Windenergie an der Hochschule Hannover | Karteikarten & Zusammenfassungen

Lernmaterialien für Windenergie an der Hochschule Hannover

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TESTE DEIN WISSEN

bekannte Hersteller von WKA (international)

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TESTE DEIN WISSEN
  • Vestas
    • fünftes Jahr in Folge Platz 1
  • Siemens Gamesa
    • im Ranking etwas abgerutscht
  • Goldwind
    • konstant Platz 3 
  • GE Renewable Energy
    • Rekord an Neuinstallationen für amerikanische Hersteller
  • Envision
    • holt als chinesischer Hersteller auf
  • Ming Yang
  • Windey
  • Nordey
  • Shanghai Electric
  • CSIC
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Pitch-Regelung

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Ziel: 

Leistungsabgabe soll nach Erreichen der Nennleistung konstant bleiben; auch wenn der Wind weiter zunimmt. 

  • aufwendige Regelung
  • besonders bei Anlagen mit P_N > 300 kW 
  • hydraulisch oder elektromotorisch betriebene Blattverstell-Technik
  • Extremfall Abschalten
    • Blätter werden in Fahnenstellung gedreht
    • keine Drehung der Nabe mehr möglich
    • praktisch abgeschaltet
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Arbeitsweise von WKAs

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  • Widerstandsprinzip
  • Auftriebsprinzip
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Nutzungsdauer/Lebensdauer einer WKA

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  • Onshore: ca. 20 Jahre
  • Offshore: ca. 25 Jahre
    • länger da gleichmäßigere Windkonditionen
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Leistungsbeiwert c_p

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gibt an welcher Anteil der Windleistung in nutzbare Energie überführt werden kann


  • Obergrenze bei c_(p,max) = 16/27 = 59,3%  ≈ 60%
    • Grenzwert von Betz
    • mehr Leistung kann dem Wind für den idealen Windenergiekonverter nicht entnommen werden
    • unabhängig von der Bauart
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Auftriebsprinzip/Auftriebsläufer

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  • Luft umströmt ein Flügelprofil und wird abgelenkt
  • Flügel um Anströmwinkel geneigt
  • Anströmgeschwindigkeit ist immer Relativgeschw. zwischen Luft und Flügel
  • Ablenkung bewirkt: 
    • Geschw.-Zunahme an Oberseite 
    • Abnahme an Unterseite
  • nach Bernoulli: 
    • je höher v, desto geringer Druck
    • -> höherer Druck unter dem Flügel als oberhalb
    • -> Auftrieb 


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Zertifizierung

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  • WKAs müssen auf verschiedenste Witterungsverhältnisse getestet werden
    • starke Temp., Sandstürme, Turbulenzen, starke Winde
  • Zertifizierung nach IEC 61400.22 "wind turbines"
  • wichtige Tests
    • Leistung und Jahresstromertrag
    • Spitzenbelastung
    • Dauerbelastung
    • Sicherheit
    • Schall
    • Leistungskurve des Windgenerators ermitteln
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Leistungsregelung/-begrenzung

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TESTE DEIN WISSEN
  • generelles Ziel: bestmögliche Ausnutzung der vorhandenen Windenergie bei normalen Winden
  • Rotordrehzahl systembedingt begrenzt
  • um mechanisches System zu schonen, wird der Wirkungsgrad geregelt
    • Verstellung des Rotorblatt-Einstellwinkels (Pitch-Regelung)
    • Abriss der Strömung am Rotorblatt (Stall-Regelung)
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Getriebe und Generator

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TESTE DEIN WISSEN
  • Generator, Getriebe und Rotorlager in Gondel
  • Generator benötigt hohe Drehzahlen -> Getriebe nötig
  • übersetzt die langsame Rotordrehzahl in schnelle Generatordrehzahl
  • aber:
    • höhere Kosten
    • Reibungsverluste
    • mehr Lärm
    • mehr Wartungsaufwand


  • ohne Getriebe:
    • Generator hat sehr hohe Polpaarzahl
    • Abmessungen und Masse größer
    • Gondel größer
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Vergleich Schnellläufer / Vielflügler 

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TESTE DEIN WISSEN

Schnellläufer:

  • zwei oder drei Flügel
  • hohe Drehzahl 
  • weniger Drehmoment
  • maximale Rotorleistung bei größeren Schnelllaufzahlen


Vielflügler:

  • hohe Flügelanzahl -> mehr Angriffsfläche
    • Drehmoment steigt
  • mehr Windschatten untereinander
    • geringere Drehzahl
  • maximale Rotorleistung bei kleinen Schnelllaufzeiten
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Rotorblätter

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TESTE DEIN WISSEN
  • wichtigste Komponente
  • stehen bei technologischer Weiterentwicklung im Mittelpunkt
  • zentraler Punkt beim Thema Lärm
    • Ziel ist Reduzierung des Geräuschpegels
  • bestehen meist aus Glasfaser, Holz und Carbonfaser 
  • aber auch aus Stoff, Stahl, Alu, Glasfaser
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Windenergienutzung in DE

