Offshore wind od A do Z

JAK BUDOWANE SĄ FARMY WIATROWE NA MORZU?

Budowa morskiej farmy wiatrowej to jeden z najbardziej złożonych procesów inżynieryjnych w branży energetycznej. Zanim na morzu pojawią się pierwsze statki instalacyjne, a na horyzoncie wyrosną turbiny, projekt przechodzi przez lata planowania, badań, przygotowań technicznych i środowiskowych. To precyzyjna układanka, w której każdy etap — od projektowania po przyłączenie do sieci — ma znaczenie dla bezpieczeństwa, niezawodności i efektywności przyszłej farmy.

1. Planowanie i badania

Proces zaczyna się na długo przed rozpoczęciem prac budowlanych. Na tym etapie analizuje się:

• warunki wiatrowe, które muszą zapewnić stabilną produkcję energii przez 25–30 lat,
• charakterystykę dna morskiego – jego geologię, nośność, ukształtowanie,
• warunki środowiskowe – migracje ptaków, trasy ssaków morskich, występowanie ryb, siedliska,
• warunki żeglugowe – szlaki statków, strefy zakazane, obszary militarne,
• możliwości przyłączenia farmy do krajowego systemu energetycznego.

Prowadzone są również długotrwałe pomiary wiatru, prądów morskich i kampanie geotechniczne, w ramach których specjalistyczne jednostki pobierają próbki gleby i skał na głębokości kilkudziesięciu metrów.

Na podstawie tych danych powstają: wstępne i szczegółowe koncepcje techniczne, modele obciążeń, konfiguracje fundamentów i układ farmy, trasy kabli międzyturbinowych i eksportowych, oraz wieloletnie harmonogramy prac.

2. Pozwolenia i decyzje środowiskowe

Zanim rozpocznie się budowa morskiej farmy wiatrowej, inwestor musi uzyskać: decyzję środowiskową (DŚU), pozwolenia lokalizacyjne i budowlane, zgody administracji morskiej, decyzje dotyczące przyłączenia do sieci, certyfikacje techniczne.

3. Budowa łańcucha dostaw, kontraktacja i produkcja komponentów

Wraz z uzyskaniem kluczowych pozwoleń projekt wchodzi w etap intensywnej pracy projektowej i organizacji zaplecza przemysłowego. To okres, w którym tworzony jest cały łańcuch dostaw – od największych producentów turbin i fundamentów po wyspecjalizowane zakłady wytwarzające stalowe konstrukcje, systemy elektryczne, elementy automatyki i wyposażenie serwisowe.

Łańcuch dostaw dzieli się na dwie kluczowe części. Pierwsza z nich obejmuje elementy związane bezpośrednio z jednostkami wytwórczymi, czyli turbinami i fundamentami. Same turbiny odpowiadają średnio za około 40% nakładów inwestycyjnych projektu, a ich produkcja wymaga wielomiesięcznego przygotowania, certyfikacji i koordynacji wielu poddostawców. Drugi etap to infrastruktura wyprowadzenia mocy – morskie kable przesyłowe, morska stacja elektroenergetyczna (OSS), lądowa stacja transformatorowa oraz lądowe kable eksportowe.

Równolegle trwa szczegółowe projektowanie techniczne. Powstają ostateczne projekty fundamentów i elementów przejściowych (TP), konfiguracja turbin na polu, trasy kabli międzyturbinowych i eksportowych oraz rozwiązania technologiczne dla morskiej stacji elektroenergetycznej. Projektanci doprecyzowują modele obciążeń, analizy środowiskowe, wymagania certyfikacyjne i scenariusze instalacyjne, aby zapewnić bezpieczeństwo konstrukcji przez cały okres jej eksploatacji.

Po zakończeniu procesu kontraktacji rozpoczyna się produkcja wszystkich elementów farmy. Monopale, elementy przejściowe, wieże, gondole, łopaty, kable inter‑array i kable eksportowe powstają równolegle w wielu zakładach. Komponenty morskich farm wiatrowych są projektowane specjalnie pod konkretną lokalizację farmy — nie stosuje się rozwiązań uniwersalnych. Każdy fundament, kabel, element przejściowy czy konstrukcja turbiny musi być precyzyjnie dopasowany do warunków dna, głębokości morza, profilu wiatrowego i układu całej farmy. Harmonogramy produkcji są ściśle powiązane z możliwościami transportowymi oraz dostępnością portu instalacyjnego. Każdy komponent przechodzi szczegółową kontrolę jakości, badania nieniszczące, próby funkcjonalne i certyfikację klasową, dzięki czemu spełnia surowe normy wymagane w technologii offshore wind.

