Ramboll on suunnitellut yli puolet Suomen tuulivoimaloiden perustuksista

Hyvin suunniteltu perustus on kriittinen osa tuulivoimalan toimintaa ja turvallisuutta. Se varmistaa voimalan kestävyyden ja tehokkaan toiminnan koko pitkän elinkaaren ajan.

Ramboll suunnitteli Suomen ensimmäisten tuulivoimaloiden perustukset lähes 30 vuotta sitten. Siitä lähtien olemme olleet alan johtava toimija ja suunnitelleet 55 prosenttia Suomen maatulivoimaloiden perustuksista.

Viime vuosina tahti on entisestään kiihtynyt. Vuodesta 2020 lähtien olemme suunnitelleet lähes 700 tuulivoimalan perustukset Suomessa. Lisäksi olemme tehneet suunnittelua ja konsultointia muissa Pohjoismaissa.

Tuulivoimalan perustuksen suunnittelu alkaa tilaajalle tehtävällä esisuunnittelulla.

Se sisältää perustusten dimensioiden mitoittamisen ja karkean arvion rakentamiseen tarvittavasta teräksestä ja betonista. Näiden tietojen pohjalta tilaaja pystyy kilpailuttamaan urakan tai laskemaan urakkahinnan tarjousta varten.

Esisuunnittelussa ja sitä seuraavassa toteutussuunnittelussa hyödynnetään tuulivoimalan perustamistapalausuntoa, joka perustuu mm. kairaamalla tehtyihin maaperätutkimuksiin. Tuulivoimalan kuormitustiedot ja pulttikehikon mitat suunnittelija saa voimalan toimittajalta.

Perustuksen suunnittelija tekee eri vaiheissa tiivistä yhteistyötä asiakkaan kanssa. Yhdessä määritellään laskennan lähtötiedot, millaisia perustustyyppejä tarvitaan ja miten ne saadaan tehokkaasti toteutettua.

Tuulivoimalan perustamistapa valitaan pohjaolosuhteiden perusteella. Suomessa yleisin tapa on maanvarainen gravitaatioperustus. Myös kallioon ankkuroitua perustusta käytetään, jos käyttökelpoinen kallio ulottuu lähelle maan pintaa. Kolmas vaihtoehto on paaluperustus, jota käytetään kuitenkin vähän teollisen mittakaavan voimaloissa.

Tärkeä osa suunnittelua on perustusten väsymismitoitus, jota tavanomaisessa rakentamisessa tehdään harvoin muille betonirakenteille. Tässä huomioidaan kaikki perustuksiin kohdistuvat jatkuvat ja jaksottaiset kuormat. Tuulivoimalan koon kasvun myötä niihin kohdistuvat kuormat ovat kaksinkertaistuneet viimeisen seitsemän vuoden aikana.

Perustuksen raudoitushäkin suunnittelu on tärkeä osa suunnittelijan työtä. Ympyränmuotoinen ja tiheästi raudoitettu häkki on tyypillisesti halkaisijaltaan 25–30 metriä ja keskeltä lähes neljä metriä korkea.

Raudoiteterästä maanvaraiseen perustukseen kuluu 120–130 tonnia. Se on suunnilleen yhtä paljon kuin yhteen 8-kerroksiseen kerrostaloon tarvittava määrä.

Tuulivoimalan perustuksen betonointi on vaativa työvaihe, joka edellyttää huolellista suunnittelua ja toteutusta.

Kyse on massiivisesta valusta, johon tarvitaan tyypillisesti 800–900 kuutiometriä betonia. Valu pitää saada onnistumaan kerralla, ilman saumoja . Valettavan perustuksen sisälle asennetaan raudoituksen yhteydessä pulttikehikko, johon voimalan putkimainen terästorni kiinnitetään T-laipan avulla .

