| Target1 | Search text | Regex2 | Smart search3 |
|---|---|---|---|
| Global search | |||
| Context | |||
| Left | |||
| Right | |||
| Source |
| Context | Left | Key | Right | Source | |
|---|---|---|---|---|---|
| it vertikaler Achse, das durch die vom Wind auf die Rotorblätter ausgeübte Widerstandskraft angetrieben wurde. Diese als Widerstandsläufer bezeichnete Bauform erreichen nur einen geringen Wirkungsgrad von maximal etwa einem Viertel der im Folgenden beschriebenen Auftriebsläufer [2]. Heute werden sie deshalb nur noch in Form der verbreiteten Schalenstern-Anemometer zur Windmessung einge | Widerstandsläufer bezeichnete Bauform erreichen nur einen geringen | Wirkungsgrad | von maximal etwa einem Viertel der im Folgenden beschriebenen Auftr | Universität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010 | |
| urch Abregeln mit Blattwinkelverstellung (engl. pitch); rechts: Leistungskurve. Joukowski verallgemeinerten zeitlich parallel diese Erkenntnisse und leiteten den maximalen aerodynamischen Wirkungsgrad von 59 Prozent ab. Alle Windenergieanlagen erfordern ein Verfahren zur Begrenzung der aufgenommenen Leistung und der Belastungen, da die im Wind enthaltene Leistung mit der dritten Potenz | allel diese Erkenntnisse und leiteten den maximalen aerodynamischen | Wirkungsgrad | von 59 Prozent ab. Alle Windenergieanlagen erfordern ein Verfahren | Universität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010 | |
| Generator günstige Drehzahl. Das Getriebe wird kontinuierlich mit gekühltem Öl versorgt. Das Öl übernimmt nicht nur die Schmierung, sondern auch die zusätzliche Kühlung des Bauteils. Der Wirkungsgrad eines WKA-Getriebes liegt bei circa 98 Prozent. Bei getriebelosen Anlagen sitzt der Rotor des Generators direkt auf der Rotorwelle. Die meisten Hersteller setzen Anlagen mit Getriebe ein. | Schmierung, sondern auch die zusätzliche Kühlung des Bauteils. Der | Wirkungsgrad | eines WKA-Getriebes liegt bei circa 98 Prozent. Bei getriebelosen A | Landratsamt Schweinfurt | |
| tur. Bei allen Anlagen handelt es sich um Dreiflügler mit horizontaler Achse, gebaut als Luvläufer mit Windfahne. Betrachtet wurde der Leistungsbeiwert cp der Anlagen, der ein Maß für den Wirkungsgrad bei der Wandlung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische Energie darstellt. Die Beiwerte wurden normiert und einheitlich auf Meeresspiegelhöhe, Normalluftdruck und 10°C Lufttemper | htet wurde der Leistungsbeiwert cp der Anlagen, der ein Maß für den | Wirkungsgrad | bei der Wandlung von Windenergie in mechanische bzw. elektrische En | DEWI Magazin Nr. 28, 02/2006 | |
| tnis zwischen der von der WEA gelieferten Leistung und der Leistung, die theoretisch zu Verfügung steht wenn der Wind mit einer bestimmten Geschwindigkeit die Rotorfläche durchströmt. Der Wirkungsgrad einer Windenergieanlage ist daher ein wichtiges Kriterium bei der Beurteilung von Maßnahmen zur Ertragssteigerung. In Abbildung 13 ist der Rotorleistungsbeiwert CP des modifizierten Rotor | t einer bestimmten Geschwindigkeit die Rotorfläche durchströmt. Der | Wirkungsgrad | einer Windenergieanlage ist daher ein wichtiges Kriterium bei der B | Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH | |
| ndgeschwindigkeit daher nie auf Null verringert. Das bedeutet, dass dem Wind nie seine vollständige kinetische Energie entnommen werden kann. Nach Berechnungen von Betz liegt der optimale Wirkungsgrad (Formelzeichen η, sprich »eta«) von Windkraftmaschinen bei 16 27 = 0,593.² Dieser (theoretische) Wert wird erreicht, wenn der Wind auf 1/3 seiner ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst | ntnommen werden kann. Nach Berechnungen von Betz liegt der optimale | Wirkungsgrad | (Formelzeichen η, sprich »eta«) von Windkraftmaschinen bei 16 27 = | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| f 1/3 seiner ursprünglichen Geschwindigkeit abgebremst wird. Praktisch treten noch weitere Verluste auf (z. B. durch Reibung und bei der Energieumformung), d. h. der tatsächliche optimale Wirkungsgrad von modernen Anlagen liegt inzwi15 schen etwas über η = 0,5 (50 %). Bei Windkraftanlagen wird üblicherweise nicht vom Wirkungsgrad, sondern vom Leistungsbeiwert cP gesprochen. Dieser Begr | bung und bei der Energieumformung), d. h. der tatsächliche optimale | Wirkungsgrad | von modernen Anlagen liegt inzwi15 schen etwas über η = 0,5 (50 %). | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| i der Energieumformung), d. h. der tatsächliche optimale Wirkungsgrad von modernen Anlagen liegt inzwi15 schen etwas über η = 0,5 (50 %). Bei Windkraftanlagen wird üblicherweise nicht vom Wirkungsgrad , sondern vom Leistungsbeiwert cP gesprochen. Dieser Begriff wurde gewählt, da es bei Windkraftanlagen wie auch in ihrer ›Mutterwissenschaft‹, der Luft- fahrttechnik, noch andere Beiwerte | r η = 0,5 (50 %). Bei Windkraftanlagen wird üblicherweise nicht vom | Wirkungsgrad | , sondern vom Leistungsbeiwert cP gesprochen. Dieser Begriff wurde g | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| hlt, da es bei Windkraftanlagen wie auch in ihrer ›Mutterwissenschaft‹, der Luft- fahrttechnik, noch andere Beiwerte wie den Widerstandsbeiwert cW und 20 den Auftriebsbeiwert cA gibt. Der Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad η ist das Verhältnis aus genutzter (von einer Maschine abgegebener) und zugeführter (in die Maschine eingebrachte) Energie oder Leistung. Bei Windrädern wird diese Kenngr | den Widerstandsbeiwert cW und 20 den Auftriebsbeiwert cA gibt. Der | Wirkungsgrad | Der Wirkungsgrad η ist das Verhältnis aus genutzter (von einer Masc | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| ndkraftanlagen wie auch in ihrer ›Mutterwissenschaft‹, der Luft- fahrttechnik, noch andere Beiwerte wie den Widerstandsbeiwert cW und 20 den Auftriebsbeiwert cA gibt. Der Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad η ist das Verhältnis aus genutzter (von einer Maschine abgegebener) und zugeführter (in die Maschine eingebrachte) Energie oder Leistung. Bei Windrädern wird diese Kenngröße Leistungsbeiw | eiwert cW und 20 den Auftriebsbeiwert cA gibt. Der Wirkungsgrad Der | Wirkungsgrad | η ist das Verhältnis aus genutzter (von einer Maschine abgegebener) | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| ndigerweise aus. Die energieaufnehmenden Flügel drehen sich vom Wind weg. Dadurch wird die Windgeschwindigkeit relativ zum angeströmten Flügel vermindert. Es ergibt sich ein theoretischer Wirkungsgrad von nur noch cP = 0,16 oder 16 %. Eine einfache, vom Prinzip aber effektive Ausführung eines Widerstandsläufers ist das seit 700 n. Chr. bekannte Persische Windrad, bei dem an einer verti | um angeströmten Flügel vermindert. Es ergibt sich ein theoretischer | Wirkungsgrad | von nur noch cP = 0,16 oder 16 %. Eine einfache, vom Prinzip aber e | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| nz von Windgeschwindigkeit v und Umfangsgeschwindigkeit u des Flügels, denn dieser läuft sprichwörtlich ›vor dem Wind weg‹: c = v − u Wie schon erwähnt, wird bei