BKWWA an der Hochschule Für Angewandte Wissenschaften Hamburg | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für BKWWA an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg

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Welche zwei grundsätzlichen Prinzipien gibt es von Windenergieanlagen?

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  1. Auftriebsläufer
  2. Widerstandsläufer
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Welche Meeresenergiequellen gibt es?

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  1. Wellenenergie
  2. Meeresströmungen
  3. Tidenhub
  4. Gradient von Salzkonzentration (Osmotischer Druck)
  5. Maritime Geothermie (unterschiedliche Temperaturschichten, bisher wenig erforscht)
  6. Maritime Biomasse
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Welches sind die vielversprechendsten Meeresenergietechnologien?

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  1. Salzgradienten: 2000 TWh/a
  2. Wellenenergie: 1700 TWh/a
  3. Meeresströmungen: 800 TWh/a
  4. Tidenhub: 400 TWh/a
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Worin besteht eine der generellen Herausforderungen von Meeresenergieanlagen?

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Die am besten geeigneten Standorte, die eine hohe Flexibilität und Energiedichte bieten, sind auch die, die besonders ungünstig in Bezug auf Installation und Wartung sind. Sie befinden sich Off- oder mindestens Near-Shore. Außerdem muss die Abführung der Energie sichergestellt werden, was mit einem erhöhten Investitionvolumen (Kabel) verbunden ist. Darüber hinaus ist kann die Anlagensicherheit durch Wetterereignisse gefährdet sein.

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Erläutern Sie den Wave Dragon!

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Der Wave Dragon ist ein schwimmendes Wellenspeicherkraftwerk.

  • passt sich dem Tidenstand an
  • Kronenhöe kann Wellenhöhe angepasst werden
  • kein Grundstücksbedarf
  • Anlage ganzer Parks möglich
  • passt sich Wellenrichtung an
  • doppel gekrümmte Rampenform und Reflektorarme -> hoher Fanggrad
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Was sind die Auslegungsanfroderunge der Turbinen des Wave Dragons?

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  • estrem kleine Fallhöhen (0,5 -3m) -> Axialturbine hohe Schluckfähigkeit
  • weiterer Fallhöhenbereich -> drehzahlvariabler Generator
  • feindliche Umgebung, Wartung schwierig -> sehr einfache Turbine
  • Ein-/Ausschalten der Turbine -> Siphon/Zylinderschütze
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Was sind gyroskopische Kräfte?

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Gyrospoische Kröfte treten bei einer WEA bei der Windrichtungsnachführung auf. Diese findet üblicherweise im Anlagenbetrieb statt also bei rotierenden Rotor. Die mehrfache Drehung um mehrere Achsen verursacht Kreiselkräfte senkrecht zur Rotorkreisfläche, die sich in einem Blattwurzelbiegemoment äußern.

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Was sind Flatbackprofile?

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Flatbackprofile haben eine abgeschnittene Hinterkante, um Produktion und Logistik zu vereinfachen. Es ist mit gerinen Leistungseinbußen zu rechnen, das Flatbackprofil nur im Wurzelbereich und unter Verwendung geeigneter Profile eingesetzt wird.

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Nennen sie Möglichkeiten der aerodynamischen Bremsen. Was sind die Nachteile?

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  1. Aerodynamische Bremsklappen im Rotorblatt
  2. Verstellbare Rotorblattspitzen

Nachteil: hoher konstruktiver Aufwand und Strukturschwächung -> konnte sich bisher bei marktgängigen Anlagen nicht durchsetzen.

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Welche Kräfte können an einer WEA auftreten?

