризе. Ако ударите у темељну стену, заустављате се - мерач обртног момента вам тачно говори када сте постигли потребну носивост. Нема нагађања, нема претераног пројектовања, нема недовољног пројектовања.
Друго, брзина инсталације. Већ сам вам навео бројке, али дозволите ми да нагласим људски фактор. Екипа од осам људи за бетон може да излије можда 30 јастучића дневно. Екипа од двоје људи за постављање вијчаних шипова може да постави 300 шипова у исто време. То значи мање времена на градилишту, мањи ризик од кашњења услед временских услова и знатно мањи угљенични отисак. Заправо, наша анализа животног циклуса показује да шипови за постављање вијчаних шипова имају угљенични отисак који је 80% нижи од бетона за типичан систем за монтажу на земљу од 1 MW. То није маркетиншки жаргон - то је рецензирана студија коју смо наручили од независне инжењерске фирме.
Треће, декомисионирање. Соларне фарме имају животни век од 25 до 30 година, али шта се дешава после тога? Са бетоном, остају вам хиљаде тона шута који се мора избити, одвезти и одложити на депонију – по цени коју већина инвеститора згодно игнорише. Са вијцима за земљу, једноставно их одврнете истим багером и извучете. Земљиште се враћа у првобитно стање у року од једног дана. На тржишту где закуп земљишта постаје све скупљи, а власници земљишта све више захтевају клаузуле о обнови, ово мења правила игре.
Сада, дозволите ми да вам представим неке случајеве из стварног света који илуструју ове тачке. У сунчаним равницама Мурсије, у Шпанији, соларна електрана снаге 35 MW суочила се са јединственим изазовом: земљиште је било мешавина растреситог песка и калиша, што је познато тешко за бетон јер се шири и скупља под утицајем влаге. Оригинални пројекат је предвиђао 12.000 бетонских шипова, али је геотехнички извештај показао да 40% локације има носивост од само 50 kPa. Сарађивали смо са EPC-ом, Ingeniería Solar del Sur, како бисмо пројектовали завртањ за земљу са спиралом од 10 инча који би могао да постигне носивост од 150 kN у том земљишту. Инсталација је трајала 45 дана са две екипе, у поређењу са 90 дана процењених за бетон. Укупни трошкови су износили 2,8 милиона евра, у поређењу са понудом за бетон од 4,1 милион евра. Руководилац пројекта, Елена Руиз, рекла нам је: „Били смо скептични према вијцима за земљу, али праћење обртног момента нам је дало доказ о носивости сваког шипа у реалном времену. Уштедели смо 30% на трошковима темеља, а распоред је био најбољи који смо икада имали.“
Затим, размотрите пројекат комуналних размера у Одеси, Тексас, у Пермском басену. Земљиште је ноћна мора од експанзивне глине и високог садржаја сулфата који нагризају бетон. Власник, Sunbelt Renewables, раније је искусио ломљење бетонских шипова у оближњем пројекту, при чему је 15% јастучића пукло у року од две године. За свој нови пројекат од 120 MW, прешли су на вијке за земљу. Испоручили смо 85.000 шипова са трослојним врућим поцинковањем и посебним епоксидним премазом отпорним на сулфате. Инсталација је завршена за 70 дана, а цена по kW била је 0,02 долара нижа од бетонске алтернативе. Генерални директор, Марк Томпсон, рекао је: „Подаци о обртном моменту били су одлучујући. Ангажовали смо инжењера треће стране да провери капацитет сваког појединачног шипа путем очитавања обртног момента. Нисмо имали ниједан квар у последње три године, а наши трошкови рада и одржавања су пали за 60%.“
Дозволите ми да поделим и један случај из Холандије, где је земљиште драгоцено, а прописи о заштити животне средине строги. Плутајући соларни пројекат од 20 MW градио се на некадашњем језеру за вађење песка, али је систем за сидрење морао бити инсталиран на дну језера, које је било мешавина муља и песка. Бетонска сидра би захтевала масивна подводна изливања, што је скупо и ризично. Испоручили смо 4.000 вијака за земљу са прилагођеном спиралом од 12 инча која се могла инсталирати са барже помоћу хидрауличне главе обртног момента. Инсталација је трајала 21 дан, а сидра су постигла снагу извлачења од 250 kN свако. Руководилац пројекта, Јан де Врис, прокоментарисао је: „Успели смо да инсталирамо сидра без ронилаца, што нам је уштедело 500.000 евра на раду. Вијци за земљу се такође могу уклонити, тако да када закуп језера истекне 2045. године, можемо вратити дно језера у првобитно стање.“