der Windenergie statt dem Wirkungsgrad der Begriff Leistungsbeiwert cP verwendet. Abbildung 1.4 gibt den Leistungsbeiwert eines Persischen Windrades in Abhängigkeit von der Schnelllaufzahl λ (Lambda) wieder. λ ist als der Quot | g‹: c = v − u Wie schon erwähnt, wird bei der Windenergie statt dem | Wirkungsgrad | der Begriff Leistungsbeiwert cP verwendet. Abbildung 1.4 gibt den L | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| Ergebnissen der ersten Messung an. Folgende Spalten werden benötigt: – Windgeschwindigkeit (konstant) – Moment – Frequenz (Drehzahl) – Leistung (mit P = M · f · 2π) – Leistungsbeiwert cP ( Wirkungsgrad η) 2. Tragen Sie den Leistungsbeiwert über der Drehzahl auf. 3. Unterhalb welcher Drehzahl wird der Rotor vollständig abgebremst? Können Sie erklären, warum keine kleineren Drehzahlen auf | z (Drehzahl) – Leistung (mit P = M · f · 2π) – Leistungsbeiwert cP ( | Wirkungsgrad | η) 2. Tragen Sie den Leistungsbeiwert über der Drehzahl auf. 3. Unt | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| v in m/s – Windleistung PWind in W – Drehzahl f in 1/s – Elektrische Stomstärke I in A – Elektrische Spannung U in V – Elektrische Leistung Pel in W (Pel = U · I) – Leistungsbeiwert cPel ( Wirkungsgrad ) mit 2. Tragen Sie (für die gewählten Windgeschwindigkeiten einzeln) den Leistungsbeiwert über der Drehzahl auf. 3. Wählen Sie für die hohe Windgeschwindigkeit einen möglichst optimalen B | lektrische Leistung Pel in W (Pel = U · I) – Leistungsbeiwert cPel ( | Wirkungsgrad | ) mit 2. Tragen Sie (für die gewählten Windgeschwindigkeiten einzeln | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| unden auf. 4.6 Repowering In den letzten Jahren gewann das so genannte ›Repowering‹ an Wichtigkeit. Es bezeichnet den Ersatz alter Windenergieanlagen durch neue Anlagen mit einem höheren Wirkungsgrad und einer höheren Nennleistung. Der Anlagenbetreiber erhält hierfür einen durch das EEG festgelegten Bonus. Gerade an windstarken Standorten, an denen noch Anlagen aus der ersten Generati | rsatz alter Windenergieanlagen durch neue Anlagen mit einem höheren | Wirkungsgrad | und einer höheren Nennleistung. Der Anlagenbetreiber erhält hierfür | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| chse. 7. Finden Sie den Zustand (Moment und Drehzahl) heraus, an dem die vom Rotor abgegebene Leistung maximal ist, und berechnen Sie für diesen Punkt den Leistungsbeiwert cP (sprich: den Wirkungsgrad η) des Rotors nach der Formel: Kapitel C Arbeitsblätter – Elektrischer Strom aus Windenergie C.1 Einführung Die Umwandlung in elektrischen Strom ist heute die häufigste Nutzung der Winden | berechnen Sie für diesen Punkt den Leistungsbeiwert cP (sprich: den | Wirkungsgrad | η) des Rotors nach der Formel: Kapitel C Arbeitsblätter – Elektrisc | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| ne Fettschmierung. Generator Der Generator ist eine vollständig gekapselte Synchronmaschine mit Permanent-Magneterregung. Der Generatorläufer und die Statorwicklung wurden für einen hohen Wirkungsgrad im Teillastbereich ausgelegt. Der Generator befindet sich zwischen dem Turm und der Nabe und ermöglicht somit eine platzsparende Auslegung der Einbauten in der Gondel. Mechanische Bremse | . Der Generatorläufer und die Statorwicklung wurden für einen hohen | Wirkungsgrad | im Teillastbereich ausgelegt. Der Generator befindet sich zwischen | Siemens AG | |
| izsektor eine Rolle. Thermische Speicher können auch durch überschüssigen Strom aus Erneuerbaren Energien erhitzt werden (Power to Heat). Die meisten Stromspeicher erreichen bereits einen Wirkungsgrad von 65-95 Prozent. Einzig der Wirkungsgrad des chemischen Speichers Wasserstoff befindet sich noch im unteren Bereich von 20-40 Prozent. Wegen seiner sehr hohen Speicherkapazität ist er j | (Power to Heat). Die meisten Stromspeicher erreichen bereits einen | Wirkungsgrad | von 65-95 Prozent. Einzig der Wirkungsgrad des chemischen Speichers | Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| nnen auch durch überschüssigen Strom aus Erneuerbaren Energien erhitzt werden (Power to Heat). Die meisten Stromspeicher erreichen bereits einen Wirkungsgrad von 65-95 Prozent. Einzig der Wirkungsgrad des chemischen Speichers Wasserstoff befindet sich noch im unteren Bereich von 20-40 Prozent. Wegen seiner sehr hohen Speicherkapazität ist er jedoch ebenfalls ein interessantes Medium. | erreichen bereits einen Wirkungsgrad von 65-95 Prozent. Einzig der | Wirkungsgrad | des chemischen Speichers Wasserstoff befindet sich noch im unteren | Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| ng der Windenergie in elektrische Energie statt. Rein physikalisch kann dem Wind nicht mehr als 59 Prozent der Leistung entnommen werden. Ziel der Entwicklungsingenieure ist ein optimaler Wirkungsgrad . Gegenwärtig liegt dieser bei knapp unter 50 Prozent. Bei Windenergieanlagen steht jedoch nicht die maximale Leistung, sondern der höchste Energieertrag im Fokus. Hierfür muss sich die An | entnommen werden. Ziel der Entwicklungsingenieure ist ein optimaler | Wirkungsgrad | . Gegenwärtig liegt dieser bei knapp unter 50 Prozent. Bei Windenerg | Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| Leistung steckt im Wind? Eine Windenergieanlage kann maximal 59 Prozent der im Wind enthaltenen kinetischen Energie in mechanische Energie umwandeln. Moderne Anlagen erreichen heute einen Wirkungsgrad von 45 bis knapp 50 Prozent. Für die Leistung, die dem Wind entzogen werden kann, ist maßgeblich die von den Rotorblättern überstrichene Fläche bzw. spezielle Bauart der Rotorblätter sowi | echanische Energie umwandeln. Moderne Anlagen erreichen heute einen | Wirkungsgrad | von 45 bis knapp 50 Prozent. Für die Leistung, die dem Wind entzoge | Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| d über einen Spannsatz sicher mit dem Getriebe verbunden. Das Getriebe ist dreistufig mit einer Planeten- und zwei Stirnradstufen ausgeführt. Die Verzahnung des Getriebes ist hinsichtlich Wirkungsgrad und Geräuschemission optimiert. In die Drehmomentenstütze des Getriebes sind elastische Buchsen integriert, die sich über Auflager am Maschinenträger abstützen. Durch die elastische Lager | radstufen ausgeführt. Die Verzahnung des Getriebes ist hinsichtlich | Wirkungsgrad | und Geräuschemission optimiert. In die Drehmomentenstütze des Getri | Nordex Energy GmbH | |
| des Umrichters zu schicken, und schafft damit äußerst effiziente Bedingungen für diese vorteilhafte Betriebsweise. Die Schwachwindeigenschaften (niedrige Anlaufwindgeschwindigkeit, hoher Wirkungsgrad ), die Geräuschemission insbesondere bei niedrigen Windgeschwindigkeiten und die Netzeigenschaften werden deutlich verbessert. Der drehzahlvariable Generator erlaubt eine nennenswerte Glät | Schwachwindeigenschaften (niedrige Anlaufwindgeschwindigkeit, hoher | Wirkungsgrad | ), die Geräuschemission insbesondere bei niedrigen Windgeschwindigke | Nordex Energy GmbH | |