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knapp 8% der Landfläche Deutschlands geeignet (ausgenommen Wälder und Schutzgebiete) 

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  • 26 Lernmaterialien

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Q:

bekannte Hersteller von WKA (international)

A:
  • Vestas
    • fünftes Jahr in Folge Platz 1
  • Siemens Gamesa
    • im Ranking etwas abgerutscht
  • Goldwind
    • konstant Platz 3 
  • GE Renewable Energy
    • Rekord an Neuinstallationen für amerikanische Hersteller
  • Envision
    • holt als chinesischer Hersteller auf
  • Ming Yang
  • Windey
  • Nordey
  • Shanghai Electric
  • CSIC
Q:

Pitch-Regelung

A:

Ziel: 

Leistungsabgabe soll nach Erreichen der Nennleistung konstant bleiben; auch wenn der Wind weiter zunimmt. 

  • aufwendige Regelung
  • besonders bei Anlagen mit P_N > 300 kW 
  • hydraulisch oder elektromotorisch betriebene Blattverstell-Technik
  • Extremfall Abschalten
    • Blätter werden in Fahnenstellung gedreht
    • keine Drehung der Nabe mehr möglich
    • praktisch abgeschaltet
Q:

Arbeitsweise von WKAs

A:
  • Widerstandsprinzip
  • Auftriebsprinzip
Q:

Nutzungsdauer/Lebensdauer einer WKA

A:
  • Onshore: ca. 20 Jahre
  • Offshore: ca. 25 Jahre
    • länger da gleichmäßigere Windkonditionen
Q:

Leistungsbeiwert c_p

A:

gibt an welcher Anteil der Windleistung in nutzbare Energie überführt werden kann


  • Obergrenze bei c_(p,max) = 16/27 = 59,3%  ≈ 60%
    • Grenzwert von Betz
    • mehr Leistung kann dem Wind für den idealen Windenergiekonverter nicht entnommen werden
    • unabhängig von der Bauart
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Q:

Auftriebsprinzip/Auftriebsläufer

A:
  • Luft umströmt ein Flügelprofil und wird abgelenkt
  • Flügel um Anströmwinkel geneigt
  • Anströmgeschwindigkeit ist immer Relativgeschw. zwischen Luft und Flügel
  • Ablenkung bewirkt: 
    • Geschw.-Zunahme an Oberseite 
    • Abnahme an Unterseite
  • nach Bernoulli: 
    • je höher v, desto geringer Druck
    • -> höherer Druck unter dem Flügel als oberhalb
    • -> Auftrieb 


Q:

Zertifizierung

A:
  • WKAs müssen auf verschiedenste Witterungsverhältnisse getestet werden
    • starke Temp., Sandstürme, Turbulenzen, starke Winde
  • Zertifizierung nach IEC 61400.22 "wind turbines"
  • wichtige Tests
    • Leistung und Jahresstromertrag
    • Spitzenbelastung
    • Dauerbelastung
    • Sicherheit
    • Schall
    • Leistungskurve des Windgenerators ermitteln
Q:

Leistungsregelung/-begrenzung

A:
  • generelles Ziel: bestmögliche Ausnutzung der vorhandenen Windenergie bei normalen Winden
  • Rotordrehzahl systembedingt begrenzt
  • um mechanisches System zu schonen, wird der Wirkungsgrad geregelt
    • Verstellung des Rotorblatt-Einstellwinkels (Pitch-Regelung)
    • Abriss der Strömung am Rotorblatt (Stall-Regelung)
Q:

Getriebe und Generator

A:
  • Generator, Getriebe und Rotorlager in Gondel
  • Generator benötigt hohe Drehzahlen -> Getriebe nötig
  • übersetzt die langsame Rotordrehzahl in schnelle Generatordrehzahl
  • aber:
    • höhere Kosten
    • Reibungsverluste
    • mehr Lärm
    • mehr Wartungsaufwand


  • ohne Getriebe:
    • Generator hat sehr hohe Polpaarzahl
    • Abmessungen und Masse größer
    • Gondel größer
Q:

Vergleich Schnellläufer / Vielflügler 

A:

Schnellläufer:

  • zwei oder drei Flügel
  • hohe Drehzahl 
  • weniger Drehmoment
  • maximale Rotorleistung bei größeren Schnelllaufzahlen


Vielflügler:

  • hohe Flügelanzahl -> mehr Angriffsfläche
    • Drehmoment steigt
  • mehr Windschatten untereinander
    • geringere Drehzahl
  • maximale Rotorleistung bei kleinen Schnelllaufzeiten
Q:

Rotorblätter

A:
  • wichtigste Komponente
  • stehen bei technologischer Weiterentwicklung im Mittelpunkt
  • zentraler Punkt beim Thema Lärm
    • Ziel ist Reduzierung des Geräuschpegels
  • bestehen meist aus Glasfaser, Holz und Carbonfaser 
  • aber auch aus Stoff, Stahl, Alu, Glasfaser
Q:

Windenergienutzung in DE

A:

knapp 8% der Landfläche Deutschlands geeignet (ausgenommen Wälder und Schutzgebiete) 

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Windenergie 1

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