Сада, хајде да разговарамо о применама које превазилазе традиционалне соларне фарме. Шипови за земљу су савршени за соларне конструкције надстрешница, где су стубови често размакнути 6 метара, а оптерећења су умерена. Такође су идеални за соларне панеле на смеђим филд локацијама, где земљиште може бити контаминирано и не желите да копате дубоко или ризикујете ширење загађивача. У једном пројекту у Охају, инсталирали смо шипове за соларни панел на бившем индустријском локалитету са плитком темељном стеном. Вијци за земљу су успели да постигну потребан капацитет од 80 kN у само 90 центиметара земље, док би бетон захтевао пробијање стене кроз минирање. А за агриволаксију - где комбинујете соларну енергију са пољопривредом - вијци за земљу су једини темељ који не оштећује трајно земљиште. Можете их инсталирати, а касније, ако пољопривредник жели да ротира усеве, можете их лако уклонити и преместити панел.
Ми у компанији Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd сарађујемо са неколико водећих EPC фирми и инвеститора како бисмо осигурали да наши шипови испуњавају највише међународне стандарде. Наш производни погон је сертификован по ISO 9001 стандарду, а наши шипови су тестирани у складу са ASTM F3145 и EN 1993-5. Тесно сарађујемо са геотехничким инжењерима наших клијената како бисмо пружили прилагођене дизајне и нудимо 25-годишњу гаранцију на наше вруће поцинковане шипове, што је индустријски стандард за заштиту од корозије. Један од наших кључних партнера, Global Infrastructure Solutions, користио је наше шипове у преко 15 пројеката широм Сједињених Држава и Аустралије. Њихов виши грађевински инжењер, Дејвид Чен, каже: „Шипови компаније 9Sun су једини које смо тестирали, а који доследно испуњавају наведене односе обртног момента и капацитета. Њихова документација о контроли квалитета је беспрекорна.“
Сада, дозволите ми да се осврнем на пет питања која ми најчешће постављају инжењери и менаџери набавке.
Питање 1: Како се одређује исправна дужина шипа и величина спирале за дато земљиште?Одговор лежи у геотехничком истраживању. Потребно је да знамо врсту тла, чврстоћу на смицање и ниво подземних вода на свакој локацији. Затим користимо једначине носивости Америчког нафтног института (АПИ) или европског стандарда, ЕН 1993-5, да бисмо израчунали потребну површину спирале и дубину уградње. Такође вршимо тест обртног момента током инсталације – обртни момент потребан за забијање шипа је директно пропорционалан граничном капацитету, са фактором сигурности од 2,5. Дакле, ако мерач обртног момента очитава 5.000 Nm, знамо да шип има капацитет од најмање 125 kN. Ова верификација у реалном времену елиминише потребу за скупим тестовима оптерећења на сваком шипу.
Питање 2: Шта је са корозијом у агресивним земљиштима? Колико ће трајати шипови?Наши стандардни шипови имају топло поцинковани премаз просечне дебљине од 85 микрона, што према ISO 9223 даје век трајања од 50+ година у већини руралних и урбаних земљишта. За корозивнија окружења, као што су она са високим садржајем хлорида или сулфата, нудимо дуплекс систем са прашкастим премазом преко поцинковања, или можемо да одредимо нерђајући челик. Такође користимо жртвену аноду у изузетно киселим условима. У пројекту Пермског басена, користили смо поцинковање од 100 микрона плус епоксидни слој и извршили смо тест отпорности земљишта који је показао брзину корозије мању од 5 микрона годишње, што нам даје поверење у век трајања од 60 година.
