Najpotężniejszy system wentylacyjny świata powstaje w Szwajcarii

fot. Pod koniec 2016 roku, kiedy Gotthard-Basistunnel zostanie oddany do użytku, trasa północ-południe będzie prowadzić przez największy na świecie tunel kolejowy.

Po prawie sześciu latach trwania projektu, rozruch techniczny najmocniejszego systemu wentylacyjnego świata pomyślnie dobiegł końca. Gotthard-Basistunnel to projekt będący punktem zwrotnym w inżynierii kolejowej. Firma ABB dostarczyła część energetyczną oraz system sterowania. 

 – Zewnętrzna średnica wentylatorów wynosi ok. 3,5 m. Biorąc pod uwagę również zainstalowaną maksymalną moc rzędu 15,6 MW, czyli mniej więcej tyle, co 25 samochodów wyścigowych Formuły 1 razem wziętych, jest to nie tylko największy, ale i najpotężniejszy tunelowy system wentylacji na świecie – mówi Alwin Larcher, który pełni funkcję dyrektora projektu ABB dla pakietu C AlpTransit Gotthard AG (ATG). W 2011 roku ABB otrzymała zamówienie na wentylację eksploatacyjną wspólnie z niemieckim TLT-Turbo GmbH. ABB była odpowiedzialna za całe elektryczne wyposażenie systemu, podczas gdy TLT jako kierownik konsorcjum odpowiadała m.in. za instalację gigantycznych wentylatorów.

Przez lata, ten duży projekt wymagał wysiłków na etapach planowania, budowy i instalacji. Na początku 2015 roku ABB i TLT stanęły przed ostatnim wyzwaniem: rozruchem technicznym (IBS). – W tunelu o bardzo dużych rozmiarach i przy skomplikowanych zależnościach między różnymi systemami, z pewnością nie było to rutynowe zadanie – podkreśla Larcher.

Zaczęło się już od testów medycznych w Szwajcarskim Instytucie ds. Zabezpieczeń przed Nieszczęśliwymi Wypadkami (SUVA), dotyczących sprawności fizycznej pracowników mających pracować w tunelu oraz wymaganych szkoleń z zakresu bezpieczeństwa. Było to konieczne do uzyskania pozwolenia na pracę w najdłuższym i najgłębiej biegnącym tunelu kolejowym na świecie. W niektórych miejscach tunel pokrywa 2300 metrów skały o temperaturze sięgającej 46° C. Jedno centrum wentylacyjne zlokalizowane jest w szybie w Sedrun, ok. 800 metrów w głębi góry i 800 metrów ponad poziomem drogi. Drugie w Faido, w budynku wejściowym obok długiego na 2,8 km tunelu dostępowego do zachodniego tunelu. Do wielofunkcyjnych stacji, w tym również do stacji awaryjnych, można się dostać jedynie poprzez północne i południowe wejścia w Erstfeld i Bodio oraz samochodem przez tunele dostępowe w Faido. Znajdują się one w odległości odpowiednio 20 i 17 km od północnego i południowego wejścia.

Rozruch techniczny

Rozruch techniczny obejmował nie tylko komponenty elektryczne wentylatorów w centrach wentylacyjnych, ale także integrację ich sterowania w głównym systemie sterowniczym tunelu. Podczas rozruchu przetestowano także m.in. system czujników składający się z ponad 80 czujników temperatury, wilgotności i prędkości wiatru, rozmieszczonych na całej długości obu tunelów. Również integracja systemu lokalizowania pożarów w czterech stacjach awaryjnych została rozplanowana przez ABB.

 – Współgranie systemów w tunelu, od systemu ochrony pociągów po systemy kanalizacji, oświetlenia i wentylacji, jest kluczowe dla funkcjonowania tej konstrukcji stulecia – podkreśla Larcher.

