Farmy fotowoltaiczne (PV) wiodą prym w transformacji energetycznej w Polsce. Droga do polskiego atomu jest długa a do celu daleko. Offshore wind to też przyszłość. Nic dziwnego, że farmy fotowoltaiczne stanowią najdynamiczniej rozwijający się sektor energii odnawialnej w Polsce. Wiodące farmy fotowoltaiczne w naszym kraju mają moc rzędu około 200–250 MW i zajmują powierzchnię rzędu 270–310 hektarów. Obecnie największa jest farma w Zwartowie na Pomorzu o mocy 204 MWp, zajmująca 300 ha. Wkrótce pierwszeństwo przejmie farma w Kleczewie, której moc po rozbudowie ma wynieść 250 MW, na powierzchni podobnej wielkości. Inna, duża farma to Przykona z mocą niemal 240 MW i powierzchnią około 310 ha.
Planowane i projektowane są nowe inwestycje. W obliczu zmian klimatycznych znaczenia w projektowaniu farm PV nabierają analizy hydrologiczne i hydrodynamiczne.
Analizy hydrauliczne i hydrodynamiczne dla projektów farm PV
Największe farmy fotowoltaiczne w Polsce najczęściej powstają w północno-zachodnich i północnych rejonach kraju. Są to tereny o stosunkowo niskim spływie. Nawet jeśli teren jest lekko nachylony, woda może się kumulować i tworzyć rozlewiska.
Analizy hydrauliczne i hydrauliczne są istotne przy projektowaniu farm fotowoltaicznych, zwłaszcza na Pomorzu, ze względu na zmieniające się warunki klimatyczne i ryzyko związane z wodą, takie jak podnoszenie się poziomu wód gruntowych czy lokalne podtopienia. Pomagają one ocenić wpływ inwestycji na gospodarkę wodną terenu, zapewnić odpowiedni drenaż i ochronę przed erozją.
Zakres analiz hydraulicznych i hydrodynamicznych
W HydroBIM mamy duże doświadczenie, jeśli chodzi o tego typu analizy. Wykonujemy je m.in jako podwykonawca branży hydrotechnicznej na projektach kolejowych CPK.
Zaczynamy od modelu terenu. Na tym etapie identyfikujemy obszary potencjalnych rozlewisk i zastoin. Kolejny krok to modelowanie przepływu. Analizujemy prędkości i rzędne zwierciadła wody dla różnych scenariuszy opadowych. Sprawdzamy, czy woda zaleje drogi, czy podmyje fundamenty konstrukcji, czy utrzyma się w strefie kablowej. Analizujemy takie dane, jak opad miarodajny, czas trwania, parametry gruntu, nachylenie terenu.
W projektach PV punktowe przyspieszenia przepływu mogą wypłukiwać grunt przy przepustach, wylotach drenaży i przy skarpach. Symulacje pozwalają wskazać, gdzie konieczne są zabezpieczenia – np. geokraty, gabiony, umocnienia roślinne.
Część analiz dotyczy czasu utrzymywania się wody. Chodzi o tzw. time of inundation – ile czasu po opadzie woda zalega na powierzchni. Długie stagnacje są problemem.
Na etapie opracowania raportu generowane są mapy przepływu, obszarów zalewowych, trajektorii spływu. To dane potrzebne do dalszych projektów: odwodnienia, dróg, stacji, zbiorników. Wersje cyfrowe trafiają do zespołów projektowych. Na ich podstawie wykonuje się korekty projektu zagospodarowania terenu.
Metodyka i wymagania techniczne
Analiza hydrauliczna i hydrodynamiczna dla farm PV opiera się na modelach 1D i 2D. Modele 1D są używane do oceny przepustowości rowów i kanałów. Modele 2D pozwalają analizować spływ powierzchniowy. Dają precyzyjną informację o rozkładzie głębokości i prędkości wody.
