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Tutorial: Turmarten

Türme von Windkraftanlagen

Alle Turmarten für Windkraftanlagen haben Vor- und Nachteile. Manche könnten sogar „la ola tanzen“ – wenn die Eigenfrequenz angeregt würde.
Windkraftanlage auf einem weißen Rohrturm

Ob ein Rohr- oder ein Gitterturm besser in die Landschaft passt, darin scheiden sich die Geister.

Eine Windkraftanlage auf Gitterturm vor blauem Himmel.

Gittertürme sind ähnlich aufgebaut wie Hochspannungmasten.

Auch die Optik spielt eine Rolle

Für Windkraftanlagen gibt es drei Arten von Türmen:
 

  • Betonrohrtürme
  • Stahlrohrtürme
  • Gittertürme
 
Stahl- und Betonrohrtürme sind äußerlich auf den ersten Blick nicht zu unterscheiden. Der Gitterturm gibt mit seiner Ähnlichkeit zu Hochspannungsmasten ein gänzlich anderes Bild ab.
 
Im Bezug auf die Wirkung der Türme im Landschaftsbild „scheiden sich die Geister“: Bei den einen gilt der Gitterturm wegen seiner Blickdurchlässigkeit als landschaftsverträglicher, andere bevorzugen die schlanken weißen Rohrtürme, die im Hause Enercon im unteren Teil mit einer grünen abgestuften Lackierung versehen werden.
 
Doch auch technisch und in ihrer Handhabung unterscheiden sich die Türme deutlich. Ein Gitterturm ist leichter transportierbar, weil für die Einzelteile keine Schwertransporte benötigt werden. Bei den Stahlrohrtürmen werden mehrere Rohrsegmente einzeln transportiert und diese beim Bau der Anlage mit sog. „Flanschen“ aneinander „geflanscht“.
 
Das hat einen Haken: Je höher ein Turm sein soll, desto größer muss dessen Durchmesser am Boden sein. Wenn dieses unterste Turmsegment aber in einem Stück auf einem LKW transportiert werden soll, ergibt sich daraus eine maximale Breite des untersten Rohrsegments und damit auch eine maximale Höhe des Stahlrohrturms.
 
Betonrohrtürme werden zwar auch in Segmenten angeliefert, hier wird das unterste Segment aber in drei Teilen hergestellt, transportiert und erst am Aufbauort vertikal zusammengeflanscht. Auf diese Weise können mit Betonrohrtürmen größere Höhen erreicht werden. In Zukunft soll es dieses Verfahren auch für Stahlrohrtürme geben.
 
Gitter- und Stahlrohrtürme sind die günstigeren Turmvarianten. Dies liegt auch daran, dass diese nach der Demontage einer Windkraftanlage noch einen erheblichen Schrottwert haben, denn der Stahl ist wiederverwendbar. Der Betonrohrturm muss dagegen entsorgt werden.
 
Im Unterschied zu Gittertürmen sind die beiden Rohrtürme übrigens nicht reparabel. Sollten sich an einem Rohrturm nach einiger Zeit Konstruktions- oder Materialfehler herausstellen, muss der Turm vollständig ersetzt werden, während an einem Gitterturm auch einzelne Segmente ausgetauscht werden können. Fehler an Rohrtürmen hat es in der Vergangenheit in Einzelfällen gegeben, eine große Rolle spielt dies aber nicht.
 
Entscheidend ist aber zu allererst die Frage, mit welchem Turm die für einen Standort ausgewählte Anlage geliefert werden kann. Der Anlagenhersteller Enercon, dessen Typ E82 in Hilchenbach zum Einsatz kommt, bietet seine Windkraftanlagen nur komplett mit einem Betonrohrturm an, hier stellt sich die Frage nach einem Gitterturm also erst gar nicht.

Wenn Brücken und Türme „la ola tanzen“

Türme sind schwingfähige Systeme mit einer sogenannten „Eigenfrequenz “ oder „Resonanzfrequenz“. Wird ein solches System mit seiner Eigenfrequenz angeregt, so wird es in eine Schwingung versetzt, die sich stetig verstärkt auch wenn der Prozess der Anregung auf einem konstanten Level bleibt. Die Folge ist eine Zunahme der Schwingung bis zum Zerbersten des betroffenen Systems.
 
Schwingfähige Systeme gibt es überall, sie geraten deshalb nicht in Schwingung, weil ihre Eigenfrequenz in einem Bereich liegt, der durch natürliche oder vom Menschen verursachte Phänomene nicht abgedeckt wird. Seit dem 07. November 1940 nehmen die Statiker das Phänomen aber ernst, denn damals regte ein frischer, keineswegs stürmischer Wind die Eigenfrequenz der zu der Zeit drittgrößten Hängebrücke der Welt an, der Tacoma Narrows Brücke in den USA. Die Brücke begann zu schwingen als wäre sie aus Gummi: Die beiden Gehsteige hatten zu Spitzenmomenten einen Höhenunterschied von über acht Metern zueinander. Schließlich stürtzte die Brücke ein, verletzt wurde niemand.
 
Für Windkraftanlagen heißt das, dass der Turm niemals mit seiner Eigenfrequenz angeregt werden darf, denn sonst könnte er sich wie damals die Tacoma Narrows Brücke in ein schwingendes Gummi verwandeln.
 
Bei Gitter- und Betonrohrtürmen spielt das keine Rolle, weil diese sehr „steif“ sind und deren Eigenfrequenz im Normalbetrieb der Anlage nicht angeregt werden kann. Stahlrohrtürme dagegen sind „weich“ und haben eine niedrige Eigenfrequenz.
 
Steht nun eine Anlage mit variabler Drehzahl des Rotors auf einem Stahlrohrturm, so gibt es einen bestimmten Drehzahlbereich des Rotors, in dem der Turm mit seiner Eigenfrequenz angeregt werden könnte. Bei diesen Anlagen wird deshalb im Bereich der kritischen Rotordrehzahl der Generator zur Sicherheit für einen kurzen Moment vom Netz genommen. Die Anlage befindet sich dann im Leerlauf, der kritische Drehzahlbereich kann dann schnell durchlaufen werden, danach wird der Generator wieder zugeschaltet.

 

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In der Trift 41
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