| Oberfläche wirkungsvoll vor jeglichen Witterungseinflüssen zu schützen. Ein Lackierroboter bearbeitet Bauteile bis 35 m Länge in einem Arbeitsgang. Vorteile ENERCON Rotorblätter: höherer Wirkungsgrad und geringe Schallemission durch effizientere Blattgeometrie inkl. Tips; längere Lebensdauer durch Reduzierung der Lasten und vereinfachter Transport durch schlanke Blattgeometrie sowie g | Länge in einem Arbeitsgang. Vorteile ENERCON Rotorblätter: höherer | Wirkungsgrad | und geringe Schallemission durch effizientere Blattgeometrie inkl. | ENERCON GmbH | |
| d Überhitzung geschützt. Vorteile ENERCON Steuerungstechnik: adaptive Windnachführung der Gondel durch permanente Auswertung der Messdaten des Windsensors; variable Drehzahl für optimalen Wirkungsgrad der Windenergieanlage bei jeder Windstärke und ausregelung unerwüschter Leistungsspitzen sowie hoher Betriebslasten; maximale Erträge sowie Lastreduzierungen durch aktives Blattverstellsy | tung der Messdaten des Windsensors; variable Drehzahl für optimalen | Wirkungsgrad | der Windenergieanlage bei jeder Windstärke und ausregelung unerwüsc | ENERCON GmbH | |
| er Grund, warum Direktantriebe >3 MW kaum noch wirtschaftlich zu betreiben sind. Denn je größer ein Direktantrieb wird, desto mehr Kupfer muss eingebaut werden und desto geringer wird der Wirkungsgrad . Allerdings wurde auch geäußert, dass sich noch kein eindeutiger Trend abzeichnet, welche Antriebstechnologie sich dauerhaft durchsetzen wird. Welche Bedeutung hat die Zusammenarbeit in | desto mehr Kupfer muss eingebaut werden und desto geringer wird der | Wirkungsgrad | . Allerdings wurde auch geäußert, dass sich noch kein eindeutiger Tr | Forschungszentrum Jülich GmbH | |
| Belastungseinheit und Gondel (MTS NTL Brochure, 2013) Durch die hydrostatischen Lagerungen und paarweise vorgespannte Zylinder wird sichergestellt, dass die vorgesehenen Lasten mit hohem Wirkungsgrad , einer hohen dynamischen Steifigkeit und ohne Nebenkraftrichtungen eingeleitet werden. Reibungseffekte wie der Stick-Slip-Effekt zwischen der Krafteinleitung und den Bauteilen der Hauptan | ylinder wird sichergestellt, dass die vorgesehenen Lasten mit hohem | Wirkungsgrad | , einer hohen dynamischen Steifigkeit und ohne Nebenkraftrichtungen | Forschungszentrum Jülich GmbH | |
| Unter Windenergie als erneuerbarer Energie ist die Leistungsabgabe PWEA = cp(λ) PWind zu verstehen, die Windenergieanlagen aus der Luftströmung meist in elektrische Leistung wandeln. Der Wirkungsgrad cp(λ) hängt von der Schnelllaufzahl λ = Rω/u ab, dem Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Rotorspitze Rω und der Windgeschwindigkeit. Dabei ist ω die Kreisfrequenz des Rotors. Eine | gen aus der Luftströmung meist in elektrische Leistung wandeln. Der | Wirkungsgrad | cp(λ) hängt von der Schnelllaufzahl λ = Rω/u ab, dem Verhältnis zwi | Physik Journal Nr. 07/2014 | |
| sich ganz allgemein zeigen, dass die Energieausbeute maximal ist, wenn der Wind auf ein Drittel seiner Anfangsgeschwindigkeit abgebremst wird. Daraus ergibt sich der maximale theoretische Wirkungsgrad von 59 Prozent, das Betzsche Limit. Moderne Anlagen erreichen bis zu cP = 50 %. Der sich drehende Rotor bildet ein Hindernis, das den Wind abbremst und damit die Leistungsentnahme bestimm | gkeit abgebremst wird. Daraus ergibt sich der maximale theoretische | Wirkungsgrad | von 59 Prozent, das Betzsche Limit. Moderne Anlagen erreichen bis z | Physik Journal Nr. 07/2014 | |
| estimmt. Anlagen mit einer größeren Anzahl von Blättern drehen sich daher entsprechend langsamer. Die heute fast ausschließlich eingesetzten dreiblättrigen Rotoren erreichen den maximalen Wirkungsgrad bei einer Schnelllaufzahl λ ≈ 7. Die Spitzen der Rotorblätter bewegen sich also mit der siebenfachen Windgeschwindigkeit. Windenergieanlagen mit kleinerem Durchmesser müssen sich bei glei | ießlich eingesetzten dreiblättrigen Rotoren erreichen den maximalen | Wirkungsgrad | bei einer Schnelllaufzahl λ ≈ 7. Die Spitzen der Rotorblätter beweg | Physik Journal Nr. 07/2014 | |
| ttern neu errichtet, die eine Fläche von fast 5000 m2 überstreichen. Das ergibt eine Nennleistung von 2 bis 2,5 MW (Leistungsklasse) bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 12 m/s und einem Wirkungsgrad von 40 bis 50 Prozent. Diese Werte gelten für einen guten Windstandort, eine Auslegung auf andere Nennwindgeschwindigkeiten ist ebenfalls möglich. An Offshore-Standorten sind heute Anlage | tungsklasse) bei einer Windgeschwindigkeit von ca. 12 m/s und einem | Wirkungsgrad | von 40 bis 50 Prozent. Diese Werte gelten für einen guten Windstand | Physik Journal Nr. 07/2014 | |
| anlage der -MW-Klasse sind die Rotorblätter 0 Meter lang. Zum Vergleich zeigt die Fotomontage einen Airbus 380, dessen Spannweite 80 Meter beträgt. KOMPAKT ■ Der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Windenergieanlage ist durch das Betzsche Limit von 9 Prozent gegeben. ■ In realen Windströmungen treten große Geschwindigkeitssprünge sehr viel häufiger auf als bei der Standardbes | en Spannweite 80 Meter beträgt. KOMPAKT ■ Der maximale theoretische | Wirkungsgrad | einer Windenergieanlage ist durch das Betzsche Limit von 9 Prozent | Physik Journal Nr. 07/2014 | |
| s auf dem Spotmarkt von ca. 80 Euro pro Barrel (160 l) und dem Energiegehalt von Öl von 10 kWh/l betragen die Energiekosten ca. 5 ct/kWh. Für die Stromerzeugung aus Öl entstehen bei einem Wirkungsgrad von 30 bis 50 Prozent Ressourcenkosten von 10 bis 15 ct/kWh. Bei diesen Ressourcenkosten könnte man Windenergieanlagen rentabel betreiben, nur um den Ölverbrauch in Kraftwerken einzuspare | ten ca. 5 ct/kWh. Für die Stromerzeugung aus Öl entstehen bei einem | Wirkungsgrad | von 30 bis 50 Prozent Ressourcenkosten von 10 bis 15 ct/kWh. Bei di | Physik Journal Nr. 07/2014 | |
| ntersuchung der Regelparameter einzelner WEA und der Vergleich mit Ertragswerten wurden durchgeführt. Die Blattwinkel- und Drehzahlcharakteristik haben einen gravierenden Einfluss auf den Wirkungsgrad einer WEA. Die Ermittlung der korrekten Kennwerte und die Analyse der Einflussgrößen verlangen eine komplexe Betrachtung des Betriebsverhaltens der Anlagen, Beispiele siehe Abbildung 3. A | nd Drehzahlcharakteristik haben einen gravierenden Einfluss auf den | Wirkungsgrad | einer WEA. Die Ermittlung der korrekten Kennwerte und die Analyse d | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| Einsatz. • Synchrongenerator: Netzkopplung nur über Gleich- und Wechselrichter möglich, da Ausgangsspannung und -frequenz des Generators mit der Rotordrehzahl variieren. Vorteile: Hoher Wirkungsgrad , großer Drehzahlbereich, frei einstellbare Wirk- und Blindleistungsabgabe, günstiger Generator, geringer Wartungsaufwand, Dämpfung der mechanischen Belastung des Antriebsstrangs durch Win | nz des Generators mit der Rotordrehzahl variieren. Vorteile: Hoher | Wirkungsgrad | , großer Drehzahlbereich, frei einstellbare Wirk- und Blindleistungs | Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV) | |
