Erneuerbare Energien 3 at Technische Hochschule Köln

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Wie entsteht Wind?

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Was folgert aus dem Geschwindigkeitsprofil für die Auswahl der Windturbinen für einen Windpark auf dem offenen Land oder hinter dem Wald?

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Was unterscheidet die Windenergie von Wasserkraft o. Stromerzeugung aus Biomasse/Biogas?

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Was folgt aus der Veränderung der Luftströmung beim Passieren einer Windturbine für die Aufstellung eines Windparks?

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Wie verändert sich die Leistung bei einer Windturbine mit 30m höherem Turm?

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Wie viel Leistung können Windturbinen tatsächlich durchsetzen?

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Was folgert aus den Geschwindigkeiten, die an einem Rotorblatt einer drehenden Windturbine anliegen, für die Form des Rotorblatts?

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Woraus werden Rotorblätter gebaut?


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Windturbinen-Hersteller bieten ihre Windturbinen in verschiedenen IEC-Klassen an. 

•Was geben diese IEC-Klassen an? 

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Warum werden die Windturbinen in IEC-Klassen angeboten, und nicht für jeden Standort individuell angepasst?

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Beschreiben Sie den Unterscheid zwischen einer Stall- und einer Pitchregelung anhand der Funktionsweise und erforderlichen Maschinenkomponenten.

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Wann beginnt die Windturbine Strom zu erzeugen?

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Erneuerbare Energien 3

Wie entsteht Wind?

Wind entsteht durch verschiedene Effekte:


Globale Unterschiede: In Äquatornähe erwärmt sich die Luft und steigt auf, um an den Polen abzukühlen. (Dies ist die Ursache für die stetigen globalen Passatwinde und Westwinde (Jetstream) 


Jahresszeitliche Unterschiede: Luft über dem Land ist im Sommer wärmer(Tiefdruckgebiete) als über dem Meer (Hochdruckgebiete) –Wind strömt: Hoch ⇒Tief. Im Winter kehren sich diese Verhältnisse um


Lokale Unterschiede: 

Seewind: Tagsüber wird das Land stärker erwärmt als die See und gibt mehr Wärme ab. Die Luft über Land steigt nach oben. Hauptzeit dieser Erscheinung ist am Nachmittag


Landwind: In der Nacht kühlt das Land ab, während die See die Wärme speichert. Warme Luft steigt über der See auf

Ähnliche Beispiele sind Fallwinde und Berg-Tal-Winde im Gebirge


Erneuerbare Energien 3

Was folgert aus dem Geschwindigkeitsprofil für die Auswahl der Windturbinen für einen Windpark auf dem offenen Land oder hinter dem Wald?

Hinter Wäldern müssen aufgrund von Verwirbelungen höhere Windturbinen verwendet werden.

Hindernisse wie Häuser, Bäume oder Bodenunebenheiten bewirken Verwirbelungen und Reibungsverluste und können das Windprofil erheblich verändern.

Windturbinen hinter dem Wald sind daher mit Abstand zu Hindernissen und deutlich höher zu bauen als auf dem offenen Land. 

Erneuerbare Energien 3

Was unterscheidet die Windenergie von Wasserkraft o. Stromerzeugung aus Biomasse/Biogas?

PV/Windenergie: wetterabhängig, unregelmäßig, stochastisch, fluktuierend

Wasserkraft und Biogas: konstant, regelbar  

Erneuerbare Energien 3

Was folgt aus der Veränderung der Luftströmung beim Passieren einer Windturbine für die Aufstellung eines Windparks?

Abstände zwischen den Windenergieanlagen müssen berücksichtigt werden, um gegenseitige Verschattung bzw. Windschatten zu verhindern.

Erneuerbare Energien 3

Wie verändert sich die Leistung bei einer Windturbine mit 30m höherem Turm?

Die Leistung würde stark ansteigen, weil sich die Windgeschwindigkeit je nach Höhe ändert. Die Windgeschwindigkeit ist am Boden immer null und je größer die Höhe ist, desto höher ist die Windgeschwindigkeit.


Erneuerbare Energien 3

Wie viel Leistung können Windturbinen tatsächlich durchsetzen?

Reale Anlagen erreichen Leistungsbeiwerte von etwa 0,5. Weitere Verluste entstehen bei der Transformation, im Getriebe (falls vorhanden) und in der Umwandlung von rotatorisch-mechanisch in elektrische Energie einer WEA, so dass der Gesamtwirkungsgrad ca. 45% beträgt.

Erneuerbare Energien 3

(Bonus)

Was folgert aus den Geschwindigkeiten, die an einem Rotorblatt einer drehenden Windturbine anliegen, für die Form des Rotorblatts?

Für jeden Punkt auf dem Durchmesser andere Anströmwinkel und Blatttiefe. Oben ist das Rotorblatt dünner und wird zunehmend zur Nabe breiter.

Erneuerbare Energien 3

(Bonus)

Woraus werden Rotorblätter gebaut?


Rotorblätter werden aus Glasfaser- oder kohlefaser-verstärkten Kunststoffen hergestellt und sind sehr flexible und leicht.

Verstärkungen und Stege aus Schaum, Balsaholz und GFK.

Blitzableiter und ggf. Heizung gegen Vereisung

Erneuerbare Energien 3

(Bonus)

Windturbinen-Hersteller bieten ihre Windturbinen in verschiedenen IEC-Klassen an. 

•Was geben diese IEC-Klassen an? 

-50-Jahres Extremwert

-durchschnittliche Windgeschwindigkeit

-Turbulenz Klasse (drei Klassen von Schwachwind bis zum Starkwind)

Erneuerbare Energien 3

(Bonus)

Warum werden die Windturbinen in IEC-Klassen angeboten, und nicht für jeden Standort individuell angepasst?

Es kostet viel Geld für jeden Standort eine eigene Messeinrichtung für bestimmte WEA zu bauen.

Erneuerbare Energien 3

Beschreiben Sie den Unterscheid zwischen einer Stall- und einer Pitchregelung anhand der Funktionsweise und erforderlichen Maschinenkomponenten.

Stall-> starr, feststehend, keine Regelung

Pitch-> Rotorblätter drehbar in Abhängig von Windgeschwindigkeit.

Vₘ messen  -> Regelung verstellen Blatt-> Motor dreht Blatt

Erneuerbare Energien 3

(Bonus)

Wann beginnt die Windturbine Strom zu erzeugen?

Einschaltwindgeschwindigkeit /Cut-in speed. v≥3m/s – Beginn der Stromerzeugung Windrichtungsnachführung dreht Gondel in den Wind, Rotor beginnt zu drehen und Strom zu erzeugen. Sobald Generator die zur Stromerzeugung benötigte Synchronisations-Drehzahl stabil erreicht hat, wird er auf das Versorgungsnetz aufgeschaltet und beginnt elektrische Energie entsprechend seiner Leistungskurve einzuspeisen.

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