To etap, w którym projekt realnie nabiera fizycznego kształtu — choć nie na morzu, lecz w setkach hal produkcyjnych, fabryk, magazynów i centrów logistycznych. Wszystkie te działania muszą zostać skoordynowane tak, aby dziesiątki tysięcy ton stali, kompozytów i zaawansowanych systemów elektrycznych dotarły do portów instalacyjnych dokładnie wtedy, kiedy rozpocznie się faza budowy na morzu.

4.  Logistyka, rezerwacja statków i przygotowanie portów

Logistyka offshore wind to osobny, ogromny obszar działań: wybrany przez inwestora port instalacyjny musi zostać dostosowany do przeładunku elementów wielkogabarytowych, przygotowuje się place składowe i tory transportowe. Port instalacyjny pełni rolę hubu logistycznego, przez który przechodzi niemal każdy komponent farmy. To tutaj docierają elementy z fabryk, po czym są kontrolowane, przygotowywane do załadunku i koordynowane czasowo tak, aby zsynchronizować ich dostawę z dostępnością floty instalacyjnej i warunkami na morzu.

Sama rezerwacja floty instalacyjnej  wymaga długoterminowego planowania — statki takie jak jednostki typu jack‑up, statki kablowe czy ciężkie dźwigowce są dostępne globalnie i pracują w określonych oknach pogodowych. Z tego powodu proces ich zakontraktowania zaczyna się nawet kilka lat przed rozpoczęciem instalacji, a harmonogram dostaw komponentów jest precyzyjnie dopasowany do terminów pracy floty.

Z kolei port serwisowy budowany jest z myślą o całym cyklu życia farmy — to z niego przez kolejne 25–30 lat będą operować technicy, jednostki CTV i SOV, odbywać się będą przeglądy, naprawy i bieżący monitoring turbin. Powstają tam magazyny części zamiennych, zaplecze warsztatowe, strefy odprawy załóg i systemy wspierające eksploatację farmy.

Baza serwisowa Baltic Power mieści się w Łebie. Na etapie budowy odgrywa istotną rolę logistyczną. To stąd wyruszają jednostki CTV (Crew Transfer Vessels) przewożące techników i załogi wspierające działania instalacyjne na morzu. W bazie przygotowywane są narzędzia i sprzęt techniczny, a także prowadzone są analizy pogodowe i odprawy zespołów. Mieści się też tam Morskie Centrum Koordynacyjne (ang. MCC – Marine Coordination Center), które jest odpowiedzialne za monitorowanie i raportowanie wszystkich operacji związanych z ruchem morskim na farmie wiatrowej w trybie 24/7.

Kiedy wieloletnie przygotowania, badania i projektowanie dobiegają końca, projekt wchodzi w najbardziej spektakularną fazę — instalację na morzu. To moment, w którym abstrakcyjne do tej pory rysunki techniczne zamieniają się w rzeczywiste konstrukcje: fundamenty wbite w dno Bałtyku, ogromne wieże wyrastające ponad wodę, łopaty o długości ponad 100 metrów i morskie stacje elektroenergetyczne, które przypominają pływające platformy przemysłowe.

CO I JAK SIĘ INSTALUJE?

Monopale

Stanowią fundament, który utrzymuje całą turbinę — wieżę, gondolę i łopaty — przez 25–30 lat, w zmiennych warunkach morskich. Monopale to gigantyczne stalowe rury — nawet do 100 metrów długości i ważące 1700 ton. Ich średnica wynosi około 9 metrów, co jest porównywalne do średnicy tunelu metra. Nie mają żadnych ruchomych części — działają jak stalowe „palowanie”, które przenosi obciążenia z turbiny do gruntu.

Z czego się składają?
 Monopale są konstrukcją jednoczęściową:

• stal o wysokiej wytrzymałości,
• powłoki antykorozyjne,
• elementy ułatwiające transport i podnoszenie (lifting points).

Jak są instalowane?

Monopale są holowane za pomocą specjalistycznych statków holowniczych. Po dotarciu na teren farmy wiatrowej dźwig morski podnosi monopal i stopniowo ustawia go w pozycji pionowej, przygotowując do opuszczenia na dno morza. Po ustawieniu monopal jest wbijany w dno morskie z użyciem potężnego młota hydraulicznego, a cały proces odbywa się z zastosowaniem kurtyn bąbelkowych, które minimalizują emisję hałasu pod wodą.