| hoher Polzahl, der bereits bei Rotordrehzahl seinen Nennbetriebspunkt erreicht. Das lässt sich aber nur mit vergleichsweise großen Durchmessern (6 m und mehr) realisieren. Vorteile: Hoher Wirkungsgrad , großer Drehzahlbereich, kein Getriebe, frei einstellbare Wirk- und Blindleistungsabgabe, niedriger Verschleiß, geringer Wartungsaufwand, Dämpfung der mechanischen Belastung des Antriebss | ise großen Durchmessern (6 m und mehr) realisieren. Vorteile: Hoher | Wirkungsgrad | , großer Drehzahlbereich, kein Getriebe, frei einstellbare Wirk- und | Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV) | |
| npassung des Betriebspunktes an sich ändernde Windverhältnisse möglich. Nachteile: Belastet das Netz mit Blindstrom, zusätzliche Kosten für Teilkompensation des Blindstromes, geringerer Wirkungsgrad als Synchrongenerator, Netzeinflüsse wirken direkt auf den Antriebsstrang, feste Drehzahlen und damit keine effektive Ausnutzung der Windenergie. • Doppeltgespeister Asynchrongenerator: | usätzliche Kosten für Teilkompensation des Blindstromes, geringerer | Wirkungsgrad | als Synchrongenerator, Netzeinflüsse wirken direkt auf den Antriebs | Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV) | |
| häufigsten verwendete Generatorkonzept in Windenergieanlagen. Der doppelt gespeiste Asynchrongenerator ist in allen Leistungsklassen anzutreffen. Vorteile: Großer Drehzahlbereich, hoher Wirkungsgrad , Wirk- und Blindleistungsabgabe frei einstellbar, geringere Umrichterleistung (nur die Schlupfleistung des Läufers) und damit kostengünstiger Umrichter, Dämpfung der mechanischen Belastun | stungsklassen anzutreffen. Vorteile: Großer Drehzahlbereich, hoher | Wirkungsgrad | , Wirk- und Blindleistungsabgabe frei einstellbar, geringere Umricht | Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV) | |
| ger aus. Hier eine Beispielrechnung für die Leistung einer KWEA: In 1m2 Rotorfläche stecken nach oben genannter Formel: 600 W Leistung des Windes bei v = 10 m/s Ein Dreiflügler hat einen Wirkungsgrad von ca. 30%. Das ergibt etwa: P = 200 W / 1m2 Rotorfläche Abzüglich Verluste bei der Energieumwandlung ergeben sich etwa: P = 180W / 1m2 Rotorfläche Bei einem Rotordurchmesser von ca. 2 | 600 W Leistung des Windes bei v = 10 m/s Ein Dreiflügler hat einen | Wirkungsgrad | von ca. 30%. Das ergibt etwa: P = 200 W / 1m2 Rotorfläche Abzüglic | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| en mit der Rotorenachse verbunden, sondern sind vielmehr auf einem Trägersystem angebracht, welches im Profil an ein H erinnert. Er erreicht ein höheres Drehmoment und somit einen höheren Wirkungsgrad . Abb. 11: H-Darrieus-Rotor (Quelle: Schelter, 2009). 4.1.2.3 Savonius-Rotor Der Savonius-Rotor (vgl. Abb. 13), erfunden von Sigurd Savonius (1884 - 1931), bestand in der ursprünglichen Fo | rinnert. Er erreicht ein höheres Drehmoment und somit einen höheren | Wirkungsgrad | . Abb. 11: H-Darrieus-Rotor (Quelle: Schelter, 2009). 4.1.2.3 Savoni | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| d des geringen Leistungsbeiwertes von ca. 0,25 nicht für die Errichtung von großtechnischen Anlagen (Hau, 1996). Im privaten Gebrauch findet er jedoch immer häufiger seine Anwendung. Sein Wirkungsgrad ist kleiner als der eines Darrieus-Rotors, dafür läuft er bei geringeren Windgeschwindigkeiten an. Abb. 12: Savonius-Rotor (Quelle: Pcon Windkraft (2010b)). Anbieter von Kleinwindkraftanl | aten Gebrauch findet er jedoch immer häufiger seine Anwendung. Sein | Wirkungsgrad | ist kleiner als der eines Darrieus-Rotors, dafür läuft er bei gerin | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| in der Windindustrie verwendete Generator ist der Permanentgenerator. Dieser besitzt kein Getriebe. Asynchrongeneratoren oder auch Induktionsgeneratoren genannt, arbeiten mit einem hohen Wirkungsgrad , sind robust, kostengünstig und werden häufig in Windkraftanlagen verwendet (Wind-Energie, 2010). Für den Eigenbau von kleinen Windrädern können 12 Volt Autolichtmaschinen als Generator v | n oder auch Induktionsgeneratoren genannt, arbeiten mit einem hohen | Wirkungsgrad | , sind robust, kostengünstig und werden häufig in Windkraftanlagen v | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| römung steckt, zu nutzen. Vielflügler – zum Beispiel „Western-Mills“, die in Schwachwindgebieten oft zum Pumpen von Wasser eingesetzt werden – sind mit rund 35 Prozent schon schlechter im Wirkungsgrad . Sie werden zur Stromerzeugung kaum eingesetzt. Allenfalls Sechsflügler sind als Kraftwerke noch hin und wieder anzutreffen. Anlagen mit vertikaler Achse fallen im Wirkungsgrad zum Teil e | er eingesetzt werden – sind mit rund 35 Prozent schon schlechter im | Wirkungsgrad | . Sie werden zur Stromerzeugung kaum eingesetzt. Allenfalls Sechsflü | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| lechter im Wirkungsgrad. Sie werden zur Stromerzeugung kaum eingesetzt. Allenfalls Sechsflügler sind als Kraftwerke noch hin und wieder anzutreffen. Anlagen mit vertikaler Achse fallen im Wirkungsgrad zum Teil erheblich ab – was nachvollziehbar ist, weil hier Teile des Rotors stets dem Wind entgegen laufen müssen. Eine dieser Bauformen ist der Savonius-Rotor, der allerdings nur rund ze | hin und wieder anzutreffen. Anlagen mit vertikaler Achse fallen im | Wirkungsgrad | zum Teil erheblich ab – was nachvollziehbar ist, weil hier Teile de | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| cht einen Betrieb von ± 40 % der synchronen Drehzahl. In Verbindung mit dem elektrischen Pitchsystem bietet der drehzahlvariable Betrieb sehr gute Ergebnisse in Bezug auf Energieausbeute, Wirkungsgrad , mechanische Belastung und Qualität der Leistungsabgabe. Das System vermeidet Überspannungen und Lastspitzen in größtmöglichem Maße. Die Regelung des Generators ermöglicht eine gleichmäßi | variable Betrieb sehr gute Ergebnisse in Bezug auf Energieausbeute, | Wirkungsgrad | , mechanische Belastung und Qualität der Leistungsabgabe. Das System | Senvion SE | |
| nergieertrag einer Windkraftanlage ist abhängig von den auftretenden Windgeschwindigkeiten am konkreten Standort, deren Auftrittshäufigkeit im Jahresverlauf sowie der Nennleistung und dem Wirkungsgrad eines konkreten Anlagentyps. Die Windgeschwindigkeit ist maßgeblich von der Geländeform, der Bebauungsart und dem Bewuchs abhängig und nimmt mit der Höhe über Grund zu. Die mittlere Jahre | Auftrittshäufigkeit im Jahresverlauf sowie der Nennleistung und dem | Wirkungsgrad | eines konkreten Anlagentyps. Die Windgeschwindigkeit ist maßgeblich | RUBIKONE-Team Eschach | |
| Kurzschlussläufer und ohne Schleifringe. Eine Luft-/Luft-Kühlung garantiert gleichmäßige Betriebsbedingungen. Speziell im Teillastbereich bietet der Generator einen außergewöhnlich hohen Wirkungsgrad . Feststellbremse Eine mechanische Scheibenbremse fungiert als Feststellbremse und als zusätzliches Sicherheitssystem der Windenergieanlage. Sie ist auf der schnellen Welle zwischen Getrie | im Teillastbereich bietet der Generator einen außergewöhnlich hohen | Wirkungsgrad | . Feststellbremse Eine mechanische Scheibenbremse fungiert als Fests | Siemens AG | |
