Entwicklung und Analyse eines Turmes aus Buchenfurnierschichtholz für eine Kleinwindkraftanlage

Die Energiepreise in Deutschland steigen und viele Immobilienbesitzer wollen unabhängiger von den Stromerzeugern werden, weshalb sie in eine eigene Stromproduktion investieren. Eine optimale Ergänzung zu einer Photovoltaikanlage stellt dabei eine Kleinwindkraftanlage dar, die im Vergleich zu den großen Anlagen geringere Umweltbelastungen verursacht. Allerdings entstehen beim Bau einer Kleinwindkraftanlage hohe Kosten, weshalb dieses Konzept kaum verbreitet ist. Die Türme von Windkraftanlagen werden normalerweise aus Stahl hergestellt. Bei der Herstellung dieses Baustoffs werden große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Ein umweltfreundlicheres Material ist der nachwachsende Rohstoff Holz. Die Herstellung der Türme in Holzbauweise ist bisher kaum zu finden. Daher wird in dieser Arbeit untersucht, ob ein Holzturm eine Alternative zum Stahlturm sein kann und ob dadurch die Investitionskosten für eine Kleinwindkraftanlage gesenkt werden können. Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurde ein Konzept für einen Holzturm aus Buchenfurnierschichtholz entwickelt. Zunächst wurde die Bedeutung von Buchenholz im Bauwesen erarbeitet. Anschließend wurden die Grundlagen für den Bau von Kleinwindkraftanlagen erforscht und die Abmessungen einer fiktiven Anlage festgelegt. Es wurden die relevanten Einwirkungen ermittelt und die Anlage mittels einer Finiten-Elemente-Berechnung untersucht. Zuletzt wurden die Nachweise für die Tragfähigkeit und die Ermüdungssicherheit des Querschnittes und der Verbindungsmittel geführt. Bei den Untersuchungen der Randbedingungen konnten keine Argumente gefunden werden, die gegen die Verwendung von Holz sprechen. In einigen Punkten wie beispielsweise in der Herstellungs- und Errichtungsphase sind sogar Vorteile gegenüber dem Stahl zu erkennen. Zudem wurde in einer Kostenschätzung herausgefunden, dass ein Holzturm auch preislich mithalten kann und dass die Herstellungskosten sogar gesenkt werden können. Die Gesamtkosten für eine Kleinwindkraftanlage können dennoch nur unwesentlich gesenkt werden. Die Investition ist daher nur sinnvoll, wenn am geplanten Standort genügend Wind zur Verfügung steht und wenn der produzierte Strom größtenteils selbst genutzt werden kann.Energy prices in Germany are rising and many real estate owners wish to become more independent from electricity producers, which is why they are investing in their own electricity production. An optimal complement to a photovoltaic system is a small wind turbine, which causes less environmental impact in comparison to the large systems. However, the construction of a small wind turbine incurs high costs, which is why this concept is rarely widespread. The towers of wind turbines are normally made of steel. The production of this construction material releases large quantities of greenhouse gases. A more environmentally friendly material is the renewable resource wood. The production of towers with a wooden structure can hardly be found so far. Therefore this thesis investigates whether a wooden tower can be an alternative to the steel tower and whether the investment costs for a small wind turbine can be reduced. To answer the research question, a concept for a wooden tower made of laminated beech veneer lumber was developed. First, the importance of beech wood in construction was elaborated. Then the basic principles for the construction of small wind turbines were researched and the dimensions of a fictitious turbine were defined. The relevant actions were determined and the structure was examined using finite element calculation. Finally, the verifications for the load-bearing capacity and the fatigue safety of the cross-section and the fasteners were carried out. When examining the boundary conditions, no arguments could be found that speak against the use of wood. In some points, such as the manufacturing and installation phases, advantages can even be seen over steel. In addition, a cost estimate showed that a wooden tower can also keep up in terms of price, and that manufacturing costs can be reduced. Nevertheless, the total costs for a small wind turbine can only be decreased insignificantly. The investment therefore only makes sense if there is sufficient wind at the planned location and if most of the electricity produced can be used itself