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Onshore K-Tower

Der K-Tower ist ein innovatives und materialschonendes Tragstruktur-Konzept für Onshore Wind-Anlagen. Die mögliche industrielle Fertigung der K-Tower schafft bedeutende Einsparpotenziale.

Onshore K-Tower

Der entscheidende Nachteil aller bisher eingesetzten Onshore-Turmstrukturen ist die aufwendige manuelle Fertigung von Einzelexemplaren. Um den weiteren Ausbau der Windkraft zu beschleunigen, im schwierigen Gelände überhaupt zu ermöglichen und die Wettbewerbsfähigkeit von Jacket-Strukturen weiter zu verbessern, sind kostensenkende Produktions- und Lieferkonzepte und optimierte Strukturen erforderlich.

Wir bieten unseren Kunden mit dem K-Tower ein innovatives Design für Onshore-Türme. Die Struktur ist so konstruiert, dass zum Großteil seriell produzierbare Standardrohre, –profile und –komponenten zur Fertigung der Türme verwendet werden können - was deutliche Kosteneinsparungen für unsere Kunden bedeutet. Deutliche Materialeinsparungen die mit dem innovativen Turmdesign und dem Einsatz moderner Gründungsmethoden einhergehen, sowie fortschrittliche Fertigungsstrategien können die Kosten für unsere Turmlösungen noch weiter reduzieren.

Der K-Tower eignet sich außerdem für ein Repowering ehemaliger Windparks, bei dem bestehende Betonfundamente zum Teil wiederverwertet werden können, sodass keine neuen großen Fundamente für Hybridtürme benötigt werden.

Design und Eigenschaften

K-Tower - Lieferumfang

Ein K-Tower besteht im unteren Teil aus einem K-Jacket mit drei- oder viereckigem Grundriss. Die drei oder vier Beine (Legs) des Jackets bestehen aus Rohren und die horizontale und Torsionaussteifung wird durch geneigte Streben erreicht. Für diese Streben werden UPE-Zwillingsprofile oder Rohre verwendet. Die Streben sind mit wartungsfreien gleitfesten Verbindungen an die Beine angeschlossen.

Die K-Jackets können als Tragstruktur für einen Rohrturm konzipiert werden und alternativ kann ein passender aufgelöster Gitterturm aufgesetzt werden. Dieser Gitterturm setzt das Design der K-Jackets mit drei oder vier Beinen nach oben hin fort.

Die aufgelöste Tragstruktur der K-Jackets ist im Vergleich zu vielen gängigen Strukturen deutlich leichter, wobei durch den Aufsatz des Gitterturms im oberen Bereich das Gesamtgewicht der Türme noch weiter reduziert werden kann. Die Konzeption der Tragstruktur ist optimal auf die auftretenden (hauptsächlich axialen) Kräfte abgestimmt, sodass eine sehr hohe Stabilität trotz deutlicher Materialeinsparung gewährleistet bleibt.

Ein weiterer Vorteil der K-Tower ist die Möglichkeit, auf enorm große Betonfundamente für die gesamte Grundfläche zu verzichten, da bei einem K-Tower für jedes Bein ein eigenes, wesentlich kleineres Fundament (Footing) gelegt wird. Auf diese Weise können auch Böden mit geringer Tragfähigkeit als Untergrund für Windkraftanlagen genutzt werden, weshalb einfache Bodenprüfungen bei der Standortauswahl ausreichen.

K-Tower - Bauzeit

Die seriell gefertigten Einzelteile und Komponenten der Jackets, die allesamt aus Stahl der Güte S355 bestehen, können mit normalen LKW transportiert werden und ermöglichen einen schnellen Aufbau der Jackets „on site“: ca. 23 Arbeitstage mit Rohrturm bzw. 28 Arbeitstage mit Gitterturm (vgl. untere Abbildung rechts). 

Nach Ablauf der Betriebsdauer lässt sich die Konstruktion wieder leicht zerlegen, wobei auch die Footings vollständig vom Standort entfernt werden. Durch den Einsatz von Schließringbolzen entfällt während der Betriebsphase zudem die aufwendige Prüfung und Wartung von Schraubverbindungen.

Kostenersparnis

Die zahlreichen Vorteile des K-Tower-Design und unsere fortschrittlichen Fertigungs- und Lieferstrategien summieren sich zu deutlichen Kosteneinsparungen gegenüber gängigen Hybridstrukturen.

