Bemessung und Lebensdauerüberwachung modularer Turmkonstruktionen für Windenergieanlagen

Description: Windenergieanlagen leisten bereits heute den größten Anteil an der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland. Um die Ausbauziele im Bereich der erneuerbaren Energien jedoch zu erreichen, ist eine weitere Kostensenkung der Windstromerzeugung bei Herstellung und Betrieb unumgänglich. Dabei geht ein Großteil der Kosten auf die Turmkonstruktion und das Fundament zurück. Die Fertigung wirtschaftlicher Turmstrukturen ist mit steigenden Nabenhöhen und häufig größeren Rotordurchmessern verbunden. Bei den nächsten Turmgenerationen sind daher signifikant höhere statische und dynamische Beanspruchungen zu erwarten. Zur Reduktion der Transportkosten und des Montageaufwands werden in der neuen modularen Turmgeneration durch zusätzliche vertikale Fugen Halb-, Drittel- oder Viertelschalen gebildet. Diese Zerlegung der Turmkonstruktion in einzelne Betonfertigteilsegmente, zwischen denen die Kraftübertragung ausschließlich über Reibung erfolgt, führt jedoch zu einem komplexen Tragverhalten, das bisher weder vollständig verstanden ist noch zuverlässig modelliert werden kann. In dem hier beantragten Forschungsvorhaben soll das (Fugen-)Tragverhalten von derartigen segmentierten Turmkonstruktionen unter kombinierter Belastung aus Vorspannung, Biegung, Querkraft und Torsion untersucht werden. Dazu werden sowohl großformatige Versuche an Modelltürmen im Maßstab von etwa 1:10 als auch Detailuntersuchungen an kleineren Turmausschnitten durchgeführt. Ziel der Untersuchungen ist es den Einfluss von Imperfektionen und Vertikalfugen auf das globale Tragverhalten der Turmkonstruktion und die Tragfähigkeit der Horizontalfugen zu erfassen und zu bewerten. Basierend auf den Versuchsergebnissen und numerischen Begleitsimulationen sollen anschließend realitätsnahe ingenieurmäßige Bemessungsansätze zur Fugentragfähigkeit entwickelt und validiert werden. Abschließend sollen diese Bemessungsansätze in Anwendungsempfehlungen für die Praxis münden.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Windstrom ? Erneuerbare Stromerzeugung ? Erneuerbare Energie ? Windkraftanlage ? Forschungsprojekt ? Transportkosten ?

Region: Sachsen

Bounding boxes: 10.96785° .. 10.96785° x 47.85761° .. 47.85761°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik (Mitwirkende)
• Technische Universität Dresden, Institut für Massivbau, Professur für Ingenieurbau (Betreiber*in)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)
• Wölfel Engineering GmbH + Co. KG (Mitwirkende)

Time ranges: 2022-08-01 - 2025-07-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Design and lifetime monitoring of modular tower constructions for wind turbines
  Description: Wind turbines already account for the largest share of electricity generation from renewable energies in Germany. However, in order to achieve the expansion targets in the field of renewable energies, a further reduction in the costs of wind power generation in terms of production and operation is inevitable. In this context, a large part of the costs is attributable to the tower structure and the foundation. The manufacture of economical tower structures is associated with increasing hub heights and often larger rotor diameters. Significantly higher static and dynamic stresses are therefore to be expected in the next tower generations. To reduce transportation costs and assembly effort, the new modular tower generation uses additional vertical joints to form half, third or quarter shells. However, this decomposition of the tower structure into individual precast concrete segments, between which the transmission of forces takes place exclusively via friction, leads to a complex load-bearing behavior that is neither fully understood nor can be reliably modeled to date. In the research project applied for here, the (joint) load-bearing behavior of such segmented tower structures under combined loading from prestressing, bending, shear and torsion is to be investigated. For this purpose, both large-scale tests on model towers at a scale of about 1:10 and detailed investigations on smaller tower sections will be carried out. The aim of the investigations is to record and evaluate the influence of imperfections and vertical joints on the global load-bearing behavior of the tower structure and the load-bearing capacity of the horizontal joints. Based on the test results and numerical accompanying simulations, realistic engineering design approaches for the joint load-bearing capacity are then to be developed and validated. Finally, these design approaches will lead to application recommendations for practice. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1120227

Status

Aktiv

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