Mga Tambak na Turnilyo sa Lupa: Ang mga Ito ba ang Kinabukasan ng mga Pundasyon na Solar?

Noong una kong makita ang isang ground screw pile na itinutulak sa lupa gamit ang isang mini excavator, kinailangan kong kumurap nang dalawang beses. Walang kongkreto, walang oras ng pagtigas, walang rebar—isang helical steel shaft lang na pumipilipit pababa na parang isang higanteng corkscrew. Naaalala kong naisip ko, "Isa itong mahusay na shortcut o isang sakuna na naghihintay na mangyari." Pagkalipas ng sampung taon, pagkatapos mag-install ng mahigit 200,000 piles sa tatlong kontinente, masasabi ko sa iyo nang walang pag-aalinlangan: ang mga ground screw pile ay hindi lamang isang uso—sila ang sagot sa inhinyeriya sa maraming problema na sumasalot sa mga solar developer sa loob ng mga dekada. Ngunit narito ang problema: gumagana lamang ang mga ito kung naiintindihan mo ang lupa, ang torque, at ang galvanization. Hayaan mong ipaliwanag ko sa iyo ang lahat ng natutunan ko.

Sa loob ng maraming taon, ang mga developer ng solar farm ay nakipagbuno sa dalawang tila hindi maiiwasang gastos: kongkreto at oras. Ang mga pundasyon ng kongkreto ay nangangailangan ng paghuhukay, formwork, rebar, pagbuhos, at hindi bababa sa 28 araw na pagpapatigas bago ka makapagkabit ng isang panel. Sa mga liblib na disyerto o basa at malamig na klima, ang takdang panahon na iyon ay mas matagal pa. At nariyan din ang sakit sa ulo sa kapaligiran—ang produksyon ng kongkreto ay bumubuo ng 8% ng pandaigdigang emisyon ng CO2, at ang bawat proyektong solar na nagsasabing berde ay tahimik na sinisira ang sarili nitong kwento gamit ang isang kulay abong tipak ng semento.

Pero hindi lang doon natatapos ang sakit. Isipin ang lugar na perpekto ang itsura sa papel: patag, maaraw, at mura. Pagkatapos, gagawa ka ng geotech survey at matutuklasan mong ang lupa ay malapad na luwad, na madaling mamaga at lumiit kapag nagbago ang moisture. Ang pundasyon ng kongkreto ay mabibitak sa loob ng limang taon, at magbabayad ka para sa pagkukumpuni ng helical pier na mas mahal kaysa sa orihinal na pagkakabit. O baka naman ang lugar ay nasa isang slope, at ang bawat pagbubuhos ng kongkreto ay nangangailangan ng pump truck at isang team na binubuo ng anim para lang mapanatiling pantay ang mga form. Paulit-ulit ang gastos sa paggawa, lumilipas ang iskedyul, at ang internal rate of return ng iyong proyekto ay nagsisimulang magmukhang isang masamang biro.

Hayaan ninyong magbigay ako ng ilang numero tungkol dito. Nakakita na ako ng isang 50 MW solar project sa Texas kung saan ang EPC contractor ay nagbadyet ng $1.2 milyon para sa mga pundasyong konkreto, ngunit natuklasan nilang ang oras ng pagpapatigas ay nagtulak sa iskedyul ng konstruksyon patungo sa panahon ng bagyo. Ang pagkaantala ay nagdulot sa kanila ng $400,000 na pinsala. Isa pang proyekto sa Alberta, Canada, ang kinailangang iwanan ang 30% ng kanilang mga concrete pads dahil sa pag-angat ng hamog na nagyelo mula sa pagkakahanay ng tatlong pulgada. Gumastos sila ng $600,000 sa remediation, at ang mga module ay umuugoy pa rin.

Ngayon, ihambing iyan sa mga ground screw pile. Sa Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd, gumawa kami ng isang linya ng helical pile na maaaring i-install sa bilis na 15 hanggang 20 pile kada oras gamit ang isang operator at isang 3.5-toneladang excavator. Walang kongkreto, walang pagpapatigas, walang rebar—isang turnilyo lamang na nagpapalit ng lupa at nagla-lock sa lugar gamit ang isang torque na direktang nauugnay sa kapasidad ng pagkarga nito. Sa proyektong nabanggit ko sa Texas, pinalitan namin ang spec ng kongkreto ng 28,000 ground screw. Ang pag-install ay tumagal ng 11 araw sa halip na 45. Ang kabuuang gastos sa pundasyon ay bumaba ng 34%, at ang proyekto ay naipatupad dalawang buwan nang mas maaga, na nakatipid sa developer ng $1.8 milyon sa naiwasang mga parusa at maagang kita.