Elementy przejściowe (Transition Pieces - TPs)

Łączą fundament z wieżą turbiny i zapewniają bezpieczny dostęp serwisowy oraz ochronę konstrukcji przed warunkami morskimi. To stalowe elementy nakładane na monopal. Działają jak „adapter” między fundamentem a wieżą turbiny — odpowiadają za połączenie mechaniczne, elektryczne i serwisowe.

Z czego się składają?

TP to wyposażone konstrukcje techniczno‑serwisowe, na których znajdują się m.in.:

• boat landing – miejsce do cumowania jednostek CTV,
• platformy robocze i barierki,
• drabiny i bramki wejściowe,
• systemy elektryczne i komunikacyjne,
• zabezpieczenia antykorozyjne.

Jak są instalowane?

Konstrukcje są zabezpieczone na czas rejsu na farmę na pokładzie specjalistycznego statku instalacyjnego. Dźwig podnosi konstrukcję elementu przejściowego i ustawia ją precyzyjnie nad wcześniej wbitym fundamentem. Element przejściowy jest powoli i precyzyjnie opuszczany na monopal. Wspólnie tworzą one podstawę dla przyszłej wieży turbiny.

Morskie turbiny wiatrowe

To najbardziej widoczny element farmy, odpowiedzialny za przekształcanie energii wiatru na energię elektryczną. Baltic Power to dopiero drugą morską farmą wiatrową w Europie, która wykorzystuje turbiny o mocy 15 MW, jedne z największych dostępnych na świecie. Pojedyncza turbina o mocy 15 MW potrzebuje zaledwie 1 minuty pracy, aby zapewnić energię dla autobusu komunikacji miejskiej na trasie 100 km.

Dowiedz się ile energii mogą wytworzyć turbiny Baltic Power i jak przekłada się to na realne potrzeby odbiorców, skorzystaj z naszego KALKULATORA MOCY.

Z czego się składa?

Najważniejsze elementy morskiej turbiny wiatrowej to:

Wieża – stalowa konstrukcja o wysokości ponad 120 m, wewnątrz której znajdują się platformy serwisowe, winda, drabiny i okablowanie.
Baltic Power to pierwszy projekt, w którym w górnych częściach niektórych wież wykorzystano stal pochodzącą z recyklingu, co pozwoliło zmniejszyć ich ślad węglowy o około 10% w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji. 

Gondola -  serce turbiny. Wewnątrz tej  konstrukcji, rozmiarem zbliżonej do trzypiętrowego bloku, zainstalowano główne urządzenia przekształcające energię wiatru w energię elektryczną, w tym: generator, układ przeniesienia napędu, urządzenia sterownicze i wyposażenie pomocnicze. Na zewnątrz gondoli znajdują się: piasta, do której przymocowane są łopaty, oświetlenie czy urządzenia układu chłodniczego.

W projekcie Baltic Power część gondoli została wyprodukowana w Polsce. Baltic Power wybrał Vestas jako dostawcę turbin wiatrowych, a Vestas podjął decyzję o budowie fabryki gondoli do turbin V236-15 MW właśnie w Szczecinie. 

Łopaty
Kompozytowe elementy o długości przekraczającej 100 m, które przechwytują energię wiatru i wprawiają turbinę w ruch.  Łopaty mierzą ~115 m i osiągają ponad 43,7 tys. m2 powierzchni obrotu (to równowartość ponad 6 boisk piłkarskich).

Jak są instalowane?

Instalacja turbiny rozpoczyna się od ustawienia statku typu jack‑up, którego stalowe nogi opierają się o dno morskie, a pokład unosi się nad powierzchnią wody, tworząc stabilne miejsce pracy mimo fal i trudnych warunków pogodowych. Następnie dźwigi pokładowe montują wieżę uprzednio połączoną w całość na pokładzie statku. Kolejnym krokiem jest podniesienie ogromnej gondoli, która trafia na szczyt wieży. Ostatnim etapem jest instalacja łopat.

Morskie stacje elektroenergetyczne

Morska stacja energetyczna (Offshore Substation - OSS) to duża platforma techniczna posadowiona na morzu. To „centrum dowodzenia” farmy — miejsce, w którym łączą się kable inter-array i gdzie energia jest przygotowana do przesyłu na brzeg. Jej zadaniem jest odbiór energii wytwarzanej przez turbiny i podniesienie napięcia, aby bezpiecznie i efektywnie przesłać ją na ląd za pomocą kabli eksportowych.

Z czego się składa?