Obowiązuje podejście scenariuszowe. Analizuje się kilka wariantów opadowych – deszcze o różnym czasie trwania i prawdopodobieństwie wystąpienia. Najczęściej przyjmuje się opady 1%, 10% i 20% z czasu trwania 15 i 120 minut.
Modele bazują na danych z LIDAR, ortofotomapie i badaniach geotechnicznych. Podstawą są dane o przepuszczalności gruntu. Przy gruntach gliniastych trzeba liczyć się z większym spływem powierzchniowym. Przy piaszczystych – z infiltracją, ale też z możliwością erozji.
Raport musi zawierać wyniki analizy pre-development i post-development. Wymagają tego inwestorzy, ale też instytucje zatwierdzające – Wody Polskie, RDOŚ, często lokalne urzędy. Dokumentacja musi być zgodna z krajowymi standardami i z ISO/IEC, jeśli projekt realizowany jest przez inwestora zagranicznego.
W analizie uwzględnia się elementy planowane: drogi wewnętrzne, ogrodzenie, stacje, skrzynki przyłączeniowe. Każdy z nich może zmienić lokalne warunki odpływu. Wnioski z analizy trafiają do projektanta branżowego, który modyfikuje układ odwodnienia.
Narzędzia i oprogramowanie
Modelowanie w HydroBIM wykonuje się z wykorzystaniem narzędzi HEC RAS, SCALGO Live, Autodesk Civil 3D i QGIS. HECRAS służy do symulacji przepływów w kanałach, ciekach i na obszarach otwartych. SCALGO Live umożliwia analizę spływu powierzchniowego z wykorzystaniem modeli terenu o wysokiej rozdzielczości. Civil 3D wspiera modelowanie dróg i infrastruktury. QGIS – integrację danych przestrzennych.
Praktyka HydroBIM w projektach PV
W typowych projektach farm fotowoltaicznych występuje kilka powtarzalnych problemów: spływ wody z dróg wewnętrznych w kierunku stacji transformatorowej, zaleganie wody w najniższych punktach działki, punktowe przyspieszenia przepływu w sąsiedztwie ogrodzeń, przepustów lub rowów.
Analizy wykonywane przez HydroBIM z wykorzystaniem modelowanie hydrodynamicznego, umożliwiają identyfikację zagrożeń na wczesnym etapie projektu. W modelach wyznaczane są m.in. obszary stagnacji wody oraz czas zatrzymywania wód.. Wiedza ta jest niezbędna do rozmieszczenie drenaży, rowów lub zbiorników retencyjnych.
Modele są wykorzystywane zarówno do identyfikacji problemów, jak też do optymalizacji planowanego sposobu zagospodarowania. Można na ich podstawie np. odpowiednio poprowadzić ciągi komunikacyjne, obniżyć lub podnieść teren pod planowane obiekty lub nawet przesunąć stację. Zespół HydroBIM współpracuje z projektantami innych branż – szybko i bez zbędnych iteracji.
Każde opracowanie kończy się szczegółowym raportem, który stanowi podstawę do dalszych prac projektowych. .
Rekomendacje i wnioski dla farm PV
W analizie dla farmy PV powinno się uwzględniać:
- przepływ powierzchniowy w modelu 2D,
- symulacje dla co najmniej trzech scenariuszy opadowych,
- czas zalegania wody,
- skutki lokalnej erozji,
- porównanie sytuacji przed i po inwestycji.
Analizy hydrodynamiczne powinny być zlecane na wczesnym etapie projektu. Najlepiej – przed uzyskaniem decyzji środowiskowej lub rozpoczęciem prac nad dokumentacją wodnoprawną. Pomaga to uniknąć opóźnień i błędów, jak i zoptymalizować koszty inwestycji. .
Jeśli przygotowujesz projekt PV i potrzebujesz opracowania hydraulicznego lub hydrodynamicznego – skontaktuj się z HydroBIM.