Både i Sverige och internationellt är vindkraft idag en av de snabbast växande formerna för energiproduktion vilket gynnar många fler än bara tillverkare av vindkraftverk. För att få ett vindkraftverk på plats är det många faktorer som först måste lösas, till exempel byggandet av fundament och vägar.
När ett vindkraftverk eller vindkraftpark ska installeras måste det byggas vägar som håller för att transportera vindkraftverket på plats. Det måste även grävas för fundament och kraftledningar som ska ansluta vindkraftverket till elnätet. Dessutom måste berörda markägare ge tillstånd till att upplåta mark till vindkraftverket. Finns det skog där verket ska byggas måste också en avverkning ske.
Att uppföra ett vindkraftverk eller en vindkraftpark kräver med andra ord en hel del förberedelser. En viktig del i förberedelsearbetet och relativt stor del av investeringskostnaden är fundamenten. Fundamenten beräknas stå för 5 till 10 procent av den totala investeringskostnaden och då står själva turbinen för nästan 76 procent. Detta innebär att alla övriga kostnader, inklusive fundament, delar på resterande 24 procent.
Fundament
Vid grundläggning av landbaserade vindkraftverk krävs fundament som håller vindkraftverken på plats. Generellt finns två grundläggande fundament för vindkraft på land, gravitationsfundament och bergfundament. Mest förekommande är dock gravitationsfundament. Båda typerna av fundament är stora betongkonstruktioner som agerar motvikt till vindkrafterna. Infästningen av vindkraftstornet i fundamentet sker via en stor mängd stål som gjuts in i mitten av fundamentet.
Betong och stål är två av de råvaror som används mest när man bygger vindkraft. Ett vanligt gravitationsfundament innehåller till exempel upp till 500 kvadratmeter betong och 36 ton armering.
Skillnaden mellan de båda typerna av fundament är att ett bergförankrat fundament gjuts direkt på berget samt förankras med bergbultar medan gravitationsfundament tillämpas då jorddjupet är större och fundamentet i sig blir en motvikt till vindkrafterna.
Bergfundamentet är oftast billigare än det massiva fundamentet och för dess byggande räcker det med lättare maskineri.
Den metod man väljer och fundamentets utformning beror delvis på markförhållande men även på typen av vindkraftverk. Vindkraftverk med olika dimension har av naturliga skäl olika behov av förankring men även övergången från själva tornet ned till markförankringen varierar beroende på typ av vindkraftverk.
Genom att utföra geotekniska undersökningar, det vill säga utföra en provborrning för att få kunskap om de faktiska förutsättningarna, kan lämpligast metod väljas och fundamentet dimensioneras på rätt sätt.
Gravitationsfundament
Gravitationsfundament är ett armerat betongfundament 2 till 3 meter under markytan med en diameter på cirka 20 meter. Armeringsjärnen ligger i lager botten av gropen och i mitten formas en pelare upp till verket som fungerar som sockel för verket. När gjutningen är klar täcks fundamentet över med jord och det enda som syns är den cylinderformade sockel som tornet fästs vid.
Bergfundament
Bergfundament används då vindkraftverket placeras på berggrund, vanligtvis för berg med sämre kvalitet. För bergsfundament krävs sprängning av en cirka två meter djup grop i berget. Diametern är dock mindre än vid gravitationsfundament och endast cirka nio meter. Själva fundamentet armeras och gjuts sedan på ungefär samma sätt som gravitationsfundament. Djupa hål borras därefter i berget för att kunna förankra fundamentet med hjälp av långa bultar. Genom att fylla hålen med en typ av betong som expanderar spänns bultarna fast. Ovanpå bultarna gjuts en sockel som tornet monteras på.
Fundamenten gjuts cirka en månad innan vindkraftverken monteras för att betongen ska få tid att härda.
Markförhållanden med dålig bärighet
Vid val av plats för vindkraftverk eftersträvas att marken har hög bärighet för att inte behöva vidta åtgärder. Men vid vissa tillfällen krävs det ändå att marken förstärks. Beroende på de rådande förutsättningarna avgörs vilket typ av förstärkning som är nödvändig.