Wyrazy uznania za pomyślne przeprowadzenie rozruchu wyraziła również AlpTransit Gotthard AG. – Po pomyślnym ukończeniu większości testów, przeprowadzanych od początku 2015 roku, chciałbym podziękować wszystkim zaangażowanym, za ich nieustanne wysiłki i pełną zrozumienia współpracę – dodaje Andreas Huber, starszy kierownik budowy wentylacji eksploatacyjnej / dźwigów w ATG.

Alwin Larcher, który ma na koncie duże projekty w całej Australii i na Bliskim Wschodzie, mówi, że jako Szwajcar jest dumny, iż miał swój wkład w to przedsięwzięcie. Dla jego kolegi, Ralfa Roescha, głównego inżyniera odpowiedzialnego za system sterowania, który pracuje w ABB od 1994, była to również kwestia dużego zaangażowania emocjonalnego. – Jako stary budowniczy tunelów, włożyłem moje serce i duszę w ten projekt. Odłożyłem tymczasowo na bok moją pracę szefa działu, aby całkowicie poświęcić się temu zadaniu – mówi z uśmiechem.

Płuca dla całego tunelu

Było dużo do zrobienia, ponieważ ABB i TLT odpowiadały za obszerny pakiet w tym zamówieniu – począwszy od 24 wentylatorów strumieniowych we wlotach do obydwu tuneli w Erstfeld i Bodio, a skończywszy na ośmiu głównych wentylatorach wyciągowych i nawiewowych w centrach wentylacyjnych w Sedrun i Faido. Dwa centra wentylacyjne tworzą swego rodzaju „płuca” całego systemu i odpowiadają za wymianę powietrza wewnątrz tunelu. Wentylatory nawiewowe dostarczają z zewnątrz świeże powietrze – w Sedrun przez 800-metrowy pionowy szyb – którego dopływ jest regulowany poprzez system klap, a następnie powietrze rozprowadzane jest po tunelu. Wylatujące powietrze jest usuwane przez oddzielny szyb za pomocą wentylatorów osiowych z prędkością do 300 km/h (prędkość powietrza w wentylatorze).

Oprócz zwyczajnej wymiany powietrza, wentylatory muszą przede wszystkim dostarczyć wystarczającą ilość świeżego powietrza w razie pożaru, a jednocześnie usuwać dym przez długie szyby wydechowe, w szczególności po to, aby podróżni w nagłych przypadkach mogli opuścić pociągi i dostać się w bezpieczne miejsce. – „Mózg” systemu wentylacyjnego, czyli odpowiednie oprogramowanie, jest bardzo ważne, aby dokładnie dostosować wentylatory i klapy do różnych scenariuszy – mówi Roesch. Nadrzędny system sterowania reguluje pracę wentylatorów zakładając około 50 możliwych przypadków, łącznie z funkcjonowaniem na wypadek eksplozji.

Dużo wysiłku logistycznego

 – Musieliśmy przeprowadzać nasze testy głównie w nocy z powodów związanych z bezpieczeństwem oraz z dużą prędkością zasysanego powietrza – tłumaczy Larcher. Logistyka i planowanie stanowiły wyzwanie, głównie z powodu koordynowania własnych prac prowadzonych pod ziemią z pracami wielu innych dostawców. – Pomimo szczegółowego planowania w biurze, kilkakrotnie musieliśmy szukać szybkich rozwiązań na placu budowy. Czasami wyglądało to zupełnie inaczej, niż się spodziewaliśmy – dodaje Larcher. Wyzwaniem była m.in. dostawa wagonami kolejowymi wentylatorów o średnicy wiatraka 2,8 m i ich instalacja w wąskich centrach wentylacyjnych. 

899 systemów średniego napięcia na potrzeby Gotthard-Basistunnel

W pierwszy weekend czerwca 2016 roku wszyscy będą spoglądać w stronę Szwajcarii, a w szczególności na najdłuższy tunel kolejowy na świecie, który ma zostać zaprezentowany podczas wielkiej uroczystości otwarcia. Według planów, regularny ruch towarowy i pasażerski będzie uruchomiony po okresie przejazdów próbnych, a nowy rozkład jazdy ma być wprowadzony w grudniu 2016 roku – rok wcześniej, niż pierwotnie zakładano w 2008 roku.

