Hart am Wind mit Holz: Der TimberTower

Derzeit entsteht weltweit der erste Holzturm für eine 100 Tonnen schwere Multimegawatt Windkraftanlage

CIMG0604Vier Jahre tüftelten die Ingenieure von TimberTower an einem Holzturm für Windkraftanlagen und es kostete viel Überzeugungskraft, um allen Beteiligten klarzumachen, dass Holz für solche Anwendungen bestens geeignet ist.
Das schwierigste in dem Projekt war es, Kunden, Investoren und Genehmigungsbehörden davon zu überzeugen, dass Holz in der Lage ist, Aufgaben im Maschinenbau zu übernehmen. Trotz Vorbehalte, die noch während des Baus, teils aus kuriosen Gründen, zu Verzögerungen führte, ist es dem Team um die beiden Gründer Holger Giebel und Gregor Prass gelungen, ihre Idee Realität werden zu lassen.  

Auf einem Grundstück in  Hannover-Marienwerder entsteht ein 100 Meter hoher Turm, ein zweiter Turm, der ebenfalls in Niedersachsen stehen wird, soll sogar eine Nabenhöhe von 140 Metern haben. Das ist das höchste, was derzeit in der Windindustrie gebaut wird.

IMG_0413Warum Holz?
Bei 100 Metern stößt man mit Stahlkonstruktionen an statische und logistische Grenzen. Bei Rundtürmen aus Stahl ist bei einem Durchmesser von 4,2 Metern der Transport auf der Autobahn durch die Brückenhöhe begrenzt, somit aus statischen Gründen auch die Höhe.

Diese Problematik entfällt bei Holzkonstruktionen. Rein rechnerisch können Holztürme 200 Meter hoch gebaut werden. Das revolutionär-innovative Konzept „Holzturm für Windkraftanlagen“ beinhaltet die Konstruktion und Fertigung des Turms als Hohlkörper. Die Idee stellt eine technische Innovation dar und ist in der jetzigen Form eine absolute Marktneuheit.

Gefertigt wird der TimberTower als Verbundsystem aus Brettsperrholzplatten (BSP) und Oberflächenkomponenten, die am Anlagenstandort zu einem geschlossenen Hohlkörper mit achteckigem Querschnitt verbaut werden. Der TimberTower kann an nahezu jedem beliebigen Platz der Erde aufgebaut werden, da der Transport in 40-Fuß-Containern erfolgt.

Die Herstellung der benötigten Holz- und Oberflächenelemente erfolgt mit Partnern aus Deutschland, Österreich und der Schweiz. Das PEFC-Zertifikat der Holzlieferanten garantiert die Herkunft des verwendeten Rohstoffes aus ökologisch, ökonomisch und sozial verantwortlicher Waldwirtschaft.

Historie (Quelle Wikipedia)

Historisches-Bile---Brush-windmillDie erste belegte Anlage zur Stromerzeugung errichtete 1887 der Schotte James Blyth. Die einfache, robuste Konstruktion mit einer vertikalen Achse von zehn Metern Höhe und vier auf einem Kreis von acht Metern Durchmesser angeordneten Segeln sollte zur Beleuchtung seines Ferienhäuschens dienen – mit bescheidener Effizienz. Nahezu zeitgleich orientierte sich Charles F. Brush in Cleveland, Ohio, mit einer 20 Meter hohen Anlage an der damals bereits fortgeschrittenen Windmühlentechnik. Während es aber bei Mühlen eher auf das Drehmoment als auf die Drehzahl ankommt, brauchte er eine zweistufige Übersetzung mit Riementrieben, um einen 12-kW-Generator anzutreiben.

Der Däne Poul La Cour kam um die Jahrhundertwende durch systematische Versuche – unter anderem an aerodynamisch geformten Flügelprofilen in Windkanälen – zum Konzept des Schnellläufers, bei dem nur wenige Rotorblätter ausreichen, die Windenergie über die ganze Rotorfläche auszunutzen.

In dieser Zeit war Holz der vorherrschende Werkstoff beim Bau von Windkraftanlagen. Erst in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde Holz mehr und mehr durch Stahl ersetzt. Heute spielt Holz bei der Produk­tion von Windkraftanlagen so gut wie keine Rolle mehr.

Dies soll sich mit der Markteinführung des TimberTower ändern.