Pero ating talakayin ang mga detalye kung bakit ang mga ground screw pile ay nakakalutas sa tatlong pinakamalaking problema sa mga solar foundation: ang soil variability, bilis ng pag-install, at decommissioning. Una, ang soil variability. Ang concrete pad ay isang solusyon na akma sa lahat na hindi isinasaalang-alang ang katotohanan na ang iyong site ay maaaring may 12 iba't ibang uri ng lupa sa 100 ektarya. Sa kabilang banda, ang mga ground screw ay ginawa gamit ang isang partikular na helix configuration batay sa geotechnical report. Kung matamaan mo ang isang siksik na clay layer, ang turnilyo ay mas lalong sumisiksik. Kung matamaan mo ang bedrock, hihinto ka—sinasabi sa iyo ng torque meter kung kailan mo eksaktong naabot ang kinakailangang bearing capacity. Walang hula, walang over-design, walang under-design.

Pangalawa, ang bilis ng pag-install. Naibigay ko na sa inyo ang mga numero, pero hayaan ninyong bigyang-diin ko ang elemento ng tao. Ang isang walong crew ng kongkreto ay maaaring magbuhos ng humigit-kumulang 30 pad sa isang araw. Ang dalawang crew ng ground screw ay maaaring mag-install ng 300 pile sa parehong oras. Nangangahulugan ito ng mas kaunting oras sa site, mas kaunting panganib ng pagkaantala sa panahon, at mas maliit na carbon footprint. Sa katunayan, ipinapakita ng aming lifecycle analysis na ang mga ground screw pile ay may carbon footprint na 80% na mas mababa kaysa sa kongkreto para sa isang tipikal na 1 MW ground-mount system. Hindi iyon marketing speak—iyan ay isang peer-reviewed na pag-aaral na kinomisyon namin mula sa isang third-party engineering firm.

Pangatlo, ang pagtanggal ng kuryente. Ang mga solar farm ay may inaasahang haba ng buhay na 25 hanggang 30 taon, ngunit ano ang mangyayari pagkatapos nito? Sa kongkreto, maiiwan ka na lang ng libu-libong toneladang durog na bato na kailangang i-jackhammer, ihakot, at itapon sa tambakan ng lupa—sa halagang hindi pinapansin ng karamihan sa mga developer. Sa mga turnilyo sa lupa, tinatanggal mo lang ang mga ito gamit ang parehong excavator at hinihila palabas. Ang lupa ay bumabalik sa orihinal nitong anyo sa loob ng isang araw. Sa isang merkado kung saan ang mga upa ng lupa ay nagiging mas mahal at ang mga may-ari ng lupa ay lalong humihingi ng mga sugnay sa pagpapanumbalik, ito ay isang game-changer.

Ngayon, hayaan ninyong ipakilala ko sa inyo ang ilang mga totoong kaso na naglalarawan sa mga puntong ito. Sa maaraw na kapatagan ng Murcia, Espanya, isang 35 MW na planta ng solar ang naharap sa isang natatanging hamon: ang lupa ay pinaghalong maluwag na buhangin at caliche, na kilalang mahirap para sa kongkreto dahil lumalawak at lumiliit ito kapag nababalutan ng kahalumigmigan. Ang orihinal na disenyo ay nangangailangan ng 12,000 na mga tambak ng kongkreto, ngunit ipinakita ng ulat ng geotech na 40% ng lugar ay may kapasidad na magdala lamang ng 50 kPa. Nakipagtulungan kami sa EPC, ang Ingeniería Solar del Sur, upang magdisenyo ng isang ground screw na may 10-pulgadang helix na maaaring umabot sa 150 kN na kapasidad sa lupang iyon. Ang pag-install ay tumagal ng 45 araw kasama ang dalawang crew, kumpara sa 90 araw na tinantyang para sa kongkreto. Ang kabuuang gastos ay €2.8 milyon, kumpara sa €4.1 milyong bid sa kongkreto. Sinabi sa amin ng project manager na si Elena Ruiz, "Nagdududa kami tungkol sa mga turnilyo sa lupa, ngunit ang torque monitoring ay nagbigay sa amin ng real-time na patunay ng kapasidad ng bawat tambak. Nakatipid kami ng 30% sa mga gastos sa pundasyon at ang iskedyul ay ang pinakamahusay na naranasan namin."