W tamtym czasie ABB otrzymała zamówienie z Balfour Beatty Rail na dostarczenie rozdzielnic średniego napięcia niezbędnych do zasilenia infrastruktury Gotthard-Basistunnel: 50 Hz technologia zasilająca systemy oświetlenia, sygnalizacji, bezpieczeństwa, komunikacji, wentylacji i klimatyzacji oraz drzwi awaryjne. Balfour Beatty Rail jest częścią konsorcjum Transtec, które wygrało przetarg na instalację infrastruktury kolejowej, ogłoszony przez właściciela obiektu – AlpTransit Gotthard AG.

Już 6 lat później, w sierpniu 2014 roku, zespoły projektowe z Balfour Beatty Rail i ABB spotkały się na miejscu instalacji w Schattdorf (Kanton Uri), aby uczcić dostarczenie dwóch ostatnich rozdzielnic średniego napięcia, o numerach 898 i 899.

Drobne cząstki i wahania ciśnienia

 – Utrzymanie na przestrzeni lat ciągłości w zespołach projektowych miało duży wpływ na pomyślną realizację projektu – podkreśla Eberhard Hunger, kierownik projektu w Balfour Beatty Rail. Projekt był finalizowany dokładnie przez ten sam zespół, który rozpoczynał nad nim prace.

Każdy z dwóch biegnących równolegle kanałów tunelu ma ok. 56 km długości. To tyle, ile wynosi odległość z Zurychu przez cały Kanton Aargau aż do Egerkingen. Oba kanały są połączone 40-metrowymi przekopami co ok. 325 metrów. W co drugim spośród tych łączników, służących głównie jako drogi ewakuacyjne, zainstalowano systemy zasilania. ABB wyposażyła je w rozdzielnice średniego napięcia typu ZX0, które zostały zaadaptowane do trudnych warunków panujących w tunelu kolejowym. – Musieliśmy przede wszystkim uważać na drobny pył pochodzący ze ścierania torów i przewodów trakcyjnych, a także na ogromne wahania ciśnień w przekopach, które powstają, kiedy pociągi ekspresowe przejeżdżają z prędkością 250 km/h – wyjaśnia Guido Huser, kierownik projektu po stronie ABB. – Występuje wtedy pod- i nadciśnienie, sięgające 10 kPa.

Intensywne testy

ABB produkuje rozdzielnice typu ZX0 w Ratingen w Niemczech. Do standardowej wysokonapięciowej części rozdzielnicy dołączono lokalną skrzynkę sterowniczą, która została zaprojektowana zgodnie ze stopniem ochrony IP65: skrzynka jest tym samym odporna na wnikanie pyłu i zapewnia ochronę przed strumieniami wody pod wysokim ciśnieniem. Zostało to z powodzeniem przetestowane przy użyciu prototypów w sztolni doświadczalnej Hagerbach we wschodniej Szwajcarii.

W celu przetestowania wytrzymałości ciśnieniowej Szwajcarskie Federalne Laboratoria Technologii i Badania Materiałów (Empa) poddawały rozdzielnicę ZX0 – włącznie ze skrzynką sterowniczą – 200 000 cykli obciążeniowych rosnącego i malejącego ciśnienia przez 47 dni.  Testy wykazały, że system jest optymalnie dostosowany do takich niecodziennych warunków środowiskowych.

Ponieważ przekopy spełniają też funkcję dróg ewakuacyjnych, wymagania dotyczące ochrony przed zwarciem łukowym oraz oporności łuków elektrycznych były zdecydowanie wyższe niż w przypadku np. stacji elektroenergetycznych o ograniczonym dostępie. Pomimo, że zwarcie łukowe jest mało prawdopodobne w rozdzielnicach z izolacją gazową, bezpieczeństwo pasażerów musi być zapewnione nawet w mało prawdopodobnych przypadkach.