En enklare åtgärd är att förstärka mark och schaktbotten genom att byta ut material och använda markförstärkningsduk.
Men om marken uppvisar mer än lösa förhållanden och till exempel består av djup lera driver man ner betongpålar och anlägger ett så kallat pålfundament.
Fundament till havs
Till havs finns ett flertal olika lösningar på fundament, beroende på djup och bottnens beskaffenhet, vindkraftverkets storlek, vindförhållanden, geologi, is, vågor och strömmar.
Monopile, tripod och gravitationsfundament är olika typer av fundament som kan användas vid uppförande av vindkraftverk till havs.
Ett fundament av monopiletyp består av ett rör som pålas eller borras ned i botten som tornet sedan monteras på.
Tripodfundament är en trebent ramkonstruktion av stålrör där det i varje hörn sitter en påle, som man driver ned 10 till 20 meter i havsbotten. Detta är en kostnadseffektiv konstruktion med låg vikt som lämpar sig bra för havsbaserad vindkraft, särskilt på större djup, samtidigt behövs nästan inga förberedelser före installationen. Konstruktionen är dock inte lämplig på djup grundare än 6 till 7 meter eftersom stålramen gör det svårt att ta sig in till kraftverket vid underhåll.
Varken monopile eller tripod lämpar sig där det är mycket sten och block.
Gravitationsfundament för offshorebruk gjuts i torrdockor och bogseras sedan ut till uppställningsplatsen där de fylls med sand och sten tills de uppnått den önskvärda vikten. De är oftast konformade för att kunna bryta sönder packis som lätt kan bildas i Östersjön och Kattegatt under kalla vintrar. Kostnaden för den här typen av fundament ökar kvadratiskt med djupet. Med tanke på att konstruktionerna blir oerhört tunga och att kostnaden ökat med ökat djup, brukar man inte kunna använda betong på över 10 meters djup.
Det finns även en metod där en stålcylinder placerad på en stållåda används istället för betong. Denna konstruktion väger sällan mer än 80 till 100 ton och är betydligt lättare än betongkonstruktionen vilket gör den lätt att transportera och installera. Fundamentet fylls sedan med ett högdensitetsmaterial för att komma upp i den slutliga vikten på 1000 ton för att kunna stå emot is och vågor.
Kostnaden för den här typen av fundament ökar inte nämnvärt med djupet, eftersom basen inte behöver öka i storlek proportionellt med djupet.
Ytbehov
Grundläggningen av ett vindkraftverk är jämfört med de tillhörande vägarna och ledningarna ett litet ingrepp. Ett 90 meter högt torn har ett gravitationsfundament på ungefär 20 meter i diameter.
Men för att utnyttja vindenergin optimalt krävs en betydligt större yta kring varje vindkraftverk. När vindkraftverk utvinner energi ur luften bromsas vinden upp. Vindkraftverken måste av den anledningen stå på ett visst avstånd från varandra för att vinden ska hinna återhämta sig.
Beroende på hur terrängen ser ut kan en vindkraftspark ytbehov beräknas till 0,1 till 0,2 kvadratmeter per megawatt. I områden med stora höjdvariationer kan verken stå tätare. En vindkraftspark med en installerad effekt på 200 megawatt har ett ytbehov på 20 till 40 kvadratmeter.
På land måste avståndet mellan verken vara 4 till 6 rotordiameters, beroende på hur vindkraftverken placeras i förhållande till vindriktningen medan det till havs oftast används längre avstånd mellan turbinerna. Den låga turbulensen till havs gör att det behövs en längre sträcka för att fylla på med kringliggande luft.
Vägar
Bra vägförbindelser är också viktiga förutsättningar för byggande av vindkraftverk, både ur ett tekniskt och ekonomiskt perspektiv. Transporten ställer varierande krav på vägkvaliteten beroende på typ av vindkraftverk, men oftast räcker det med en grusväg i normal kondition. Dock måste oftast skogs- och traktorvägar rätas ut, förstärkas och breddas.