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  1. Schwerkraft an Gondel und Turm -> statisch
  2. Kräfte aus Blattgewicht: (umlauffrequent 1p)
    • Schwenkmoment an Blattwurzel aus Eigengewicht
    • Schlagmoment an Blattwurzel aus Eigengewicht bei Achsneigung
  3. Fliekräfte: erzeugen stationäre Zugbeanspruchungen, auch wenn ein einzelnes Blatt schwerer ist
  4. Massenunwucht: Überwasse (eines schwereren Rotors z.B.)erzeugt eine umaufende Erregungskraft -> Horizontalkomponente regt Gondel zu Querschwingungen an.
  5. Dynamische Kräfte aus Höhenwindgradient: jeder Blatt erfährt mit einem Umlauf (1p) eine Schwankung der Windgeschw. -> 1p Schwankungen der Luftkräfte + 1p Wechselbiegung an der Rotorwelle. 3 Blätter: Turm+Gondel gleichen sich Schwankungen der drei Blätter aus -> konstantes Nickmoment; 2Blätter: Schwankungen der 2 Blätter gleichen sich nicht aus -> dyn. Anregung für Gondel in Nick- und Gierrichtung
  6. Turmvorstau: Strömungsabriss hinter dem Turm -> Karmansche Wirbelstraße -> evtl. Resonanzprobleme bei der Errichtung; Wenn das Blatt den Turm passiert brechen aerodynamische Kräfte kurz ein -> Blatt erfährt 1p, Turm und Gondel 3p Kräfte
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Wie wird der Brutto-Energieertrag ermittelt?

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Die relativen Häufigkeiten werden in bins nach Windgeschwindigkeiten eingeteilt. Mit der Leistungskurve lässt sich für jedes bin ein Klassenertrag berechnen. Die Summe der Klassenerträge ergeben den Brutto-Energieertrag.

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Was sind die Anforderungen an die strukurelle Integrität der WEA bzgl. Lasten?

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  1. Die WEA und ihre Komponenten müssen den Extremlasten standhalten.
  2. Die WEA und ihre Komponenten müssen den Betriebsfestigkeits-/ Ermüdungslasten standhalten.
  3. Die Gebrauchstauglichkeit muss gegeben sein, z.B: unzulässige Verformungen sind zu vermeiden.
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Q:

Welche zwei grundsätzlichen Prinzipien gibt es von Windenergieanlagen?

A:
  1. Auftriebsläufer
  2. Widerstandsläufer
Q:

Welche Meeresenergiequellen gibt es?

A:
  1. Wellenenergie
  2. Meeresströmungen
  3. Tidenhub
  4. Gradient von Salzkonzentration (Osmotischer Druck)
  5. Maritime Geothermie (unterschiedliche Temperaturschichten, bisher wenig erforscht)
  6. Maritime Biomasse
Q:

Welches sind die vielversprechendsten Meeresenergietechnologien?

A:
  1. Salzgradienten: 2000 TWh/a
  2. Wellenenergie: 1700 TWh/a
  3. Meeresströmungen: 800 TWh/a
  4. Tidenhub: 400 TWh/a
Q:

Worin besteht eine der generellen Herausforderungen von Meeresenergieanlagen?

A:

Die am besten geeigneten Standorte, die eine hohe Flexibilität und Energiedichte bieten, sind auch die, die besonders ungünstig in Bezug auf Installation und Wartung sind. Sie befinden sich Off- oder mindestens Near-Shore. Außerdem muss die Abführung der Energie sichergestellt werden, was mit einem erhöhten Investitionvolumen (Kabel) verbunden ist. Darüber hinaus ist kann die Anlagensicherheit durch Wetterereignisse gefährdet sein.

Q:

Erläutern Sie den Wave Dragon!

A:

Der Wave Dragon ist ein schwimmendes Wellenspeicherkraftwerk.

  • passt sich dem Tidenstand an
  • Kronenhöe kann Wellenhöhe angepasst werden
  • kein Grundstücksbedarf
  • Anlage ganzer Parks möglich
  • passt sich Wellenrichtung an
  • doppel gekrümmte Rampenform und Reflektorarme -> hoher Fanggrad
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Q:

Was sind die Auslegungsanfroderunge der Turbinen des Wave Dragons?