| haltwindgeschwindigkeit vEin und der Abschaltwindgeschwindigkeit vAus. Der zweite Graph zeigt den sog. Leistungsbeiwert der Anlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit. Er kann als Wirkungsgrad verstanden werden und nach dem Betzschen Gesetz theoretisch maximal rund 60 % erreichen. Die Auswahl der möglichen Anlagen kann anhand der Nennleistung vorgenommen werden. Diese entsprich | der Anlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit. Er kann als | Wirkungsgrad | verstanden werden und nach dem Betzschen Gesetz theoretisch maximal | Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin | |
| i gleichzeitig großer Toleranz in Bezug auf die Ausrichtung des Triebstrangs. 2.2.3 Getriebe Das Getriebe ist als Planeten- / Stirnradgetriebe ausgeführt. Die Verzahnung ist hinsichtlich Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung angepasst. Die Drehmomentstütze des Getriebes ist in elastische Buchsen auf dem Maschinenträger gelagert, die sich über Auflager am Maschinenträger abstützen. Die | ten- / Stirnradgetriebe ausgeführt. Die Verzahnung ist hinsichtlich | Wirkungsgrad | und Geräuschentwicklung angepasst. Die Drehmomentstütze des Getrieb | REpower Systems AG, REpower Systems SE | |
| einen Betrieb von +/- 40% der Synchrondrehzahl. In Verbindung mit der elektrischen Blattverstellung bietet der drehzahlvariable Betrieb sehr gute Ergebnisse in Bezug auf Energieausbeute, Wirkungsgrad , mechanische Belastung und Qualität der Leistungsabgabe. Das System vermeidet Überspannungen und Lastspitzen in größtmöglichem Maße. Die Regelung des Generators ermöglicht gleichmäßige Le | variable Betrieb sehr gute Ergebnisse in Bezug auf Energieausbeute, | Wirkungsgrad | , mechanische Belastung und Qualität der Leistungsabgabe. Das System | REpower Systems AG, REpower Systems SE | |
| in die Leistung eingeht, und zum anderen aus dem anlagenspezifischen Leistungsbeiwert cp resultiert (12). Leistungsbeiwert cP Vereinfacht ausgedrückt stellt der Leistungsbeiwert cP den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage dar. Im Detail setzt er sich gemäß Formel 3 aus Teilwirkungsgraden einzelner Windanlagenkomponenten sowie dem sogenannten Betz-Faktor zusammen: Der Betz-Faktor bezei | wert cP Vereinfacht ausgedrückt stellt der Leistungsbeiwert cP den | Wirkungsgrad | einer Windkraftanlage dar. Im Detail setzt er sich gemäß Formel 3 a | C.A.R.M.E.N. e.V. | |
| , startet aber bereits bei circa 4 m/s. Die Nutzung ist also bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten möglich, auch wenn dabei nicht die volle Leistung und damit auch nicht der maximale Wirkungsgrad der Anlage erreicht werden kann. In einigen Bereichen Europas ist die Stromerzeugung durch Windenergie also sinnvoll nutzbar, ein kontinuierlicher Betrieb ist allerdings in den wenigsten | nn dabei nicht die volle Leistung und damit auch nicht der maximale | Wirkungsgrad | der Anlage erreicht werden kann. In einigen Bereichen Europas ist d | leXsolar GmbH | |
| igen. Dabei steht besonders der H-Rotor (auch Darrieus-H-Rotor genannt) im Vordergrund, denn er erreicht im Vergleich zu anderen Typen vertikaler Windkraftanlagen noch einen relativ hohen Wirkungsgrad . Die Rotorblätter haben meist einen tragflächenförmigen Querschnitt und arbeiten nach dem Auftriebsprinzip. H-Rotoren haben den Vorteil, dass man sie nicht dem Wind nachführen muss und ei | anderen Typen vertikaler Windkraftanlagen noch einen relativ hohen | Wirkungsgrad | . Die Rotorblätter haben meist einen tragflächenförmigen Querschnitt | leXsolar GmbH | |
| ür Gebiete, in denen sich die Windrichtung oft und schnell ändert (beispielsweise für Gebirgsregionen). Moderne Anlagen dieser Art erreichen bereits Nennleistungen von 20 Kilowatt und ihr Wirkungsgrad ist größer als bei anderen Vertikalachsrotoren. Der Savoniusrotor findet hauptsächlich im privaten Umfeld als Stromerzeuger seinen Platz. Kleine Anlagen können eine Nennleistung von ungef | dieser Art erreichen bereits Nennleistungen von 20 Kilowatt und ihr | Wirkungsgrad | ist größer als bei anderen Vertikalachsrotoren. Der Savoniusrotor f | leXsolar GmbH | |
| 0 Aufbau einer Windkraftanlage 15 Welche physikalischen und technischen Vorgänge an einer Windkraftanlage ablaufen, wird in den folgenden Kapiteln näher beschrieben. 3.3.1 Leistung und Wirkungsgrad des Windrotors Um den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage zu ermitteln und damit die erzeugte Leistung der Anlage zu bestimmen, sind einige Vorüberlegungen zur Energie der Luftströmung vor | rd in den folgenden Kapiteln näher beschrieben. 3.3.1 Leistung und | Wirkungsgrad | des Windrotors Um den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage zu ermitte | leXsolar GmbH | |
| Welche physikalischen und technischen Vorgänge an einer Windkraftanlage ablaufen, wird in den folgenden Kapiteln näher beschrieben. 3.3.1 Leistung und Wirkungsgrad des Windrotors Um den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage zu ermitteln und damit die erzeugte Leistung der Anlage zu bestimmen, sind einige Vorüberlegungen zur Energie der Luftströmung vor und dem Verhalten von Luftströmung | beschrieben. 3.3.1 Leistung und Wirkungsgrad des Windrotors Um den | Wirkungsgrad | einer Windkraftanlage zu ermitteln und damit die erzeugte Leistung | leXsolar GmbH | |
| zum Zerkleinern von Körnern oder zum Sägen von Holz verwendet. 13 Der Rotor ändert also nicht die Menge der Luft, die durch ihn strömt. Leistungsbeiwert, Betz'scher Leistungsbeiwert und Wirkungsgrad einer Windkraftanlage Um die Effektivität einer Windenergieanlage weiter zu untersuchen, wird der Leistungsbeiwert errechnet. Dabei ist gerade die Energie des Windes ohne Einfluss der Win | urch ihn strömt. Leistungsbeiwert, Betz'scher Leistungsbeiwert und | Wirkungsgrad | einer Windkraftanlage Um die Effektivität einer Windenergieanlage w | leXsolar GmbH | |
| uneingeschränkt für alle Windkraftanlagen und ist unabhängig vom Aufbau der Anlage, der Form der Rotorblätter oder anderen Unterscheidungsmerkmalen von Windrotoren. Man definiert nun den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage als das Verhältnis ihrer Leistung zur maximal nutzbaren Leistung des Windes: Der Wirkungsgrad der Windnutzung hängt vor allem von der unterschiedlichen Beschaffenhe | ren Unterscheidungsmerkmalen von Windrotoren. Man definiert nun den | Wirkungsgrad | einer Windkraftanlage als das Verhältnis ihrer Leistung zur maximal | leXsolar GmbH | |
| nderen Unterscheidungsmerkmalen von Windrotoren. Man definiert nun den Wirkungsgrad einer Windkraftanlage als das Verhältnis ihrer Leistung zur maximal nutzbaren Leistung des Windes: Der Wirkungsgrad der Windnutzung hängt vor allem von der unterschiedlichen Beschaffenheit und Form der Windturbine bzw. der einzelnen Rotorblätter, deren Länge und dem Gesamtdurchmesser ab. Auf einige Asp | tnis ihrer Leistung zur maximal nutzbaren Leistung des Windes: Der | Wirkungsgrad | der Windnutzung hängt vor allem von der unterschiedlichen Beschaffe | leXsolar GmbH | |
