Windturbine meets Mobilfunkmast

21.10.2021

Nach dem Motto „Kleinvieh macht auch Mist“ wird in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (HTW Saar), der VODAFONE/Vantage Towers AG und der MOWEA GmbH, einem Hersteller kleiner Windenergieanlagen, der Energieertrag durch Windturbinen an bestehenden Funkmastkonstruktionen untersucht.

Während die Preise für Photovoltaik-Module in den letzten Jahren bei gleichzeitig hoher Standardisierung kontinuierlich gesunken sind, fehlt diese wirtschaftliche und technische Entwicklung nach wie vor für kleine Windturbinen. Ein Multi-Rotor-System, bestehend aus einer Vielzahl von Windturbinen, die in hoher Stückzahl produziert werden können, ist ein Ansatz für den Durchbruch der Kleinwind-Technologie als wirtschaftliche Ergänzung für erneuerbare Energiesysteme.

Das Fachgebiet Mechatronik bearbeitet dabei die Fragestellung, wie die Integration mehrerer Windturbinen an hohen Funkmasten mechanisch zu bewerten ist und gibt Empfehlungen für die optimale Befestigungsposition der Windturbinen an der Mastkonstruktion. Im Rahmen der Projektbearbeitung werden strukturmechanische Berechnungen mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode durchgeführt. Diese liefern als Ergebnis die mechanischen Beanspruchungen der Komponenten und zugehörige Verformungen. Die dafür erforderlichen Windlasten werden in Anlehnung an die „DIN EN 61400-2 VDE 0127-2:2015-05 Windenergieanlagen Teil 2: Anforderungen für kleine Windenergieanlagen“ ermittelt und im Simulationsmodell, bestehend aus Funkmast und mehreren Windturbinen, aufgebracht.  Zur Bewertung der Berechnungsergebnisse, also zur Beantwortung der Frage: „Hält das Windturbinensystem und der Funkmast den Belastungen stand?“ wird die vom Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. herausgegebene FKM-Richtlinie "Rechnerischer Festigkeitsnachweis von Maschinenbauteilen" eingesetzt sowie ergänzende Stabilitäts- und Eigenfrequenzanalysen durchgeführt.
 
Erste Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass bestehende Funkmastausführungen in der Lage sind, mehrere Kleinwindturbinen als Multi-Rotor-System zu tragen. Im weiteren Projektverlauf sollen nun Versuche an ausgewählten Maststandorten durchgeführt werden, um die Praxistauglichkeit nachzuweisen.

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