A:
  • estrem kleine Fallhöhen (0,5 -3m) -> Axialturbine hohe Schluckfähigkeit
  • weiterer Fallhöhenbereich -> drehzahlvariabler Generator
  • feindliche Umgebung, Wartung schwierig -> sehr einfache Turbine
  • Ein-/Ausschalten der Turbine -> Siphon/Zylinderschütze
Q:

Was sind gyroskopische Kräfte?

A:

Gyrospoische Kröfte treten bei einer WEA bei der Windrichtungsnachführung auf. Diese findet üblicherweise im Anlagenbetrieb statt also bei rotierenden Rotor. Die mehrfache Drehung um mehrere Achsen verursacht Kreiselkräfte senkrecht zur Rotorkreisfläche, die sich in einem Blattwurzelbiegemoment äußern.

Q:

Was sind Flatbackprofile?

A:

Flatbackprofile haben eine abgeschnittene Hinterkante, um Produktion und Logistik zu vereinfachen. Es ist mit gerinen Leistungseinbußen zu rechnen, das Flatbackprofil nur im Wurzelbereich und unter Verwendung geeigneter Profile eingesetzt wird.

Q:

Nennen sie Möglichkeiten der aerodynamischen Bremsen. Was sind die Nachteile?

A:
  1. Aerodynamische Bremsklappen im Rotorblatt
  2. Verstellbare Rotorblattspitzen

Nachteil: hoher konstruktiver Aufwand und Strukturschwächung -> konnte sich bisher bei marktgängigen Anlagen nicht durchsetzen.

Q:

Welche Kräfte können an einer WEA auftreten?

A:
  1. Schwerkraft an Gondel und Turm -> statisch
  2. Kräfte aus Blattgewicht: (umlauffrequent 1p)
    • Schwenkmoment an Blattwurzel aus Eigengewicht
    • Schlagmoment an Blattwurzel aus Eigengewicht bei Achsneigung
  3. Fliekräfte: erzeugen stationäre Zugbeanspruchungen, auch wenn ein einzelnes Blatt schwerer ist
  4. Massenunwucht: Überwasse (eines schwereren Rotors z.B.)erzeugt eine umaufende Erregungskraft -> Horizontalkomponente regt Gondel zu Querschwingungen an.
  5. Dynamische Kräfte aus Höhenwindgradient: jeder Blatt erfährt mit einem Umlauf (1p) eine Schwankung der Windgeschw. -> 1p Schwankungen der Luftkräfte + 1p Wechselbiegung an der Rotorwelle. 3 Blätter: Turm+Gondel gleichen sich Schwankungen der drei Blätter aus -> konstantes Nickmoment; 2Blätter: Schwankungen der 2 Blätter gleichen sich nicht aus -> dyn. Anregung für Gondel in Nick- und Gierrichtung
  6. Turmvorstau: Strömungsabriss hinter dem Turm -> Karmansche Wirbelstraße -> evtl. Resonanzprobleme bei der Errichtung; Wenn das Blatt den Turm passiert brechen aerodynamische Kräfte kurz ein -> Blatt erfährt 1p, Turm und Gondel 3p Kräfte
Q:

Wie wird der Brutto-Energieertrag ermittelt?

A:

Die relativen Häufigkeiten werden in bins nach Windgeschwindigkeiten eingeteilt. Mit der Leistungskurve lässt sich für jedes bin ein Klassenertrag berechnen. Die Summe der Klassenerträge ergeben den Brutto-Energieertrag.

Q:

Was sind die Anforderungen an die strukurelle Integrität der WEA bzgl. Lasten?

A:
  1. Die WEA und ihre Komponenten müssen den Extremlasten standhalten.
  2. Die WEA und ihre Komponenten müssen den Betriebsfestigkeits-/ Ermüdungslasten standhalten.
  3. Die Gebrauchstauglichkeit muss gegeben sein, z.B: unzulässige Verformungen sind zu vermeiden.
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