| blätter immer wieder gewandelt. Zu Beginn der Entwicklung wurden flache Formen für die Rotorblätter genutzt, wie zum Beispiel beim Westernmill. Damit lässt sich allerdings kein sehr hoher Wirkungsgrad erreichen. Man versuchte später Auftriebskräfte an den Rotorblättern zu nutzen und versuchte dementsprechend die Form des einzelnen Blattes zu optimieren. Alle Anlagen, die die Gesetzmäßi | spiel beim Westernmill. Damit lässt sich allerdings kein sehr hoher | Wirkungsgrad | erreichen. Man versuchte später Auftriebskräfte an den Rotorblätter | leXsolar GmbH | |
| er Magnet innerhalb des Spulenringes bewegt, wird Synchrongenerator genannt (siehe Abbildung 3-18). Er wird in großen Windkraftanlagen (ab etwa 1 Megawatt Nennleistung) eingesetzt, da der Wirkungsgrad dieser Maschinen hoch ist. Auf die verschiedenen Getriebearten soll hier nicht eingegangen werden. Vergleiche dazu (Malberg, 2007) Seite 74 ff 17 Für einige Generatortypen muss die erzeug | ndkraftanlagen (ab etwa 1 Megawatt Nennleistung) eingesetzt, da der | Wirkungsgrad | dieser Maschinen hoch ist. Auf die verschiedenen Getriebearten soll | leXsolar GmbH | |
| ufer ist kurzgeschlossen, es fließt also ein Strom, der wiederum in die äußeren Spulen des Elektromotors eine Spannung induziert. Er hat gegenüber dem Synchrongenerator einen schlechteren Wirkungsgrad , kann aber ohne weiteres an das Stromnetz angekoppelt werden. Komplexe Synchronisationssysteme werden nicht benötigt und der Aufbau in Windkraftanlagen ist damit kostengünstiger. Man nutz | nduziert. Er hat gegenüber dem Synchrongenerator einen schlechteren | Wirkungsgrad | , kann aber ohne weiteres an das Stromnetz angekoppelt werden. Kompl | leXsolar GmbH | |
| s zu programmieren bzw. erst einmal die Grundlage hierfür zu schaffen. Gesucht wurde die für den Rotor optimale Kennlinie, damit die Anlage bei jeder Windgeschwindigkeit mit dem optimalen Wirkungsgrad cp 15 läuft. In Zusammenarbeit mit WR- Herstellern waren die Möglichkeiten zur Optimierung des Gesamtwirkungsgrades der WESpe zu untersuchen. Ferner war der Einsatz eines an die WESpe ang | e, damit die Anlage bei jeder Windgeschwindigkeit mit dem optimalen | Wirkungsgrad | cp 15 läuft. In Zusammenarbeit mit WR- Herstellern waren die Möglic | WES IBS GmbH | |
| nicht. Der Drehzahlbereich, in dem der Wechselrichter (WR) Leistung abgibt, ist auf 250 bis 600 Volt DC beschränkt. Im unteren Drehzahlbereich bzw. Spannungsbereich (300 V DC)27 liegt der Wirkungsgrad des Wechselrichters bei unter 90%. Der WR ist für die WESpe nicht optimal, da schon bei geringerer Drehzahl bzw. Spannung, Leistung erzeugt werden kann. Trotzdem läuft die Messung nun mit | nteren Drehzahlbereich bzw. Spannungsbereich (300 V DC)27 liegt der | Wirkungsgrad | des Wechselrichters bei unter 90%. Der WR ist für die WESpe nicht o | WES IBS GmbH | |
| ein. Zu Beginn des kommenden Jahres soll der WR eines anderen Herstellers getestet werden, der gerade im unteren Leistungsbereich, durch einen erweiterten Spannungsbereich, einen besseren Wirkungsgrad aufweisen soll. 5.1.3. Messung des Drehmomentes Zur Ermittlung des Nennmomentes und des max. Bremsmomentes, wurde an der Rotorwelle mittels einer Telemetrie28, eine Drehmomenten- Messung | gsbereich, durch einen erweiterten Spannungsbereich, einen besseren | Wirkungsgrad | aufweisen soll. 5.1.3. Messung des Drehmomentes Zur Ermittlung des | WES IBS GmbH | |
| anlage PTC Production TaxCredit PV Photovoltaik TA Lärm Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm TPWind Technologieplattform Wind WEA Windenergieanlage Einheiten A Rotorfläche a Jahr cp Wirkungsgrad , Leistungskoeffizient der Windkraftanlage € Euro GW Gigawatt GW h Gigawattstunde h Stunde kW Kilowatt kW h Kilowattstunde kWe Kilowatt elektrisch m Meter m² Quadratmeter MW Megawatt MW h | ttform Wind WEA Windenergieanlage Einheiten A Rotorfläche a Jahr cp | Wirkungsgrad | , Leistungskoeffizient der Windkraftanlage € Euro GW Gigawatt GW h G | acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. | |
| ergiemenge (Leistung P), die der Wind auf den Rotor überträgt, hängt im Wesentlichen von den vier Faktoren Luftdichte ρ, Rotorfläche A, Windgeschwindigkeit v und einem anlagenspezifischen Wirkungsgrad cp ab. Insbesondere der kubische Zusammenhang der Windgeschwindigkeit mit der Leistung und damit auch mit dem Ertrag ist wesentlich, da so geringe Variationen im Windangebot erheblichen E | Rotorfläche A, Windgeschwindigkeit v und einem anlagenspezifischen | Wirkungsgrad | cp ab. Insbesondere der kubische Zusammenhang der Windgeschwindigke | acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. | |
| n mit einem kleinen Generator führt zu einer hohen Volllaststundenzahl. Dieses Konzept wird im Binnenland eingesetzt, um auch windschwächere Standorte wirtschaftlich nutzen zu können. Der Wirkungsgrad cp einer Windenergieanlage berechnet sich aus dem Verhältnis der dem Netz zugeführten Energie bezogen auf die im Wind vorhandene kinetische Energie. Aus physikalischen Gründen liegt der t | auch windschwächere Standorte wirtschaftlich nutzen zu können. Der | Wirkungsgrad | cp einer Windenergieanlage berechnet sich aus dem Verhältnis der de | acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. | |
| nentmagnetischer Erregung. Der Generator ist verschleißfrei und alle Bestandteile bis auf das Hauptlager sind nahezu wartungsfrei. Mit dem innovativen Design des Generators wird ein hoher Wirkungsgrad der VENSYS-Windenergieanlagen erreicht. Der Generator besteht im Prinzip aus drei Hauptkomponenten: Generatorständer Der Generatorständer ist fest mit dem Maschinenträger verbunden und | tungsfrei. Mit dem innovativen Design des Generators wird ein hoher | Wirkungsgrad | der VENSYS-Windenergieanlagen erreicht. Der Generator besteht im Pr | VENSYS Energy AG | |
| kungen gegebenenfalls mit konventionellen Kraftwerken zu überbrücken [13]. Relativ gute Zukunftsaussichten besitzen unterirdische adiabate Druckluftspeicher, die durch Wärmerückgewinnung Wirkungsgrade um 70 Prozent erreichen könnten. Allerdings werden erste Anwendungen dieser noch völlig neuen Technologie nicht vor 2015 erwartet. Langfristig können durch den Einstieg in die Elektromo | rirdische adiabate Druckluftspeicher, die durch Wärmerückgewinnung | Wirkungsgrade | um 70 Prozent erreichen könnten. Allerdings werden erste Anwendun | Universität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010 | |
