Untersuchungen zur statischen Effizienz polygonaler und kreisförmiger Stahltürme für Windenergieanlagen

Seit 2005 werden in den europäischen Forschungsprojekten HISTWIN (High-Strength Steel Tower for Wind Turbines, 2006-2009) und HISTWIN 2 (High steel tubular towers for wind turbines, 2010-2013) Untersuchungen zur Optimierung von konventionellen sowie polygonalen Stahltürmen von Windenergieanlagen durchgeführt. Die maximale Nabenhöhe von Windenergieanlagen mit Stahlrohrtürmen ist aufgrund der über das Straßennetz transportfähigen Dimensionen und der daraus resultierenden Durchmesserrestriktionen auf ca. 100 bis 120 m begrenzt. Im Rahmen dieser europäischen Forschungsprojekte wurde ein Beitrag zur Lösung dieses Problems durch die Entwicklung einer innovativen Reibverbindung geleistet, welche eine vertikale Segmentierung des Turms ermöglichen sollen. Kommt das Verbindungskonzept überdies anstelle konventioneller Ringflansche zum Einsatz, so ist nicht mehr die Ermüdung im Bereich der Ringflanschverbindung das kritische Bemessungsdetail, vielmehr verschiebt sich die bemessungsrelevante Größe hin zur Stabilität der Turmschale. In diesem Artikel liegt der Schwerpunkt auf den theoretischen Untersuchungen zur möglichen Erhöhung des Stabilitätswiderstandes und gleichzeitig möglicher Materialeinsparung durch die Verwendung eines polygonalen Querschnitts anstelle eines kreisförmigen Querschnitts. Im Rahmen dieser materialbasierten Wirtschaftlichkeitsstudie wurden die Untersuchungen auf Längsspannungen (keine Schubspannungen) und lokales Stabilitätsversagen (Beulen, kein Knicken) beschränkt. Darüber hinaus wurde eine Ovalisierung des Querschnittes nicht berücksichtigt und die Beulfeldkanten als fest unterstellt.

Economic feasibility studies on polygonal and circular towers for wind turbines.
Since 2005 numerous studies regarding functional and cost optimisation of circular and polygonal steel wind towers are conducted within the scope of the European research projects HISTWIN (High-Strength Steel Tower for Wind Turbines, 2006-2009) and HISTWIN 2 (High steel tubular towers for wind turbines, 2010-2013). The maximum hub height of wind turbines built with tubular steel towers is limited to approximately 100 to 120 m. This is due to restrictions regarding the maximum tower foot diameter to allow for road transportation logistics. Within the framework of the European research projects a contribution to solving that problem was made by introducing an innovative friction connection, allowing for a vertical segmentation of the tower. By use of this friction connection instead of a conventional ring flange connection, the critical design detail changes from fatigue of the ring flange connection to stability of the tower shell. The main focus of this article lies on the investigations of the possible increase of stability resistance and potential material savings by using polygonal cross sections instead of circular cross sections.