Projektbeschreibung
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines selbsterrichtenden Stahlrohr-Gittermast-Hybridturmes für Windenergieanlagen, um eine Steigerung der Nabenhöhe und damit des Stromertrages bei gleichzeitiger Senkung der Errichtungskosten zu ermöglichen. Während der Gittermast bis 120 m konventionell errichtet wird, entsteht der Stahlrohrturm parallel im Inneren und wird anschließend mithilfe eines Litzenhubsystems inklusive Gondel in die Endposition verfahren. Hydraulikzylinder sichern dabei die Aufnahme von Horizontalkräften, Biege- und Torsionsmomenten im Übergangsbereich. Die Ergebnisse des Projekts fließen in einen Leitfaden zur praxisgerechten Bemessung und Umsetzung ein.
Schwerpunkte des Projekts
Das Projekt zielt auf die Entwicklung eines innovativen, selbsterrichtenden Stahlrohr-Gittermast-Hybridturmes für Windenergieanlagen. Im Fokus stehen:
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Steigerung der Nabenhöhe zur Erhöhung des Stromertrags.
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Reduktion der Errichtungskosten durch ein neuartiges Litzenhubsystem.
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Baupraktische Bemessungstools zur Vereinfachung von Planung und Ausführung.
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Erarbeitung eines Leitfadens für die praxisgerechte Umsetzung.
Alles auf einen Blick
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Laufzeit
01.03.2019 - 28.02.2021 -
Forschungsbereich
Windenergie, Windingenieurwesen, Stahlbau, Regelungstechnik, Fluidtechnische Hubsysteme -
Finanzierung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK): 94.650€ (gesamt: 482.650€) -
Projektpartner
Center for Wind and Earthquake Engineering (RWTH Aachen),
Institut für Fluidtechnische Antriebe und Systeme (RWTH Aachen)
Forschungsmethoden & Vorgehen
Konzeptfindung zur Errichtung einer WEA
- Turmkonstruktion, Grundlagen der Modellierungen
- Anlagenparameter, Randbedingungen, Standorte
- Untersuchung und Entwurf des Hubvorganges
- Untersuchung der Ausführungsarten des Gittermastturms
- Übergangsstück, Auslegung und Vordimensionierung
Lastmodellerierung der WEA aus Anlagenbetrieb und Turmvorauslegung
- Entwicklung der automatisierte Schnittstelle zu FAST und TURBSIM
- Lastmodellierung im Betriebszustand für Vorauslegung des Turmes
- Vorauslegung des Hybridturmes und Dokumentation
Lastmodelleriung der WEA im Bauzustand
- Definition der Schnittstellen zu Übergangsstück und Hebetechnik
- Definition der zu untersuchenden Lastszenarien und Regelungsstrategien
- Lastmodellierung im Bauzustand
- Einarbeitung der kritische Punkten des Bauzustandes in die Turmauslegung
Windkanaluntersuchungen
- Erstellung der Windkanalmodelle
- Messungen an Sektionsmodellen
- Windkanalmessungen an einem skalierten Anlagenmodell
Detailuntersuchungen an den notwendigen Komponenten für die Hebetechnik
- Erstellung und Kalibrierung FE-Modell "Turmzylinder"
- FE-Untersuchungen "Patch-Loading"
- Definition der Zylinderanforderungen
Auslegung des hydraulischen Stabilisierungssystems
- Gestaltung/Anordnung der Linearantriebe
- Definition der hydraulischen Steuerungsarchitektur inkl. Regelungskonzept
- Sicherheitskonzept erstellen
Anpassung des Übergangsstücks
- Erstellung FE-Modell "Übergangsstück"
- Bemessung des Übergangsstücks
Simulation des Hubvorgangs
- Abbildung des hydraulischen Systems
- Abbildung der Interaktion zwischen Turm und Stabilisierungssystem
- Abbildung von Windlasten
- Simulation von Hubvorgängen
Gestaltung, Bemessung, Auslegung und Optimierung der Struktur
- Entwicklung der automatisierte Schnittstelle zwischen Bemessungstools
- Anpassung der Programmierumgebung für den Hybridturm
- Erweirtung Lastgenerierung
- Ganzheitliche WEA-Auslegung (Hybridturm, Übergangsstuck, Hubsytsem)
Wirtschaftliche Bewertung
- Errichtungskosten
- Spezifische Kostenwerte
- Vergleich mit anderen Verfahren
Fördermittelgeber und Kooperationspartner
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK), Industrielle Gemeinschaftsforschung iGF
Forschungsvereinigung: FOSTA - Forschungsvereinigung Stahlanwendung
RWTH Aachen, Center for Wind and Earthquake Engineering (CWE)
RWTH Aachen, Institut für Fluidtechnische Antriebe und Systeme (IFAS)