Selbsterrichtende Onshore WEA mit Nabenhöhe größer 120m – Hybridturm mit Hebevorrichtung zum Selbstaufbau

  Windrad im Aufrichtvorgang Urheberrecht: © ifas

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) sieht vor, dass erneuerbare Energien bis zum Jahr 2050 einen Anteil von mindestens 80 Prozent des Bruttostromverbrauchs decken sollen. In den letzten Jahrzehnten hat die Windenergie die dafür erforderliche Steigerung der Energieerträge durch größere Rotoren und zunehmende Nabenhöhen gewährleistet. Dadurch werden die Grenzen von konventionellen Stahlrohrtürmen aufgrund von Transportlimitierungen immer wieder erreicht. Eine Alternative stellen sogenannte Hybridtürme dar, bei denen das untere Segment vor Ort errichtet wird (z.B. Gittermastturm), und das obere Segment weiterhin aus einem Stahlrohrturm besteht. Die Errichtung des hohen Turmes mittels Spezialkranen resultiert jedoch in einer Steigerung der Hauptinvestitionskosten. Daher ist eine Reduktion der Errichtungskosten anzustreben, um eine positive Gesamtbilanz zu gewährleisten.

 
Nutzen Vorgehen
Senkung der Material-, Transport- und Errichtungskosten einer Windenergieanlage

Lastmodellierung der WEA im Bauzustand / Endzustand

Leitfäden für die optimierte Dimensionierung selbsterrichtender WEA

Modellbildung der Hub- und Stabilisierungsvorrichtung

Simulation des Hubvorgangs auf Basis unterschiedlicher Regelungsansätze

Ansprechpartner

Telefon

work
+49 241 80 47730

E-Mail

E-Mail
 

Neuer Ansatz zur Errichtung von Windenergieanlagen

Ziel dieses Forschungsvorhabens war eine Steigerung des Stromertrages durch eine Zunahme der Nabenhöhe bei gleichzeitiger Senkung der Errichtungskosten. In diesem Forschungsprojekt wurde daher eine selbsterrichtende Windenergieanlage mit Stahl-Hybridturm entwickelt, welche ohne den Einsatz von Spezialraupenkranen auskommt.

Der Stahl-Hybridturm besteht aus einem 80 m hohen Gittermastturm mit speziellem Übergangsstück und einem 100 m hohen Stahlrohrturm. Zur Reduktion der Errichtungskosten wird die Anlage bis zu einer Höhe von 100 m (Montagehöhe) konventionell mit Hilfe eines Krans errichtet. Der Stahlrohrturm wird parallel im Inneren des Gittermastturms zusammengesetzt und temporär befestigt. Nach Fertigstellung des Gittermastes wird der Stahlrohrturm samt Windturbine mit Hilfe eines Litzenhubsystems bis in die Endposition angehoben.

 
 

Stabilisierungssystem

Arbeitszyklus des Stabilisierungssystems Urheberrecht: © ifas Arbeitszyklus des Stabilisierungssystems

Die Aufnahme der Horizontalkräfte, Biege- und Torsionsmomente während des Hubvorgangs erfolgt über Stabilisierungszylinder, welche in vier orthogonal zur Turmachse befindlichen Ebenen im Übergangsstück angeordnet sind. Diese richten den Turm aus und nehmen über ein Kräftepaar das Biegemoment während des Hubvorgangs auf. Das System bietet den Vorteil, dass eine passive Stabilisierung des Turms während des Anhebens möglich ist. Nur bei Erreichen der Totpunkte (OT bzw. UT) muss eine geregelte Umsetzung der Zylinder durchgeführt werden. Somit ist die Regelung des Systems nicht sicherheitskritisch, da der Turm stets passiv stabilisiert wird.

 
  Simulation der Stabilisierungskräfte Urheberrecht: © ifas Simulation der Stabilisierungskräfte

Im Rahmen der Entwicklung wurden Auslegungsgrundlagen des Systems erarbeitet, womit sich die Anzahl, Ausrichtung und Größe der Stabilisierungszylinder ableiten lässt. Weiterhin wurde das System mit der 1-D-Simulationssoftware Amesim modelliert. Mittels des Simulationsmodells wurden die Stabilität des Systems und die einwirkenden Belastungen bei dynamischen Windlasten untersucht.

 
 

Danksagung

BMWi Logo

Das IGF-Vorhaben „Selbsterrichtende Onshore WEA mit Nabenhöhe größer 120m – Hybridturm mit Hebevorrichtung zum Selbstaufbau“, IGF-Projekt Nr. 20604 N, der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA), Sohnstraße 65, 40237 Düsseldorf wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. An dieser Stelle möchten wir uns bestens für die Förderung bedanken.

  AIF Logo Urheberrecht: © AIF
 
 

Veröffentlichungen

Titel Autor(en)
Selbsterrichtende Windenergieanlage mit Nabenhöhe von 180 m
Fachzeitschriftenartikel (2021)
Pak, Daniel (Corresponding author)
Korte, Sebastian (Corresponding author)
Kemper, Frank (Corresponding author)
Friehe, Mirko (Corresponding author)
Fontecha Gonzalez, Robert (Corresponding author)
Reese, Christian (Corresponding author)
Schmitz, Katharina (Corresponding author)