| Wirkungsgrade von Windenergieanlagen Editorial Zur vorliegenden Broschüre Die hier vorgestellten Unterrichtsversuche sowie der Windkanal sind im Rahmen des EU-Projektes: »Environmental Monitoring – M | EINHEIT PHYSIK Windenergie Messung der Leistung und Bestimmung der | Wirkungsgrade | von Windenergieanlagen Editorial Zur vorliegenden Broschüre Die h | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| und in mechanische und später auch elektrische Energie umgewandelt werden kann. Hierbei sollen verschiedene Typen von Windrädern untersucht, ihr Energie-Output gemessen und darüber ihre Wirkungsgrade bestimmt werden. B.1 Energie im Wind Die im Wind enthaltene und von einer Windenergieanlage gewinnbare Energie hängt von drei physikalischen Größen ab. Zunächst ist hier die Luftdichte | indrädern untersucht, ihr Energie-Output gemessen und darüber ihre | Wirkungsgrade | bestimmt werden. B.1 Energie im Wind Die im Wind enthaltene und v | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| rhebliche Verluste an, die die Erlöse mindern werden. Es ist zu beachten, dass die Trafo- und die Leitungsverluste zum Festland nicht zu unterschätzen sind, sodass letztendlich geringere Wirkungsgrade erzielt werden. Da hierzu noch keine entsprechenden Daten vorliegen, folgt ein aktuelles Beispiel für einen Onshore-Windpark in Brandenburg: Beispiel Windertragsberechnung (enthält leic | estland nicht zu unterschätzen sind, sodass letztendlich geringere | Wirkungsgrade | erzielt werden. Da hierzu noch keine entsprechenden Daten vorlieg | Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV) | |
| Windgeschwindigkeiten eine Windmessanlage (Quaschning, 2008). Abb. 9: Aufbau und Komponenten einer Windenergieanlage. (Quelle: Quaschning, 2008, S.197). 4.1.2 Vertikale Rotorausrichtung Wirkungsgrade von Anlagen mit vertikaler Achse sind in der Regel wesentlich niedriger als bei Anlagen mit horizontaler Achse. Der Hauptgrund dafür besteht darin, dass Teile des Rotors ständig gegen d | Quelle: Quaschning, 2008, S.197). 4.1.2 Vertikale Rotorausrichtung | Wirkungsgrade | von Anlagen mit vertikaler Achse sind in der Regel wesentlich nie | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| chen Markt ist groß. Bei der Auswahl einer geeigneten Anlage steht am Anfang aller Überlegungen in der Regel die Frage der Bauart, passend zum Standort und zu der Anwendung. Die höchsten Wirkungsgrade bringt die klassische Form mit zwei oder drei Flügeln, die sich auch bei Großanlagen bewährt hat. Diese Rotoren sind im Idealfall in der Lage, gut 40 Prozent der kinetischen Energie, di | er Bauart, passend zum Standort und zu der Anwendung. Die höchsten | Wirkungsgrade | bringt die klassische Form mit zwei oder drei Flügeln, die sich a | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| ich, dieser muss zum Ausgangsspannungsbereich der Kleinwindenergieanlage passen. Es sollte ein Gerät verwendet werden, das speziell für den Einsatz mit KWEA entwickelt wurde, um optimale Wirkungsgrade und damit Erträge zu erzielen. Von Geräten, die für den Betrieb mit einer Photovoltaikanlage ausgelegt sind, wird abgeraten, da sie nicht auf die Betriebseigenschaften von KWEA optimier | as speziell für den Einsatz mit KWEA entwickelt wurde, um optimale | Wirkungsgrade | und damit Erträge zu erzielen. Von Geräten, die für den Betrieb m | Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin | |
| ndkraftanlagen (10) Es existieren im Wesentlichen zwei Antriebskonzepte für Windkraftanlagen: Einerseits das Widerstandsprinzip und andererseits das Auftriebsprinzip. Auf Grund niedriger Wirkungsgrade von unter 20 % hat das Widerstandsprinzip in der modernen Windkrafttechnologie kaum praktische Bedeutung. Für die Praxis relevant dagegen ist das Auftriebsprinzip, welches abhängig von | prinzip und andererseits das Auftriebsprinzip. Auf Grund niedriger | Wirkungsgrade | von unter 20 % hat das Widerstandsprinzip in der modernen Windkra | C.A.R.M.E.N. e.V. | |
| dsprinzip in der modernen Windkrafttechnologie kaum praktische Bedeutung. Für die Praxis relevant dagegen ist das Auftriebsprinzip, welches abhängig von der jeweiligen Anlagentechnologie Wirkungsgrade von bis zu 50 % (11) ermöglicht. Beim Auftriebsprinzip entsteht an einem Rotorblatt ein Druckgefälle, weil die an der gewölbten Oberfläche vorbeiströmende Luft auf beiden Seiten untersc | ebsprinzip, welches abhängig von der jeweiligen Anlagentechnologie | Wirkungsgrade | von bis zu 50 % (11) ermöglicht. Beim Auftriebsprinzip entsteht a | C.A.R.M.E.N. e.V. | |
| 1 Horizontale Bauform Horizontalachsige Anlagen basieren auf einem langjährig bewährten und dadurch technisch ausgereiften Anlagenkonzept. Daher lassen sich mit ihnen in der Regel höhere Wirkungsgrade und Stromerträge als bei Vertikalanlagen erzielen. Wie auch bei Großwindanlagen werden im Kleinwindkraftbereich häufig Bauformen mit drei Rotorblättern eingesetzt. Daneben gibt es auch | en Anlagenkonzept. Daher lassen sich mit ihnen in der Regel höhere | Wirkungsgrade | und Stromerträge als bei Vertikalanlagen erzielen. Wie auch bei G | C.A.R.M.E.N. e.V. | |
| neben bewirkt die vertikale Drehung, dass stets mindestens eines der Rotorblätter nicht ideal im Wind ausgerichtet ist. Mit diesem bauartspezifischen Effekt gehen im Ergebnis schlechtere Wirkungsgrade und niedrigere Stromerträge einher. Ein weiteres Manko der vertikalen Bauform ist die Abhängigkeit von einer externen Energieversorgung, weil die Anlagen oftmals nicht aus eigener Kraft | Mit diesem bauartspezifischen Effekt gehen im Ergebnis schlechtere | Wirkungsgrade | und niedrigere Stromerträge einher. Ein weiteres Manko der vertik | C.A.R.M.E.N. e.V. | |
| en, die eine vertikale Drehachse besitzen, haben nach Entwicklung der ersten Bockwindmühlen in Europa viele Jahrhunderte später an Bedeutung verloren, da mit den neuen Windmühlen bessere Wirkungsgrade erzielt werden konnten. Dennoch wurden einige Abbildung 2-1 Persische Windmühle Abbildung 2-2 Savonius-Rotor Abbildung 2-3 Darrieus-Rotor Formen von Vertikalachsen-Windrädern weit | später an Bedeutung verloren, da mit den neuen Windmühlen bessere | Wirkungsgrade | erzielt werden konnten. Dennoch wurden einige Abbildung 2-1 Per | leXsolar GmbH | |
| Grund oft mit einem Savonius-Rotor gekoppelt. Für die Erzeugung elektrischer Energie sind diese Arten von Windrotoren aktuell nicht von Bedeutung, denn sie erreichen nur relativ geringe Wirkungsgrade . Allerdings gibt es durchaus Firmen, wenn auch wenige, die sich mit der Entwicklung, Verbesserung und Herstellung von Vertikalachsenanlagen beschäftigen. Dabei steht besonders der H-Rot | ktuell nicht von Bedeutung, denn sie erreichen nur relativ geringe | Wirkungsgrade | . Allerdings gibt es durchaus Firmen, wenn auch wenige, die sich m | leXsolar GmbH | |
| n her. Allerdings werden für private Zwecke inzwischen auch eher H- oder Darrieus-Rotoren hergestellt, denn sie erfordern einen wesentlich geringeren Materialaufwand und erzielen bessere Wirkungsgrade . Die Newtonschen Bewegungsgleichungen beschreiben die Kräfte, die auf ein Medium wirken. Die Kraft auf ein bestimmtes Teilchen (bzw. die darauf wirkende Beschleunigung) ergibt sich aus | n einen wesentlich geringeren Materialaufwand und erzielen bessere | Wirkungsgrade | . Die Newtonschen Bewegungsgleichungen beschreiben die Kräfte, di | leXsolar GmbH | |
| lyse Flexibilitätskonzepte für die Stromversorgung 2050: Technologien – Szenarien – Systemzusammenhänge1 durchgeführt wurden, wurden Technologieparameter wie zum Beispiel Kostendaten und Wirkungsgrade geschätzt. Außerdem wurden Fragen der gesellschaftlichen Akzeptanz, der Materialverfügbarkeit und relevante Aspekte des Energiewirtschaftsrechts sowie des Bau- und Emissionsschutzrechts | rden, wurden Technologieparameter wie zum Beispiel Kostendaten und | Wirkungsgrade | geschätzt. Außerdem wurden Fragen der gesellschaftlichen Akzeptan | acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. | |