Odpowiednia ochrona

Aby zapewnić odpowiednie wyposażenie ochronne, ABB dostarczyła ponad 400 terminali REF542plus. Urządzenia zostały z powodzeniem przetestowane dziesiątki tysięcy razy, także przez klientów ABB. Wieloetapowa zdalna ochrona pozwala na szybkie wykrycie rodzaju i miejsca usterki, dzięki czemu można wyłączać uszkodzone części w sposób selektywny. Funkcja zdalnej obsługi, w którą wyposażono REF542plus, pozwala nie tylko na zdalny dostęp do programów i chronionych danych, ale również na ich poprawianie i uzupełnianie.  

 – Tylko jedno z 42 spotkań, które odbyliśmy przez lata jako członkowie tego ogromnego projektu, można nazwać kryzysowym – wspominają Hunger i jego zespół. Otwarta, uczciwa komunikacja pomiędzy dostawcami i klientami miała ogromny wpływ na powodzenie realizacji. – Projekt będzie ukończony dopiero, gdy pierwsze pociągi zaczną regularnie jeździć tunelem. Mimo tego, na bazie dotychczasowych doświadczeń mogę powiedzieć, że jestem gotów w dowolnej chwili znów rozpocząć współpracę z ABB – podsumowuje Hunger.
  

Technologia ABB pomaga tworzyć historię w Alpach Szwajcarskich

W momencie, gdy Szwajcaria uruchamia najdłuższy tunel kolejowy świata – wiodący przez Alpy Gotthard-Basistunnel o długości 57 km – ABB otwiera specjalny pawilon w Rynaecht, w północnym wejściu do tunelu, aby naświetlić wkład firmy w coś, co jest nazywane „projektem stulecia”. Wśród obecnych podczas ceremonii  otwarcia byli prezes rady nadzorczej ABB Peter Voser oraz prezes zarządu Grupy ABB Ulrich Spiesshofer.

Aby podkreślić fakt otwarcia Gotthard-Basistunnel, w Rynaecht oraz w Pallegio w północnym wejściu do tunelu, ABB stworzyła specjalne pawilony, w których przedstawione są rozwiązania dostarczone przez firmę na potrzeby „projektu stulecia”. ABB wyposażyła 50-Hz system zasilania infrastruktury tunelu w główne urządzenia elektryczne, zapewniła także zasilanie i systemy sterowania na potrzeby systemu wentylacyjnego, który – biorąc pod uwagę zainstalowaną moc 15,6 MW – jest najpotężniejszym tego typu systemem na świecie.

W pawilonach prezentowany jest również wkład ABB w tworzenie infrastruktury tunelów kolejowych Szwajcarii na przestrzeni ponad 100 lat, jak również historia długiej współpracy firmy z SBB (Szwajcarskimi Kolejami Federalnymi). BBC, czyli szwajcarska poprzedniczka ABB, zelektryfikowała pierwszy tunel kolejowy Świętego Gotarda, ukończony w 1882 roku, jak również – na początku XX wieku – tunel Loetschberg i tunel pod przełęczą Simplon.

Tuż po otwarciu pawilonów, delegacja ABB – w skład, której weszli również prezydent regionu Europy Bernhard Jucker oraz krajowy dyrektor zarządzający ABB w Szwajcarii Remo Luetolf – wzięła udział w oficjalnej ceremonii otwarcia Gotthard-Basistunnel, wspólnie z przedstawicielami szwajcarskiego rządu i liderami z krajów sąsiednich.

4 i 5 czerwca pawilony ABB będą dostępne dla wszystkich zwiedzających, jako część specjalnego programu wydarzeń poświęconych otwarciu tunelu, który jest kluczową arterią w rozbudowywanej sieci europejskiego transportu kolejowego.

Więcej informacji na temat wkładu ABB w budowę Gotthard-Basistunnel: Gottardo 2016.

Źródło: ABB