Rambollilla tuulivoiman perustusten suunnittelusta vastaa Suomessa tiivis kokeneiden ammattilaisten ydinjoukko. Hankkeiden suurimpia haasteita on kireä aikataulu. Kun tuulivoimapuiston luvat ja rahoitus ovat kunnossa, suunnittelu ja rakentaminen toteutetaan mahdollisimman nopealla aikataululla, tuotannon aloittamiseksi.

Suunnittelua varten olemme kehittäneet tehokkaan suunnittelukonseptin, jossa jokainen toimeksianto toteutetaan järjestelmällisesti toistaen samat suunnittelun vaiheet. Vain lähtötiedot muuttuvat.

Taitava suunnittelija ottaa huomioon myös rakentamiskustannusten optimoinnin. Esimerkiksi perustusten raudoitteita voidaan hienosäätää vaihtamalla terästankojen asemointia ja kokoa, mikä voi vähentää yhden perustuksen teräksen tarvetta useilla tonneilla. Terästen tarkalla asemoinnilla ja suunnittelulla pystytään vaikuttamaan myös terästen asennuksen sujuvuuteen työmaalla, jolla usein säästyy työmaalla tehtävää asennusaikaa ja resursseja.

Ison tuulivoimapuiston kohdalla tällaisella osaavalla suunnittelulla voidaan säästää materiaalikustannuksissa jopa sata tuhatta euroa. Myös hiilijalanjälki pienenee.

Pitkä kokemus tuulivoimaloiden perustusten suunnittelusta on luonut Rambollille tiiviit asiakassuhteet, jotka auttavat meitä tekemään optimoidut ja asiakkaalle räätälöidyt ratkaisut.

Olemme tehneet asiakkaiden kanssa myös tuotekehityshankkeita, joissa olemme selvittäneet erilaisten perustusratkaisujen toimivuutta ja niiden kustannustehokuutta.

Perustusten suunnittelun ohella palveluihimme kuuluvat suunnitelmien kolmannen osapuolen tarkastukset, korjaussuunnittelu ja kuntotutkimukset. Perustussuunnittelun lisäksi Ramboll tarjoaa kaikkia asiantuntijapalveluita koko tuulivoimahankkeen elinkaarelle – aina hankekehityksen esiselvityksistä käytönaikaisiin tehtäviin saakka.

Uusi ja kasvava palvelu ovat perustusten käyttöiän jatkuvuuden laskennalliset tarkastelut. Tässä hyödynnämme tuulivoimalan käytön aikana kerättyjä tuulitietoja, joiden pohjalta voimme määrittää voimalalle simulointia tarkemmat, voimalan todelliset tuuliolosuhteet.

Näin pystymme arvioimaan entistä tarkemmin perustukseen kohdistuvia kuormia ja tuulivoimalan todellista käyttöikää. Riittävän ajoissa tehty arviointi auttaa myös suunnittelemaan käytön aikaisia huoltoja, joiden optimoinnilla voidaan säästää kustannuksia.

Oman haasteensa perustusten suunnitteluun tuovat tuulivoimaloiden koon nopea kasvu. Nykyisissä voimaloissa tornin korkeus on tyypillisesti 160–170 metriä eli Näsinneulan luokkaa. Roottorin siipien halkaisija voi olla 165 metriä.

Uuden kiinnostavan haasteen meille tarjoaa merituulivoima, jonka rakentaminen on nyt lähdössä liikkeelle myös Suomessa.

Merituulivoimalan rakenteiden on oltava maalle perustettavia voimaloita vankemmat, jotta ne kestävät kovempia tuulia, aaltojen rasitusta, jääkuormat ja suolavettä. Tämä asettaa omat vaatimuksensa massiivisten voimaloiden perustuksille.

Olemme valmiita ottamaan haasteen vastaan. Tukea tässä saamme kollegoiltamme Tanskasta ja Saksasta , joissa Ramboll on kerryttänyt jo vuosikymmenien kokemuksen merituulivoimaloiden suunnittelusta.