Sunod, isaalang-alang ang isang proyektong pang-utilidad sa Odessa, Texas, sa Permian Basin. Ang lupa ay isang bangungot ng malawak na luwad at mataas na nilalaman ng sulfate na sumisira sa kongkreto. Ang may-ari, ang Sunbelt Renewables, ay dati nang nakaranas ng pagkabigo ng mga tambak ng kongkreto sa isang kalapit na proyekto, kung saan 15% ng mga pad ay nabibitak sa loob ng dalawang taon. Para sa kanilang bagong 120 MW na proyekto, lumipat sila sa mga turnilyo sa lupa. Nagbigay kami ng 85,000 tambak na may 3-layer hot-dip galvanization at isang espesyal na epoxy coating upang labanan ang mga sulfate. Nakumpleto ang pag-install sa loob ng 70 araw, at ang gastos bawat kW ay $0.02 na mas mababa kaysa sa alternatibong kongkreto. Sinabi ng CEO, si Mark Thompson, "Ang datos ng torque ang siyang nagpapatunay. Nagpa-verify kami sa isang third-party engineer ng kapasidad ng bawat tambak sa pamamagitan ng mga pagbasa ng torque. Hindi pa kami nakakaranas ng kahit isang pagkabigo sa loob ng tatlong taon, at ang aming mga gastos sa O&M ay bumaba ng 60%."

Hayaan mo rin akong magbahagi ng isang kaso mula sa Netherlands, kung saan mahalaga ang lupa at mahigpit ang mga regulasyon sa kapaligiran. Isang 20 MW na lumulutang na proyekto ng solar ang itinatayo sa isang dating lawa na kumukuha ng buhangin, ngunit ang sistema ng pag-angkla ay kailangang mai-install sa ilalim ng lawa, na pinaghalong banlik at buhangin. Ang mga konkretong angkla ay mangangailangan ng napakalaking pagbuhos sa ilalim ng tubig, na magastos at mapanganib. Nagbigay kami ng 4,000 ground screws na may custom na 12-inch helix na maaaring mai-install mula sa isang barge gamit ang hydraulic torque head. Ang pag-install ay tumagal ng 21 araw, at ang mga angkla ay nakamit ang kapasidad ng paghila na 250 kN bawat isa. Ang project manager na si Jan de Vries ay nagkomento, "Nakapag-install kami ng mga angkla nang walang mga maninisid, na nakatipid sa amin ng €500,000 sa paggawa. Ang mga ground screw ay naaalis din, kaya kapag natapos ang pag-upa sa lawa sa 2045, maibabalik namin ang orihinal na kalagayan ng ilalim ng lawa."

Ngayon, pag-usapan natin ang mga aplikasyon na higit pa sa tradisyonal na mga solar farm. Ang mga ground screw pile ay perpekto para sa mga carport solar structure, kung saan ang mga haligi ay kadalasang may pagitan na 20 talampakan at ang mga karga ay katamtaman lamang. Mainam din ang mga ito para sa solar sa mga brownfield site, kung saan maaaring kontaminado ang lupa at ayaw mong maghukay nang malalim o mapanganib ang pagkalat ng mga pollutant. Sa isang proyekto sa Ohio, nag-install kami ng mga pile para sa isang solar array sa isang dating industrial site na may mababaw na bedrock. Nagawa ng mga ground screw na makamit ang kinakailangang 80 kN na kapasidad sa loob lamang ng 3 talampakan ng lupa, samantalang ang kongkreto ay mangangailangan ng pagsabog sa bato. At para sa agrivoltaics—kung saan pinagsasama mo ang solar sa pagsasaka—ang mga ground screw ang tanging pundasyon na hindi permanenteng nakakasira sa lupa. Maaari mo itong i-install, at sa kalaunan, kung gusto ng magsasaka na i-rotate ang mga pananim, madali mo itong maaalis at maililipat ang array.

