Entwicklung und Topologieoptimierung von hocheffizienten Stabstrukturen für Onshore Windenergieanlagen
Aufbauend auf umfangreichen Vorarbeiten zum Tragverhalten von hyperbolischen Stabwerken, entwickeln wir materialoptimierte Lösungen für Turmstrukturen ab der 5MW Klasse, die eine Reihe von Vorteilen in sich vereinen.
Generell werden für Tragkonstruktionen von Windenergieanlagen typischerweise Fachwerktürme oder Rohrtürme verwendet. In Deutschland kommen aufgrund der kurzen Montagezeiten und hohen Lohnkosten meist Rohrtürme zum Einsatz. Diese stoßen bei größeren Nabenhöhen jedoch an ihre Grenzen. Aufgrund des stetig wachsenden Bedarfs an größeren Nabenhöhen für Schwachwindanlagen steigt die Nachfrage an statisch effizienten und damit wirtschaftlichen Lösungen für Turmhöhen ab 140m.
Im Vordergrund des Forschungsvorhabens steht die Entwicklung einer vollständig digital-parametrischen Planungskette, in der die einzelnen Arbeitsschritte von der statischen Auslegung bis zur Fertigung – unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen von Windenergieanalage und Standort - abgebildet werden.
Neben geringerem Materialverbrauch und größeren möglichen Höhen verspricht die Entwicklung auch einfachere Transport- und Montageabläufe und eine bessere Selbststabilisierung, bereits im Montagezustand. Der geringere Staudruck, durch die offene Profildurchströmung, und die höhere Steifigkeit des Turms tragen zu deutlich weniger dynamischen Lasten und somit weniger Materialermüdung sowohl im Turm als auch bei den Rotorblättern bei. Im Sinne kreislaufgerechter Konstruktion können die verwendeten Standard-Stahlprofile einfach wiederverwendet werden.
Die Bearbeitung des Projekts erfolgt unter Einbeziehung von verschiedenen Akteuren aus dem Bereich der Windenergie, so sollen praxisorientierte Lösungen für die einfache und schnelle Montage der Stabstrukturen erarbeitet werden.
Erste Ergebnisse von Voruntersuchungen zur Leistungsfähigkeit der Struktur werden im Rahmen des „2022 Annual Symposium of International Assosiacion of Shell and Spacial Structures“ präsentiert.