Windenergieanlagen at TU Berlin

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Polradwinkel

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Synchrongenerator

  • untererregt
  • übererregt

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Kleinwindenergieanlagen

  • Definition
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Kleinwindenergieanlagen

  • Klassen

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Kleinwindenergieanlagen

  • Bauarten

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Vor-und Nachteile von KWEA
mit horizontaler Achse

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KWEA

Industrie vs Entwicklungsländer

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KWEA

Administrative Vorgaben

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EEG für KWEA

  • was ist?
  • Verbesserungsvorschläge

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Ziele der Regelung von WEA

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Vorteile und Nachteile 

  • Stall
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Vorteile des 3 Phasigen Generators

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Windenergieanlagen

Polradwinkel

Winkel zwischen Quellspannung (auch Drehbewegung des Läufers) und Statorfeld (durch induziertem Strom bzw. Netzspannung wenn daran gekoppelt)  

  • Generator   𝜗 > 0
  • Motor          𝜗 < 0
  • Normalbetrieb 𝜗 = +/- 20-30°
  • bei +/- 90° kein stabiler Betrieb

Windenergieanlagen

Synchrongenerator

  • untererregt
  • übererregt

Blindleistung steuerbar:


kapazitiver Betrieb / Übererregung (E_S >  U_N):

Lieferung von Blindleistung ans elektrische Netz

induktiver Betrieb / Untererregung (E_S< UN):

Bezug von Blindleistung aus dem Netz


mit:

E_S: Quellspannungsamplitude

U_N: Netzspannungsamplitude

Windenergieanlagen

Kleinwindenergieanlagen

  • Definition

Rotorfläche < 200m² 

Turmhöhe < 20m

(beschrieben in EN 61400-2).

Windenergieanlagen

Kleinwindenergieanlagen

  • Klassen

Mikrowindenergieanlagen:

  • 5 – 5.000W Nennleistung
  • geeignet für Privathaushalte (batterielader/ Netzgekoppelt/ gebäudeintegriert)

Miniwindenergieanlagen

  • 5 – 30 kW Nennleistung
  • Einsatz in Nichtwohngebieten

Mittelwindenergieanlagen

  • 30 – 100kW Nennleistung
  • Anschluss an Mittelspannungsnetz

Windenergieanlagen

Kleinwindenergieanlagen

  • Bauarten
  • horizontal/ vertikal
  • widerstand
    • Langsamläufer: λ<1
    • Schnelläufer
  • Auftrieb
    • Langsamläufer: λ<2,5
    • Schnelläufer: 2,5<λ<15

Windenergieanlagen

Vor-und Nachteile von KWEA
mit horizontaler Achse

Vorteile:

  1. einfache Bauweise
  2. hohe Auslegungsschnelllaufzahl
    (λ<9) --> geringe Drallverluste
  3. höherer Leistungsbeiwert (cp<0,5)
  4. geringe Anlaufgeschwindigkeit

Nachteile:

  1. höhere Lärmemission aufgrund
    höherer Umfangsgeschwindigkeit
  2. Windnachführung nötig

Windenergieanlagen

KWEA

Industrie vs Entwicklungsländer

Industrieland

  1. Unabhängigkeit vom Energieversorger
  2. Reduzierung von Stromkosten
  3. „grünes Image“


Entwicklungsland

  1. Stromnetz schlecht bzw. gar nicht ausgebaut
  2.  Stromversorgung von Dörfern bis hin zu ganzen Siedlungen
  3. Betrieb von Wasserpumpen
  4. Trinkwassergewinnung- und aufbereitung
  5. Zugang zu Bildung und Medien

Windenergieanlagen

KWEA

Administrative Vorgaben

• Baugenehmigungen sind Länder spezifisch (bis 10m ggf. Baugenehmigungsfrei)
• Kosten sind abhängig von der Anlage (nicht stark verbreitet --> hohe Kosten)

Windenergieanlagen

EEG für KWEA

  • was ist?
  • Verbesserungsvorschläge
  • Staatliche Förderung durch Festlegung eines
    Mindestpreises


  • nicht
    ausreichende Vergütung

Windenergieanlagen

Ziele der Regelung von WEA

  1. Sicherheit und Schutz von: 
    • Mensch/ Umgebung
    • der Windenergieanlag
  2. Ertragsoptimierung
  3. Strukturentlastung / Lebensdaueroptimierung /
    Betriebskostenoptimierung
  4.  Netzverträglichkeit
  5. Schallemission
    und andere Auflagen
  6. Einhalten des für die
    WEA zul. Betriebs-
    bereichs durch:
    • Drehzahl-
      begrenzung (n_max)
    • Drehmoment-
      begrenzung (M_max)
    • Leistungs
      begrenzung (Pmax)
    • Begrenzung des
      Rotorschubs (Smax)

Hinweis bei:

  • drehzahlfesten WEA ist M_max durch Wahl von P_max gegeben
  • bei drehzahlvariablen WEA ist M_max vor allem durch die
    Strukturmechanik begrenzt, während P_max elektrisch vorgegeben ist

Windenergieanlagen

Vorteile und Nachteile 

  • Stall

Stall:

Vorteile

  1. einfaches Konzept (passiv)
  2. kleine Pitchbewegungen (aktiv)
  3. Stall-Rotor lässt sich gut mit
    einem Standard-
    Asynchrongenerator
    (drehzahlfest) kombinieren

Nachteile

  1. unstetige Strömungsverhältnisse
  2. ungenaue Leistungsregelung
  3. hohe Strukturbelastungen durch
    hohe Schubkraft und
    dynamisches Verhalten
  4. Zusätzliche Überdrehsicherung
    notwendig (z.B. Tip-Bremse)

Windenergieanlagen

Vorteile des 3 Phasigen Generators

  • es entsteht ein gleichmäßiges rotierendes Magnetfeld mit
    konstanter Größe und Drehgeschwindigkeit
  • das mechanische Drehmoment ist ebenfalls
    gleichmäßiger als beim einphasigen System

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Energiewirtschaft 6: Windkraft at

Karlsruher Institut für Technologie

Windenergie 1 at

Universität Stuttgart

Fossile Energien at

Fachhochschule Kufstein (Tirol)

System der Windenergieanlagen at

TU Braunschweig

VT Energie at

Hochschule München

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