Kami sa Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd ay nakipagsosyo sa ilang nangungunang kumpanya at developer ng EPC upang matiyak na ang aming mga pile ay nakakatugon sa pinakamataas na internasyonal na pamantayan. Ang aming pasilidad sa paggawa ay sertipikado ng ISO 9001, at ang aming mga pile ay sinusuri alinsunod sa ASTM F3145 at EN 1993-5. Malapit kaming nakikipagtulungan sa mga geotechnical engineer ng aming mga kliyente upang magbigay ng mga pasadyang disenyo, at nag-aalok kami ng 25-taong warranty sa aming mga hot-dip galvanized pile, na siyang pamantayan sa industriya para sa proteksyon laban sa kalawang. Isa sa aming mga pangunahing kasosyo, ang Global Infrastructure Solutions, ay gumamit ng aming mga pile sa mahigit 15 proyekto sa buong Estados Unidos at Australia. Sabi ng kanilang senior structural engineer, si David Chen, "Ang mga pile ng 9Sun lamang ang aming nasubukan na palaging nakakatugon sa tinukoy na torque-to-capacity relationships. Ang kanilang dokumentasyon ng QC ay walang kapintasan."

Ngayon, hayaan ninyong sagutin ko ang limang tanong na pinakamadalas itanong sa akin ng mga inhinyero at mga tagapamahala ng procurement.

Tanong 1: Paano mo matutukoy ang tamang haba ng tumpok at laki ng helix para sa isang partikular na lupa?Ang sagot ay nasa isang geotechnical investigation. Kailangan nating malaman ang uri ng lupa, shear strength, at antas ng tubig sa lupa sa bawat lokasyon. Pagkatapos ay ginagamit natin ang mga bearing capacity equation mula sa American Petroleum Institute (API) o sa European standard na EN 1993-5, upang kalkulahin ang kinakailangang helix area at embedment depth. Nagsasagawa rin tayo ng torque test habang nag-i-install—ang torque na kinakailangan upang paandarin ang pile ay direktang proporsyonal sa ultimate capacity, na may factor of safety na 2.5. Kaya, kung ang torque meter ay nagbabasa ng 5,000 Nm, alam natin na ang pile ay may kapasidad na hindi bababa sa 125 kN. Ang real-time verification na ito ay nag-aalis ng pangangailangan para sa mga mamahaling load test sa bawat pile.

Tanong 2: Paano naman ang kalawang sa mga agresibong lupa? Gaano katagal tatagal ang mga tambak?Ang aming mga karaniwang pile ay may hot-dip galvanized coating na may average na kapal na 85 microns, na ayon sa ISO 9223 ay nagbibigay ng buhay ng serbisyo na mahigit 50 taon sa karamihan ng mga lupang rural at urban. Para sa mga kapaligirang mas kinakaing unti-unti, tulad ng mga may mataas na chloride o sulfate content, nag-aalok kami ng duplex system na may powder coating sa ibabaw ng galvanization, o maaari naming tukuyin ang stainless steel. Gumagamit din kami ng sacrificial anode sa mga kondisyong sobrang acidic. Sa proyekto sa Permian Basin, gumamit kami ng 100-micron galvanization kasama ang epoxy layer, at nagsagawa kami ng soil resistivity test na nagpapahiwatig ng corrosion rate na mas mababa sa 5 microns bawat taon, na nagbibigay sa amin ng kumpiyansa sa 60-taong lifespan.

Tanong 3: Paano mo haharapin ang pagyelo sa malamig na klima?Sa totoo lang, mas nakahihigit ang mga turnilyong panglupa kaysa sa kongkreto sa mga lugar na madaling magyelo dahil hindi gaanong apektado ang mga ito ng freeze-thaw cycle. Ang mga helical plate ay nakabaon sa ilalim ng frost line, at makinis ang baras, kaya hindi dumidikit ang lupa at hindi hihila pataas ang pile. Dinisenyo namin ang pile na may minimum na lalim na 1.5 metro sa ibaba ng frost line, at madalas kaming nagdaragdag ng pangalawang helix upang labanan ang pagtaas. Sa aming proyekto sa Alberta, nagkaroon kami ng taglamig na may temperaturang bumaba sa -40°C, at wala kaming paggalaw sa mga pile. Ang susi ay tiyaking ang helix ay nasa isang layer ng lupa na hindi nakakaranas ng malaking pagbabago sa volume.