Gefertigt wird der TimberTower als Verbundsystem aus Brettsperrholzplatten. Diese werden mit einem Produkt der Purbond-HB-S-Linie aus dem Hause Purbond (Schweiz) verklebt. Der 1-K-Polyurethanklebstoff ist feuchtigkeitsvernetzend (Feuchtegehalt des Brettsperrholzes liegt bei mind. 8 % bis max. 15 %) und verfügt über eine Zulassung nach DIN 1052. Auf einem runden Betonfundament (Masse und Durchmesser sind identisch zum Stahlrohrturm, jedoch das Fundamenteinbauteil entfällt) entsteht so ein geschlossener Hohlkörper mit achteckigem Querschnitt.

Vorteile Purbond HB S zu herkömmlichen Klebstoffsystem:
• kein Anmischen nötig, kurze Aushärtezeiten
• PUR enthält kein Formaldehyd
• da der 1-K-PUR-Klebstoff zum Teil an den Füllstoff angedockt ist, ist eine Separierung von flüssiger und fester Phase nicht möglich
• dadurch dringt die flüssige Phase nur in die oberste Holzschicht und wird nicht aufgesaugt – die Homogenität bleibt auch bei der Aushärtung erhalten.

Aus den so verklebten BSP-Platten wird nun vor Ort in mehreren Segmenten der Turm errichtet. Hierfür benötigt man 54 Elemente, die exakt 15 m lang sind. Am Sockel beträgt die Seitenbreite 2,9 m und verjüngt sich zur Turmspitze auf 1,2 m.

Und jetzt kommt Polyurethan zum 2. Mal zum Einsatz.

IMG_0421Weder Dübel noch sonstige Verbindungssysteme wurden eingesetzt. Der Turm wird lediglich von eingeklebten gelochten Stahlblechen gehalten. Der Klebstoff? – natürlich auch Polyurethan. Hierbei handelt es sich ebenfalls um ein, aus dem Hause Purbond stammendes, 2-Komponenten-Gießsystem, das Purbond CR 421, das speziell zur Verankerung von Gewindestangen, Betonrippenstählen und Lochblechen im Holz dient. Mit einer CNC-Maschine wurden alle 43 mm, rechtwinkelig zur Oberfläche, Schlitze in die Holzelemente gefräst, damit die Lochbleche ins Holz eingreifen. Die 2,5 mm starken Bleche wurden auf die Schlitze aufgesteckt und mit einem Brett verkleidet.   

Mit einer eigens dafür konstruierten 2-K-Dosieranlage aus dem Hause Dopag AG (Schweiz) wird Purbond CR 421 von unten in den Schlitz eingebracht, bis das Flüssigsystem oben wieder austritt, dadurch ist eine Verklebung ohne Lufteinschlüsse gewährleistet. Nach 24 Stunden ist das Polyurethan ausgehärtet und das nächste Segment kann aufgesetzt werden.

Auch das Purbond CR 421 verfügt über eine Zulassung nach DIN 1052.

Die Fertigstellung wird bis zum Jahresende erfolgen!

IMG_0410Da der Wartungsaufwand eines Holzmastes gegen null geht, schätzt TimberTower, dass es auch preislich Vorteile geben wird. Nach drei bis fünf gebauten Türmen wird man auch zu den Kosten exakte Auskünfte geben können.


IMG_0405Fakten zum Turm:
• Die Wandstärke beim 100 m hohen Turm beträgt 30 cm (insgesamt 400 m³ Brettsperrholz).
• Hierfür wurden ca. 3 t Polyurethanklebstoff (1- u. 2-komponentig) eingesetzt.
• Zum Schutz des Holzes vor Wind und Wetter wurde eine Kunststoffhülle (PVC-Dachbahnen) außen aufgebracht.
• Garantierte Mindestlebensdauer: 20 Jahre (man rechnet aber mit 40 Jahren).
• Transport (Holzplatten) zur Aufbaustelle in 40-Fuß-Containern.
• Integriertes Leiter- und Aufzugssystem.
• Runder Stahladapter zur Verbindung mit der Gondel
• Der 200 t schwere Turm trägt eine 86 t schwere getriebelose Windanlage (Marke: Vensys 77, Gondelgewicht: 56 t, Rotor + Nabe: 30 t).
• Aufbau in maximal 2 Werktagen möglich (gilt nicht für den Prototypen).

 

 

Zukunft:
• Holz ist auch für Offshore geeignet (im Gegensatz zu Stahl wird Holz durch Salzwasser sogar qualitativ besser – ein natürlicher Vorteil). Die Türme stehen auf einer 20 m aus dem Wasser ragenden Plattform
• Eine Nabenhöhe von 200 m ist möglich – statisch kann ein Holzturm jede verfügbare Windmaschinen tragen
• Wir würden uns wünschen, dass zukünftig die Außenhaut des Turms ebenfalls aus Polyurethan bzw. Polyurea gefertigt würde – die bessere Schutzfunktion kann deutlich aufgezeigt werden.