Neue modulare Windkraftanlagen: Auf der Suche nach stärkerem Wind
Das EU-finanzierte Projekt HYPER TOWER, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, hat ein innovatives selbstaufrichtendes Windkraftanlagenkonzept vorgestellt, das sich aus einem Tragwerk zusammensetzt. Anstelle von traditionellen Stahlrohrtürmen kommen dabei Gitter zum Einsatz – Gittermaststützen können einfach auf normale LKW geladen und am Zielort mithilfe von kleinen Kränen verschraubt werden. Kleine Kräne bieten gegenüber größeren einen offensichtlichen Vorteil: Sie sind nicht nur kostengünstig und leichter zu finden, größere Kräne müssen dann nur noch zur Montage des Maschinenhauses und der Rotorblätter eingesetzt werden. Neben dem einfacheren Transport lassen sich durch diese modularen Windkraftanlagen außerdem Kosten sparen, da weniger Stahl benötigt wird. Darüber hinaus können sie in jeder Höhe und Breite gebaut werden.
Größer heißt umweltfreundlicher
Beim nachhaltigen Leben geht der Trend vor allem hin zum Kleinen: Man lebt in einer kleinen Wohnung, fährt einen Kleinwagen und hat generell einen kleinen CO2-Fußabdruck. Bei Windkraftanlagen verhält es sich jedoch komplett anders: je größer der Windkraftturm, desto sauberer die Energie. Um mehr Energie aus Wind zu erzeugen, verfolgten Forscherinnen und Forscher einen zweigleisigen Ansatz. Beim Ersten kommen größere Rotorblätter zum Einsatz, die einen größeren Bereich abdecken und letztendlich das gesamte Produktionspotenzial erhöhen. Beim Zweiten wird die Höhe der Windkraftanlage gesteigert: Befinden sich die Blätter an einem höheren Punkt, wo der Wind stetiger weht, ergibt sich daraus ein besserer Kapazitätsfaktor. „Mit unserem Projekt wollten wir uns der Herausforderung stellen, Windkraftanlagen effizienter zu gestalten. „Fachkräfte aus dem Bauingenieurwesen sollen immer öfter größere Anlagen bauen und weniger Material nutzen, um die Projektkosten zu senken. Und dabei soll gleichzeitig der Energieverbrauch der Montage- und Fertigungsprozesse reduziert werden“, erklärt Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin Nafsika Stavridou, die die Forschung leitete. Darüber hinaus setzt der Bau von hohen und schlanken Anlagen eine sorgfältige Forschung voraus, um mit den komplexen strukturdynamischen Phänomenen umzugehen, die bei extremen Wetterverhältnissen zum Einsturz der Türme führen können.
Durchbruch bei der Form der Windkraftanlagen
Die wichtigste Innovation, die HYPER TOWER bei der Windenergieentwicklung einführt, ist, dass traditionelle Stahlrohrtürme durch eine Gitterstruktur ersetzt werden. „Stahlrohrtürme sind in der Tat sehr stabil, insgesamt benötigen sie jedoch viel mehr Stahl als Gitterstrukturen“, erklärt Stavridou. Das Forschungsteam untersuchte 182 Gitterlösungen mit quadratischer und hexagonaler Form und bewies, dass sie großen Lasten standhalten können und dabei viel weniger Material erfordern. Im Vergleich zu einer röhrenförmigen Struktur mit derselben Höhe ist das Gesamtgewicht eines 76 m hohen Turms um 22,5 % geringer, wenn man einen sechseckigen Gittermast modelliert. Bei einem quadratischen Gittermast sind es 40 % weniger. „Der offensichtliche Vorteil ist, dass beim Bau des Turmes 40 % weniger Material benötigt wird und 50 % weniger beim Bau des Fundaments“, ergänzt Stavridou. Die von HYPER TOWER durchgeführten numerischen und experimentellen Arbeiten werden zur Bewältigung der Herausforderungen beitragen, die mit heutigen Windkraftanlagen in Zusammenhang stehen. Das Projekt ebnet den Weg zur Entwicklung von Türmen, die höher und breiter als bisherige Generationen sind. Dabei kommt ein modulares Tragwerkskonzept zum Einsatz, das die Effizienz maximiert, Kosten reduziert und die Stärke der Windkraftanlagen verbessert.
Schlüsselbegriffe
HYPER TOWER, Windkraftanlage, Gittermast, Tragwerk, Stahlrohrturm, Anlagendesign