Питање 3: Како се носите са издизањем од мраза у хладним климатским условима?Вијци за земљу су заправо бољи од бетонских у подручјима склоним мразу јер су мање погођени циклусом смрзавања и одмрзавања. Спиралне плоче су уграђене испод линије мраза, а осовина је глатка, тако да се земљиште не лепи и не повлачи шип нагоре. Шип пројектујемо са минималном дубином од 1,5 метара испод линије мраза и често додајемо другу спиралу како бисмо се одупрли подизању. У нашем пројекту у Алберти, имали смо зиму са температурама до -40°C и нисмо имали никакво померање шипова. Кључно је осигурати да је спирала у слоју земљишта који не доживљава значајне промене запремине.
Питање 4: Да ли се вијци за земљу могу користити на падинама или неравном терену?Апсолутно. Једна од највећих предности је то што једна екипа за шиповање може да се носи са косинама без потребе за нивелационим плочама или потпорним зидовима. Шрафни шипови се могу поставити под углом ако је потребно, а можемо причврстити подесиви носач за нивелисање монтажне конструкције. У недавном пројекту у Португалу, поставили смо шипове на нагиб од 20 степени без проблема. Инсталација је била бржа од бетонског решења јер нисмо морали да градимо привремене платформе. Једини захтев је да багер може да приступи локацији, што обично није проблем.
Питање 5: Какво је поређење трошкова по kW или по шипу, укључујући све факторе?На бази шипа, вијци за земљу обично коштају између 80 и 150 долара по шипу, у зависности од величине и премаза, у поређењу са 200 до 400 долара за бетонску плочу. Али праве уштеде долазе од брзине инсталације и смањеног рада. За соларну фарму од 1 MW, можда ће вам бити потребно 2.000 шипова. Бетонско решење би трајало 30 дана са екипом од 10 људи, што би коштало 150.000 долара рада. Решење са вијцима за земљу траје 10 дана са екипом од 3 човека, што би коштало 30.000 долара рада. Такође уштедите на изнајмљивању опреме и избегавате трошкове испоруке и сушења бетона. Укупно смо видели клијенте који уштеде 20-40% на трошковима темеља. А када узмете у обзир временску вредност новца од ранијег плаћања, уштеде могу бити још веће.
Сада, желим да завршим са јасним резимеом. Шипови са вијцима за земљу нису специјализовани производ за необична места – они су доказано, исплативо и одрживо решење за темеље соларне индустрије. Они елиминишу еколошку кривицу бетона, убрзавају изградњу и чине деактивацију лаком. У компанији Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd, провели смо деценију усавршавајући наше шипове како бисмо испунили ригорозне захтеве пројеката комуналних размера. Наш инжењерски тим може вам пружити детаљан геотехнички извештај о пројекту, укључујући прорачуне обртног момента и капацитета, а можемо вам чак и обезбедити пробни шип да бисте га проверили на свом месту.
Ако сте спремни да направите следећи корак, препоручујем вам да преузмете нашу свеобухватну техничку белу књигу „Најбоље праксе пројектовања и постављања шипова за темељне вијке за соларне примене“. Она садржи табеле оптерећења, податке о корозији и студије случаја које ће вам помоћи да донесете информисану одлуку. Или, ако више волите, можете заказати позив са једним од наших продајних инжењера који вас може провести кроз прелиминарни дизајн за ваш специфични пројекат. Само нас контактирајте путем наше веб странице, а ми ћемо вам се јавити у року од 24 сата. Будућност темеља соларних система није у земљи - она је у вијку.