W skład OSS wchodzą m.in.: transformatory wysokiego napięcia, rozdzielnie MV i HV, systemy SCADA i automatyki, generatory awaryjne, pomieszczenia techniczne i zabezpieczenia przeciwpożarowe.

W projekcie Baltic Power stalowe konstrukcje stacji powstały w Polsce – w stoczniach w Gdyni i Gdańsku, a za ich budowę odpowiadała Grupa Przemysłowa Baltic. Konstrukcje o wadze 1300 ton każda trafiły w następnym kroku do Danii, gdzie po ich pełnym wyposażeniu osiągnęły masę po 2500 ton każda. Na obu stacjach zamontowano również m.in. specjalistyczne dźwigi wykonane przez polską firmę Protea.

Jak jest instalowana?

Instalacja OSS rozpoczyna się od załadunku kompletnej na barkę transportową. Po dotarciu na miejsce instalację przeprowadzana jest przez specjalistyczną jednostkę typu heavy-lift. Najpierw na monopalu instalowany jest element przejściowa, a następnie stacja elektroenergetyczna jest unoszona, ustawiana z wysoką precyzją i montowana na przygotowanym fundamencie. Po zamocowaniu do konstrukcji podłączane są kable wewnętrzne farmy oraz kabel eksportowy prowadzący do lądu. Dopiero po pełnej integracji stacja może rozpocząć swoją rolę „serca” całej farmy, zarządzając przepływem energii i komunikacją z turbinami.

KABLE MORSKIE

Kable morskie to niewidoczna, ale absolutnie kluczowa część infrastruktury morskiej farmy wiatrowej. Łączą one turbiny z morskimi stacjami elektroenergetycznymi, a następnie przesyłają energię na ląd. Wyróżnia się dwa główne typy kabli: kable międzyturbinowe (inter array), które tworzą sieć przesyłową wewnątrz farmy, oraz kable eksportowe, którymi energia płynie z morskiej stacji elektoenergetycznej do brzegu.

Instalacja kabli rozpoczyna się od przygotowania ich trasy na dnie morskim, poprzedzonego szczegółowymi badaniami geologicznymi, które określają ukształtowanie terenu, rodzaj podłoża oraz potencjalne przeszkody. Kable są transportowane na specjalistycznych statkach kablowych, gdzie przechowywane są w dużych bębnach lub zasobnikach, a następnie rozwijane i precyzyjnie układane na dnie za pomocą wysięgnika kablowego oraz systemów dynamicznego pozycjonowania statku.

W zależności od rodzaju gruntu kable są układane bezpośrednio na dnie lub dodatkowo zakopywane przy użyciu narzędzi takich jak pługi kablowe albo jetting, które używając wody pod wysokim ciśnieniem, tworząc w dnie rów, w który kabel naturalnie opada. W trudniejszych warunkach stosuje się dodatkowe zabezpieczenia, m.in. maty betonowe czy osłony mechaniczne, aby chronić kabel przed erozją, ruchami dna lub przypadkowym uszkodzeniem.

Po ułożeniu kable są podłączane do fundamentów turbin i do morskich stacji elektroenergetyznych, a następnie przechodzą testy elektryczne i pomiary rezystancji, które potwierdzają ich integralność.

INFRASTRUKTURA PRZYŁĄCZENIOWA NA LĄDZIE

Zanim morska farma wiatrowa zostanie podłączona do krajowego systemu elektroenergetycznego, konieczne jest przygotowanie kompletnej infrastruktury na lądzie. Obejmuje to budowę przyłącza lądowego, czyli trasy, którą kabel eksportowy z Bałtyku dociera do brzegu, oraz jego dalsze prowadzenie w kierunku lądowej stacji elektroenergetycznej. Na tym etapie realizowane są prace ziemne, prowadzone w sposób minimalizujący wpływ na środowisko i lokalne społeczności, m.in. z wykorzystaniem technologii bezwykopowych (HDD).

Kluczowym elementem jest budowa lądowej stacji elektroenergetycznej, gdzie energia z farmy jest transformowana i przygotowywana do wprowadzenia do krajowej sieci wysokiego napięcia. Stacja ta pełni rolę centrum zarządzania przepływem energii i zabezpieczeń, zapewniając stabilność, bezpieczeństwo i zgodność parametrów z wymaganiami operatora sieci. Po wykonaniu wszystkich prac mechanicznych i elektrycznych infrastruktura lądowa łączy się z krajowym systemem przesyłowym — dopiero wtedy energia z morza może płynąć do odbiorców.