Vindkraftverkstillverkarna har alla särskilda instruktioner som beskriver deras minimikrav för lastbilstransporten. Till exempel kan vägkurvor behöva en viss radie för att transporten av de 40 till 50 meter långa bladen ska kunna svänga.
Och transporten av tornet, som är 5 till 6 meter i diameter, måste kunna passera eventuella broar och viadukter utmed vägen.
Hamnar
Det är svårt att ange några generella krav eftersom de flesta vindkraftsprojekt har olika förutsättningar och olika transportbehov. Men vid uppförandet av vindkraftsanläggningar till havs sker vanligtvis transport av fundament och verk med båt från respektive tillverkare till den aktuella platsen. När platsen för vindkraftparken ligger långt från utskeppningshamnen sker transporterna på fartyg som kan ta många verk åt gången till en stor hamn nära lokaliseringsplatsen. Det är då viktigt att hamnen är tillräckligt djup. I hamnen sker omlastning till montagefartyg alternativt till en flytande kran för montering. Vid byggande av större verk på land kan transporten från vindkraftverksleverantören behöva ske till närmast belägna hamn för vidare transport med lastbil.
Anslutning till elnät
Vid val av plats för vindkraftsetablering är närhet till elnätet en viktig faktor. Även elnätets förmåga att utjämna effektvariationer och ta emot producerad effekt har stor betydelse för möjligheten till anslutning.
Anslutningen till elnätet sker med luftledning eller nedgrävd kabel. Det är antalet vindkraftverk och markens beskaffenhet som avgör typ av anslutning. Vanligtvis används kablar som förläggs i eller bredvid vägar, vilket ger den minsta påverkan på den omgivande naturen samt blir ekonomiskt fördelaktigt då det oftast grävs i vilket fall som helst för vägen. Det krävs i regel anslutning mot en högre spänning när större grupper av vindkraftverk byggs. Detta gör det även nödvändigt att anlägga en transformatorstation inom vindkraftgruppen.
Till transformatorstationen ansluts kablarna från vindkraftverken och spänningen transformeras upp till 40, 70 eller 130 kilovolt.
Svenska Kraftnät har tagit fram riktlinjer för hur vindkraftsanläggningar ska anslutas till elnätet.
Kostnader
Att uppföra vindkraftverk är en stor investering. Den största kostnaden är naturligtvis turbinen som står för tre fjärdedelar. Men det är många övriga kostnader som inte på något vis är billiga. Utöver själva vindkraftverket uppstår investeringskostnader från till exempel administration, tillståndsansökningar, jordmånsundersökningar, fundament, vägar, elanslutning osv.
Byggandet av väg är en betydande del av byggkostnaden för vindkraftverket. Vägens bärförmåga kommer i megawattklassen att vara flera hundra ton, vilket gör det nödvändigt för en bra grundbyggnad för vägen. Vägens exakta kostnad avgörs dock från fall till fall, men den riktgivande kostnaden för en tillräckligt bärande skogsväg ligger på 200 000 – 300 000 euro per kilometer. Om terrängen är mera utmanande kan de verkliga byggkostnaderna vara mycket högre än detta.
Kostnader för vindkraftverkens fundament ligger vanligaste mellan 5 till 10 procent av investeringens totalkostnader beroende på jordmån och övriga förhållanden på byggplatsen. För de vindkraftsprojekt som har förverkligats i Europa har medelkostnaden på fundamentet varit cirka 6 procent.
Även vindkraftverkens möjlighet till inkoppling i elnätet spelar en central roll för lönsamheten där inkopplingen har många olika kostnadskomponenter. Vindkraftverkets uppkoppling till elnätet inverkar på kostnaderna speciellt om avstånden är långa. Uppkopplingen kan även kräva förändringar i elstationen eller att en helt ny elstation byggs. Vindkraftsinvesteringar i megawattsklassens har dock en bra tumregel att kostnaden för inkoppling till elnätet är ungefär 150 000 – 250 000 euro per kilometer. Om det rör sig om en större vindkraftsparks inkoppling till elnätet, kan kostnaderna stiga över 400 000 euro per kilometer
