Extrema laster utmaning för klimatsmart vindkraft

Vindkraftstorn på Björkö av Modvion

Genom att använda förnyelsebara konstruktionsmaterial och bygga högre torn kan vindkraften göras mer klimatsmart. Nu pågår studier som ska resultera i en standardiserad kunskap om vilken belastning höga vindkraftstorn av trä tål.

Med hjälp av vindkraftverk kan vi ta tillvara luftens rörelseenergi och ombilda denna till miljövänlig elenergi. Men vindkraften kan göras ännu mer miljövänlig genom att man dels använder högre torn för att fånga stabilare och starkare vindar, dels använder mer förnybara konstruktionsmaterial. En innovation från Modvion, med modulära vindkrafts­torn av trä, slår två flugor i en smäll. För­delarna med att använda moduler är att de är lättare att tillverka i fabrik och att transportera på allmänna vägar till byggplatsen. Fördelarna med trämaterial är goda mekaniska egenskaper, relativt låg vikt och låg kostnad per lastbärande förmåga samt miljövänlig framställning och bearbetning. 

Modvion har tillsammans med flera andra aktörer (bland annat Moelven, Metsä Wood, Teknos, Chalmers och RISE) tagit fram ett koncept för att bygga höga trätorn utifrån välbeprövade byggprodukter: träbaserade kompositprodukter av faner (LVL). Genom sammansättning i fabrik tillverkas böjda moduler i riggar och formas till ett koniskt rör (bild 1). LVL-väggarna till ett 100 meter högt trätorn beräknas bli upp till 400 millimeter tjocka och bestå av mer än 130 lager granfaner. 

 På platsen för aggregatet (eller i fabriken för prototyptornet) sätts fyra moduler sedan ihop till en rörsektion som kan vara upp till 25 meter hög och över 10 meter i diameter. Sedan staplas rörsektionerna på varandra (bild 2). Modvion sätter samman dessa sektioner med hjälp av inlimmade stålplåtar i träväggarna. Genom att gjuta in tunna och håliga stålplåtar i slitsar skapas en limmatris med många små »limdubbar« (bild 3). Detta är en ny förbandsteknik som är stark och styv men kräver noggrant utförande.

Genom flera samarbetsprojekt har de viktiga utmaningar som nämns i faktarutan stude­rats en efter en. Med en kombination av både beräkningar och provningar har lösningarna sedan utvecklats. Gällande standard för träbyggnader (SS-EN 1995-1-1) ger en hel del metoder för att verifiera tornens styrka och styvhet. Modeller för beräkningen av turbinlasterna samt scenarier som påverkar belastningen på tornet beskrivs i vindkraftsstandarder (exempelvis IEC 61400-1). Eurokod för träbroar ger också information om utmattningshållfasthet för träkomponenter utsatta för en cyklisk last av konstant amplitud. 

Beräkningar räcker inte alltid, utan måste kompletteras med provning i olika skalor och klimat, särskilt för nya produkter och användningsområden. Stor vikt läggs nu på att verifiera de utmattningsegenskaper för trämaterial som inte är lika kända som exempelvis egenskaper för stålmaterial. Gamla träbroar och kyrktorn av trä bevisar att detta material tål cykliska belastningar under lång tid, men forskningen har ännu inte lett fram till standardiserad kunskap. Studier visar att träets utmattningshållfasthet inte bara beror på antalet cykler, utan också på den totala lastens varaktighet. För att optimera och verifiera konstruktionerna utförs därför i labbmiljö serier av utmattningsprovning av träelement och limmade förband med olika spänningsnivåer. Den 30 meter höga prototypen (bild 4) som restes under våren 2020 är även utrustad med fuktsensorer och accelero­metrar som följs upp kontinuerligt.

Företaget Timber Tower i Tyskland byggde ett 100 meter högt, åttkantigt prototyptorn av KL-trä som sattes i drift för snart tio år sedan. Det har fungerat rent tekniskt, men inte blivit någon kommersiell framgång då den tekniska lösningen med bland annat kraftiga balkar invändigt resulterade i en dyr produktion. Sedan dess har inte så mycket hänt när det gäller trätorn till vindkraft. 

Nu satsar Modvion på att utveckla koncepet till torn på över 100 meter. 

text Pierre Landel & Anders Wickström, RISE

Läs de senaste artiklarna

Genom att använda svenskttra.se accepterar du vår användning av kakor. Vi värnar om personlig integritet vilket innebär att dina personuppgifter alltid hanteras på ett ansvarsfullt sätt. Läs vår integritetspolicy.