Tanong 4: Maaari bang gamitin ang mga turnilyong panglupa sa mga dalisdis o hindi pantay na lupain?Oo naman. Isa sa mga pinakamalaking bentahe ay ang isang piling crew ay kayang humawak ng mga slope nang hindi nangangailangan ng mga leveling pad o retaining wall. Maaaring i-install ang screw pile sa isang anggulo kung kinakailangan, at maaari kaming magkabit ng adjustable bracket upang pantayin ang mounting structure. Sa isang kamakailang proyekto sa Portugal, nag-install kami ng mga pile sa 20-degree slope nang walang problema. Mas mabilis ang pag-install kaysa sa isang solusyon sa kongkreto dahil hindi namin kailangang magtayo ng mga pansamantalang plataporma. Ang tanging kinakailangan ay ang pag-access ng excavator sa lokasyon, na kadalasan ay hindi isang problema.

Tanong 5: Ano ang paghahambing ng gastos batay sa kada kW o kada tambak, kasama ang lahat ng salik?Sa bawat tambak, ang mga turnilyo sa lupa ay karaniwang nagkakahalaga sa pagitan ng $80 at $150 bawat tambak, depende sa laki at patong, kumpara sa $200 hanggang $400 para sa isang konkretong pad. Ngunit ang tunay na matitipid ay nagmumula sa bilis ng pag-install at mas mababang paggawa. Para sa isang 1 MW solar farm, maaaring kailanganin mo ng 2,000 tambak. Ang solusyon sa konkreto ay aabutin ng 30 araw na may 10 tripulante, na nagkakahalaga ng $150,000 sa paggawa. Ang solusyon sa turnilyo sa lupa ay aabutin ng 10 araw na may 3 tripulante, na nagkakahalaga ng $30,000 sa paggawa. Makakatipid ka rin sa pagrenta ng kagamitan, at maiiwasan mo ang gastos sa paghahatid at pagpapatigas ng konkreto. Sa kabuuan, nakakita kami ng mga kliyente na nakatipid ng 20-40% sa kanilang mga gastos sa pundasyon. At kapag isinaalang-alang mo ang time value of money mula sa isang mas maagang COD, maaaring mas mataas pa ang matitipid.

Ngayon, gusto kong tapusin ito sa isang malinaw na buod. Ang mga ground screw pile ay hindi angkop para sa mga kakaibang lugar—ang mga ito ay isang napatunayan, sulit sa gastos, at napapanatiling solusyon sa pundasyon para sa industriya ng solar. Inaalis nito ang epekto sa kapaligiran ng kongkreto, pinapabilis nito ang konstruksyon, at ginagawang madali ang pag-decommission. Sa Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd, gumugol kami ng isang dekada sa pagperpekto ng aming mga pile upang matugunan ang mahigpit na pangangailangan ng mga proyektong pang-utility. Ang aming engineering team ay maaaring magbigay sa iyo ng detalyadong geotechnical design report, kabilang ang mga kalkulasyon ng torque-to-capacity, at maaari pa kaming magbigay ng test pile para ma-verify mo sa iyong site.

Kung handa ka nang gawin ang susunod na hakbang, hinihikayat ko kayong i-download ang aming komprehensibong teknikal na white paper, "Ground Screw Pile Design and Installation Best Practices for Solar Applications." Kabilang dito ang mga load table, datos ng corrosion, at mga case study na makakatulong sa inyong gumawa ng matalinong desisyon. O, kung gusto ninyo, maaari kayong mag-iskedyul ng tawag sa isa sa aming mga sales engineer na maaaring magturo sa inyo ng paunang disenyo para sa inyong partikular na proyekto. Makipag-ugnayan lamang sa aming website, at babalikan namin kayo sa loob ng 24 oras. Ang kinabukasan ng mga solar foundation ay wala sa lupa—nasa turnilyo ito.