Vad är ett gravitationsbaserat fundament (GBS)?
Som namnet antyder är ett gravitationsbaserat fundament en struktur baserad på tyngdkraft, för anläggningar i havsmiljö. Vetenskapen bakom är att man utnyttjar gravitationen för att hålla fast anläggningen och lyftkraften för att få den att flyta. Konstruktionens egen tyngd hjälper att stå emot laterala krafter.
Vanliga tillämpningar är oljeplattformar samt havsbaserad vindkraft. Förutsättningarna för gravitationsbaserade fundament är att havsdjupet är minst 20 meter och att havsbottnen är tillräckligt stabil för att stå emot trycket i vertikalled.
Gravitationsbaserade plattformar är vanligtvis tillverkade i betong men förekommer även i stålvarianter. De är robusta och står emot tuffa väderförhållanden till havs, och har visat sig vara ett lämpligt val även i arktiska miljöer.
Med detta sagt finns det vissa krav att ta i beaktning vid val av betong: betongen måste kunna stå emot krafter på upp till 100MPa, vara beständig mot klorid- och sulfatjoner samt i vissa klimat klara av påfrestningar från isbildning och -smältning. Den bör därmed ha hög viskositet samtidigt som den ska kunna stå emot yttre påverkan. Betongblandningar som möter dessa rigorösa krav innehåller ofta ingredienser som flygaska, kiseldioxid och slaggcement tillsammans med en vattenreducerande komponent, en luftporbildare samt en retarder.
Installation av ett gravitationsbaserat fundament
En utmaning under konstruktion och installation är anläggningens storlek, samt att den måste designas för att kunna stå emot stora naturkrafter. Materialkvalitet är därför av yttersta vikt.
Konstruktionens betongbotten byggs i en torrdocka. Flertalet krav behöver ställas på torrdockan för att säkerställa dess lämplighet. Exempel på krav är tillräckligt djup, hänsyn till basens storlek, basens utformning, dockans bärkapacitet, dess avloppssystem samt dess bottenmaterial om det gravitationsbaserade fundamentet placeras direkt på bottnen. Torrdockan ska även vara vattentät, men ha en öppningsbar utgång för att utbogsering av fundamentet ska kunna ske. Den måste därmed stå emot enorma krafter från hela havet.
Sedan transporteras den ut till en skyddad djuphamn, där den förtöjs. Därefter skapas tornen med hjälp av glidformsgjutning i en kontinuerlig process, varpå strukturen tyngs ned för att man ska kunna komma åt att montera överdelen.
Tyngderna avlägsnas sedan och det hela bogseras ut till installationsplatsen med hjälp av bogserbåtar. Väl där placeras ballast för att sätta fast fundamentet på havsbottnen.
Offshore-vindkraft med gravitationsbaserad struktur
Strukturer baserade på tyngdkraft för vindkraftverk till havs har visat sig ha flera fördelar jämfört med alternativen. I de fall havsbottnen inte är tillräckligt stabil är dock andra metoder att föredra, exempelvis olika typer av pålning.
Två faktorer som talar för gravitationsbaserade strukturer över alternativen är miljöpåverkan och den ekonomiska aspekten. Eftersom inga pålar behövs monteras är påverkan på havsbottnen reducerad, liksom bullernivån vid montering. Att montera pålar i stål orsakar högre bullernivåer som kan störa havsfaunan. Betong som ofta används för underdelen är dessutom ett relativt billigt material. Det kan användas på djupt vatten utan problem. Stålpålar kräver större diametrar med ökat vattendjup, vilket ytterligare bidrar till kostnaden.
När man ska bygga vindkraftverk av denna struktur finns dock vissa utmaningar att ta med i beräkningarna. Framför allt gäller det att kunna ta fram en konstruktion som står emot cykliska krafter, det vill säga krafter som varierar över tid vilket naturligt ger mer slitage än statiska krafter. Dessa krafter kommer från naturliga variationer i vindstyrka och vågenergi.
Offshore-vindkraftsverk med gravitationsbaserad konstruktion finns idag i Sverige, Finland, Norge, Belgien och Tyskland i Europa och intresset växer på flera håll i världen.
Underhåll av offshore-vindkraft
De flesta kraftverk för offshore-vindenergi byggda med gravitationsbaserade fundament är tillverkade i betong. Detta har den stora fördelen att de kräver ytterst lite underhåll jämfört med exempelvis metallkonstruktioner. Stålstrukturer har dessutom kortare livslängd och behöver bytas ut oftare. Betong är ett material som har mindre påverkan på miljön – när betongkonstruktioner behöver bytas ut efter 20-50 år kan de gamla enkelt återvinnas.
För att sammanfatta kan sägas att gravitationsbaserade konstruktioner har flera fördelar över traditionella pålningsmetoder: mindre miljöpåverkan på havsbotten, mindre buller som stör undervattenslivet vid installation, material som kräver ytterst lite underhåll och står emot tidens tand, lägre materialkostnader, flexibilitet vad gäller storleken – allt från enorma oljeplattformar till mindre vindkraftverk kan byggas enligt denna metod – samt möjlighet att installera i varierande temperaturförhållanden och klimat. Vindkraftsbolag med havsbaserad vindkraft har därmed mycket att vinna på att övergå till gravitationsbaserad teknik i de fall det är möjligt.
Läs mer:
