ir.M.H.BennenkVolker Stevin Beton-en Waterbouw BV,BeverwijkFundering experimentelewindturbine te PettenOntwerpBegin 1978 is het ontwerpbureau van dedivisie Beton- en Waterbouw van de Koninklijke VolkerStevin door FDO Technisch Adviseurs BV, een werkmaatschappij van VMF - STORK, uitgeno-digd om bij het ontwerp van de fundering van de 25 m HAT behulpzaam te zijn.De belastingen en het programma van eisen waren als volgt.Inleiding'Van de wind kun je niet leven'. Deze oude Hollandse zegswijze mag dan in z'n algemeenheidopgaan, schippers en molenaars hebben echter wel degelijk de wind als voornaamste inkom-stenbron gehad. Thans worden de industrie en ook de bouwwereld door het huidige onderzoeknaar alternatieve energiebronnen met wind geconfronteerd.In het kader van het 'Nationaal Onderzoekprogramma Windenergie' wordt er op hetterrein vanhet Energie Centrum Nederland (ECN) te Petten een experimentele windturbine gebouwd, meteen vermogen van 300 kW. De as van deze turbine ligt22 m boven het maaiveld. Aan deze as iseen kunststof propeller met een diametervan 25 m en een generatorbevestigd. Vandaar ook debenaming '25 m Horizontale As Turbine' (25 m HAT).Operationeel gebiedwindsnelheidtoerentalOntwerp eisena. windsnelheidtoerentalb. windsnelheidtoerentalc. bladbreuk6 17 meter per sec.30-80omw. permin.25 meter per sec.120 omw. per min.45 meter per sec.Oomw. permin.'Open gemaakte' windturbineBetonneren van de funderingsplaatCement XXXII (1980) nr. 8De bovengenoemde toerentallen kunnen door het instellen van depropellorbladhoek constantworden gehouden bij variabelewindsnelheid, zodat een optimaal rendement wordt verkregen.De frequentie waarmee een blad van depropellor de schacht van de turbine passeert ligttussen1 en 2,6 Hz in normale omstandigheden en bij 4 Hz in extreme omstandigheden.Onderzoek naar de eigen frequenties van de turbine was dus een van de eerste zaken die tijdenshet voorontwerp werden aangepakt. De benodigde dynamische analyses werden met behulpvan het programmapakket ICES-STRUDL uitgevoerd.Uit de eerste resultaten van de analyse bleek dat de stijfheid vande fundering bepalend isvoordeligging van de laagste eigen frequenties. Besloten werd daarom een brede funderingsplaat toete passen met als eerste aanzet van de schachteen betonnen kegel. Tevens werden 16betonnenpalen geheid als onderdeel van de fundering, met het voornaamste doel om een innig contactvan de fundering met de grond te verzekeren.Ondanks al deze voorzieningen bleven de laagste eigen frequenties in het operationele gebied(propellertoerental 30 - 80 omw. per minuut) liggen. De demping van het onderliggendegrondpakket, gemobiliseerd door zware randbalken en de paalfundering, voorkomt echter datde verplaatsingen van de fundering en de turbine extreme waarden zal aannemen.Uitgaande van deze gegevens kon men het definitieve ontwerp uit gaan voeren. In het voorjaarvan 1979 startte het definitieve ontwerp van de fundering. De constructie zoals deze isuitgevoerd, bestaat, buiten de reeds genoemde heipalen, uit:? een funderingsplaatmet een diameter van 10 m:? een cirkelvormige randbalk en een kruisvormig stel balken van 1,50 m hoogte;? een kegelschaal meteen diameterverlopend van 8,00 mtot2,20 men een wanddiktevan0,30 m,met daarin twee toegangen;? en als aansluiting voor destalen schacht een ringbalk.442IDoorsnede A-AADoorsnede B-BDoorsnedes van de windturbineBekistingsconstructie voor de kegelschaal intwee stadia, alsmede de kegel met daaropgeplaatst de stalen schachtDe afmetingen van de betonconstructie zijn robuustomdat, zoals gezegd, vooral destijfheid vande fundering van groot belang is. Ook het samenspel van de grond met de fundering isessentieel. Een voorbeeld:Uit de computeranalyses van het dynamisch gedrag van de funderingsconstructiekon eenopklimmende reeks van meer dan vijftig eigen trillingsgetallen worden samengesteld. Dederdefrequentie van de reeks ontstond door torsiekrachten uit de mast. Doorhet aanbrengen van eenkruisvormig balkenrooster onder de fundatieplaat kon worden bereikt dat de torsie-frequentieopschoof naar de vijfde plaats (dus een hoger trillingsgetal) in de reeks. Daardoor kwam detorsie-frequentie buiten het operationele gebied van de turbine te liggen.Belasting door bladbreukDe krachten die door de wind op de betonconstructie worden uitgeoefend, zijn relatiefklein inverhouding tot die, welke bij bladbreuk optreden. Bij toerentallen boven 80 omw. per minuutwordt normaal gesproken de propeller automatisch stilgezet. In geval van storing aan ditremmechanisme kunnen hoge windkrachten tot extreme rotatiesnelhedenleiden met blad-breuk als gevolg. E?n propellerblad wordt dan a.h.w. gelanceerd, terwijl het andere eencentrifugaalkracht van 266 kN gaat uitoefenen op de gondel, bij 120 omw/mln. Een op datmoment in werking tredende rem kan echter nietverhinderendatde propeller nog minstens ??nomwenteling maakt.Tengevolge van deze centrifugaalkracht ontstaat een zeer groot wringend momentin de staaJ-en betonconstructie. Door het kruilager op de draaikrans, tussen de mast en de gondel, uit tevoeren als een 'slippend' lager, kon het wringend moment begrensd worden tot 220 kNm.UitvoeringIn de herfst van 1979 werd door van Hattum en Blankevoort, een werkmaatschappij van deKoninklijke Volker Stevin, in opdracht van het Energie Centrum Nederland met de bouw van defundering begonnen. Een uitvoerder met een vaste ploeg van vier timmerlieden hebben hetgrootste deel van de bouw voor hun rekening genomen.Een relatief groot deel van de bouw is in beslag genomen doorbekistingswerk, met name voorde kegelschaal. Bij deze molen is gekozen voor een eenmalige 'maat'-bekisting. Maatvoering isbij dit soort verlopende- en ronde constructies een lastige zaak, vooral omdat de buiten-bekistingselementen waren geprefabriceerd, terwijl de binnenbekisting ter plaatse werd sa-mengesteld. Daarbij komt dat de ronde vorm wel verplaatsbaar is, maar in zichzelf onver-vormbaar. Nauwkeurig werken moest derhalve passing verzekeren.Het storten van de ruim 6,5 m hoge en 0,30 m dikke kegelwand bleek niet eenvoudig. Debovenste ringbalk met 64 voorspanbouten t.b.v. de verbinding met de stalen schacht was hetlaatste onderdeel van de fundering dat gestort werd.De stalen schacht zal voor de bouwvakvakantie geplaatst zijn en men hoopt de gondel met debenodigde apparatuur voor het eind van 1980 gemonteerd te hebben.BesluitVanaf 1981 zal de windturbine in bedrijf zijn en zullen allerlei onderzoeken gestart worden naarde meest optimale methoden waarop de windenergie gewonnen en in het elektriciteitsnetgebrachtkan worden .In samenwerking met het Laboratorium voorGrondmechanicate Delft zalde Koninklijke Volker Stevin onderzoek doen naar het dynamisch gedrag van de fundering.Van ??n feit is men overtuigd: de plaats van de windturbine is goed gekozen; er is voldoendewind. Hiervan getuigt ook het aantal onwerkbare dagen door diezelfde harde wind tijdens debouwperiode van de 25 m HAT op deze duintop bij het Pettense strand.Cement XXXII (1980) nr. 8 443