K-Tower - Kostenvergleich

Technische Daten

K-Tower-Variante mit Rohrturm mit Gitterturm
Turbinenleistung 2 - 3,5 MW
Masse am Turmkopf 100 - 350 t
Nabenhöhe 90 - 150 m und mehr
Jackethöhe Variabel
Höhe Oberteil (Rohrturm/Gitterturm) Variabel
Gesamthöhe der Tragstruktur Bis 145 m und mehr
Jacketgewicht Bis 250 t Bis 230 t
Beine - ∅ Rohr 610 - 813 mm 610 - 813 mm (K-Jacket)
610 - 711 mm (Gitterturm)
Streben - UPE-Zwillingsprofile ≤ 360 mm
(alternativ Rohre mit ∅ 273 - 382 mm)

Gründungsmethoden

K-Tower - Fundament

Ein bedeutender Vorzug der K-Tower ist der mögliche Einsatz materialsparender Gründungsmethoden.

Die herkömmlichen Turmsysteme bedingen großformatige, runde Fundamentplatten, die in ihrem Zentrum mit einem aufwendigen Einbauteil zur Turmverankerung ausgestattet sind. Hoher Bewehrungsgehalt und teilweise hohe Betongüten sind notwendig.

Die Footings beim K-Tower benötigen nur etwa 1/8 bis 1/10 der Massen im Vergleich zu den o.g. Fundamentplatten.

Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über unterschiedliche Gründungsmethoden für die Einzelfundamente je nach Bodenbeschaffenheit.

Gründungs-methode Boden-beschaffenheit Erläuterung Veranschaulichung
Flachgründungen Ausreichend tragfähiger Boden bis zur Gründungssohle Ca. 2,5 m des Untergrundes werden für eine flache Gründungssohle ausgehoben, auf die eine Stahlbetonplatte (h=0,6 m) aufgelegt wird. Diese Platte ist mit einem Schaft von ca. 1,2 m Durchmesser verbunden, in dem das Jacketbein verankert wird. Anschließend wird der Freiraum bis zu Oberfläche wieder verfüllt.
Bodenaustausch Ausreichend tragfähiger Boden bis etwa 1 bis 1,5m unterhalb der Gründungssohle Der Untergrund wird bis zur tragfähigen Bodenschicht ausgehoben und von dort bis zur planmäßigen Gründungssohle lagenweise mit einem Kies-Sand-Gemisch gefüllt und verdichtet. Über dieser Schicht kann die weitere Gründung analog zur Flachgründung ausgeführt werden.
Rüttelstopf-verdichtung Ausreichend tragfähiger Boden etwa 1,5 bis 7m unterhalb der Gründungssohle Falls der Standort für das Verfahren generell geeignet ist, werden per Schleusenrüttler vom Gelände aus Stopfen bis zum tragfähigen Gelände abgelassen, die an der Spitze grobkörniges Verdichtungsmaterial per Druckluft in den Boden pressen. In alternierenden Schritten bis zur Gründungssohle wird das Material zwischendurch immer wieder zusätzlich angedrückt, wodurch das Material seitlich verdrängt wird und Stopfsäulen entstehen, die das tragfähige Gelände mit der Gründungssohle verbinden und so die Tragfähigkeit des Bodens sicherstellen. Die weitere Gründung wird analog zur Flachgründung ausgeführt.
Tiefgründung mit Pfählen Die Bodenverhältnisse erlauben nur eine Tiefgründung mit Pfählen Vom Gelände aus werden jeweils vier schräge Pfähle in den Boden eingebracht – z.B. Centrum-Pfähle 40x40 cm oder 45x45 cm. Als Gesamtsystem werden die Pfähle in ihrer Ausrichtung deckungsgleich mit der aufgehenden Strebe eingebracht, da von dort die primären H-Kräfte wirken. Auf Höhe der Gründungssohle wird analog zu der Flachgründung gearbeitet, wobei anstelle einer Platte ein Pfahlkopf ausgeführt wird.

Beispielhafte Massenermittlung – Flachgründung

Beispiel für einen K-Tower mit 4-Bein-Jacket, 3 MW-Turbine, Nabenhöhe 142,5m, Wind Dibt WZ II, ausreichende Bodentragfähigkeit
- von P. Kelemen (K-Tower Systems)

Ein Fundament
Aushub
Tiefe 2,5 m, Fläche i.M. 55 m² 140 m³
Beton
Platte 6 * 6 * 0,6 m: 21,6 m³
Schaft 2,4 * Ø 1,2 m: 2,7 m³
Σ = 24,3 m³
Betonstahl inkl. Verankerung der Jacketbeine (gerechnet mit 95 kg/m³)
Betonbewehrung 95 * 24,3 kg: 2.300 kg
Verankerung pauschal: 300 kg
Σ = 2.600 kg
Verfüllung
140 m³ (Aushub) - 24,3 m³ (Beton): ca. 115 m³
Vier Fundamente für einen K-Tower
Aushub 4 * 140 m³ 560 m³
Beton 4 * 24,3 m³ 97 m³
Betonstahl 4 * 2,6 t 10,4 t
Verfüllung 4 * 115 m³ 460 m³

Anfragen

Für Ihre Fragen und Anliegen rund um Onshore K-Tower stehen wir Ihnen über onshore-wind@szmr.de gerne zur Verfügung.

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