| lt und diskutiert. Darauf basierend wurde der Satz an Flexibilitätstechnologien, die in den Modellrechnungen berücksichtigt werden, ausgewählt und die Modellierungsannahmen (zum Beispiel Wirkungsgrade , Kosten) wurden festgelegt. Im Sinne der Konsistenz wurde dabei für die Modellrechnungen teilweise von den in den Steckbriefen dargestellten Zahlenwerten abgewichen. Der vollständige Sa | igt werden, ausgewählt und die Modellierungsannahmen (zum Beispiel | Wirkungsgrade | , Kosten) wurden festgelegt. Im Sinne der Konsistenz wurde dabei f | acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. | |
| im Wind vorhandene kinetische Energie. Aus physikalischen Gründen liegt der theoretisch maximal mögliche Wert bei 59 Prozent. Moderne Windenergieanlagen erreichen bereits aerodynamische Wirkungsgrade von 52 bis 53 Prozent. Der Gesamtwirkungsgrad inklusive aller Wandlungsverluste im Triebstrang liegt bei etwa 42 bis 45 Prozent. Komponenten einer Windenergieanlage Die Kernstücke einer | ozent. Moderne Windenergieanlagen erreichen bereits aerodynamische | Wirkungsgrade | von 52 bis 53 Prozent. Der Gesamtwirkungsgrad inklusive aller Wan | acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V. | |
| serpumpe eingesetzt. Die erste zur Erzeugung von Elektrizität eingesetzte Windmühle entwickelte 1891 der Däne Paul La Cour. Er erkannte, dass es neben einer Erhöhung des aerodynamischen Wirkungsgrades auch konstruktiv günstig ist, wenn die Umfangsgeschwindigkeit ein Vielfaches der Windgeschwindigkeit beträgt. Bei diesen sogenannten Schnellläufern sind nur wenige, sehr schlanke Blätt | ur. Er erkannte, dass es neben einer Erhöhung des aerodynamischen | Wirkungsgrades | auch konstruktiv günstig ist, wenn die Umfangsgeschwindigkeit ei | Universität Stuttgart. Themenheft Forschung Nr. 6, 2010 | |
| r Rotor vollständig abgebremst? Können Sie erklären, warum keine kleineren Drehzahlen auftreten? 3.4 Dritter aerodynamischer Versuch: Bestimmung elektrischer Größen und des elektrischen Wirkungsgrades eines Windgenerators Die elektrische Leistung Zur Bestimmung des elektrischen Wirkungsgrades einer Windkraftanlage muss die abgegebene elektrische Leistung Pel bestimmt werden. Pel erg | cher Versuch: Bestimmung elektrischer Größen und des elektrischen | Wirkungsgrades | eines Windgenerators Die elektrische Leistung Zur Bestimmung des | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| en? 3.4 Dritter aerodynamischer Versuch: Bestimmung elektrischer Größen und des elektrischen Wirkungsgrades eines Windgenerators Die elektrische Leistung Zur Bestimmung des elektrischen Wirkungsgrades einer Windkraftanlage muss die abgegebene elektrische Leistung Pel bestimmt werden. Pel ergibt sich aus dem Produkt von elektrischer Stromstärke I und Spannung U, die am unter Last (z. | nerators Die elektrische Leistung Zur Bestimmung des elektrischen | Wirkungsgrades | einer Windkraftanlage muss die abgegebene elektrische Leistung P | Unabhängiges Institut für Umweltfragen e.V. (UfU), Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE) | |
| rojektstandortes. Weitere Ausführungen zum Brandschutz im Wald sind Anlage 11 beigefügt. 3.3. Vereisung Eis- und Reifablagerungen an den Rotorblättern der WEA können zur Reduzierung des Wirkungsgrades der Anlage und zum Herabfallen und Wegschleudern von Eisstücken führen. Die geplante Anlage verfügt über ein Eiserkennungssystem, das im Falle des Eisansatzes zum Abschalten führt. Zus | agerungen an den Rotorblättern der WEA können zur Reduzierung des | Wirkungsgrades | der Anlage und zum Herabfallen und Wegschleudern von Eisstücken | Ökostrom Consulting Freiburg GmbH | |
| Drehzahl erkennbar. Die Ursache hierfür ist im grundsätzlichen Regelverhalten drehzahlvariabler WEA zu finden. Um z.B. bei einem Anstieg der Windgeschwindigkeit den Punkt des maximalen Wirkungsgrades (cP-max) möglichst schnell zu erreichen, benötigt die WEA mechanische Leistung zur Beschleunigung des Rotors, die aber die elektrische Leistungsabgabe momentan verringert. Abbildung 12 | bei einem Anstieg der Windgeschwindigkeit den Punkt des maximalen | Wirkungsgrades | (cP-max) möglichst schnell zu erreichen, benötigt die WEA mechan | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| ordamerika, der argentinischen Pampa, dem australischen Outback und Südafrikas Veldt weit verbreitet und werden zum Füllen von entlegenen Vorratstanks verwendet. Aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades werden sie selten zur Stromgewinnung eingesetzt. Mehr als eine Million dieser Windpumpen befinden sich wahrscheinlich noch weltweit im Gebrauch. Abb. 43: Windgetriebene Pumpen (Quelle: | en von entlegenen Vorratstanks verwendet. Aufgrund ihres geringen | Wirkungsgrades | werden sie selten zur Stromgewinnung eingesetzt. Mehr als eine M | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| Rolle spielt. Diese Anlagen sind ohne großen finanziellen Aufwand und Entwicklungsarbeit herstellbar, ihre Effizienz ist allerdings sehr begrenzt. So liegt das theoretische Maximum des Wirkungsgrades für eine solche Anlage bei unter 20%, bezogen auf die im Wind befindliche kinetische Energie. Ein klassisches Anlagenbeispiel für das Widerstandsprinzip ist der geschlossene Savonius-R | t allerdings sehr begrenzt. So liegt das theoretische Maximum des | Wirkungsgrades | für eine solche Anlage bei unter 20%, bezogen auf die im Wind be | Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin | |
| zum Widerstand auch den Auftrieb am Windrad zunutze. Der entstandene Rotor wurde nach seinem Erfinder Darrieus benannt (siehe Abbildung 2-3). Aufgrund des immer noch relativ schlechten Wirkungsgrades sind diese Formen von Rotoren heute allerdings weniger von Bedeutung. 2.2 Erste Windkraftanlagen in Europa Als erste Windkraftanlagen in Europa entwickelten sich im 13. und 14. Jahrhu | (siehe Abbildung 2-3). Aufgrund des immer noch relativ schlechten | Wirkungsgrades | sind diese Formen von Rotoren heute allerdings weniger von Bedeu | leXsolar GmbH | |
| g der Anlage zu bestimmen, sind einige Vorüberlegungen zur Energie der Luftströmung vor und dem Verhalten von Luftströmungen am Windrotor notwendig. Im Folgenden soll die Berechnung des Wirkungsgrades durch drei wesentliche Schritte, die einzelne Aspekte näher beleuchten, dargestellt werden. Energie der Luftströmung vor dem Rotor Um die Leistung eines Windrotors zu bestimmen wird d | ngen am Windrotor notwendig. Im Folgenden soll die Berechnung des | Wirkungsgrades | durch drei wesentliche Schritte, die einzelne Aspekte näher bele | leXsolar GmbH | |
| hzeitig großzügiger Toleranz in Bezug auf die Ausrichtung des Triebstrangs. 2.2.3 Getriebe Das Getriebe ist als Planeten-/Stirnradgetriebe ausgeführt. Die Verzahnung ist hinsichtlich des Wirkungsgrads und der Geräuschentwicklung angepasst. Die Drehmomentstütze des Getriebes ist in elastische Buchsen auf dem Maschinenträger gelagert, die sich über Auflager am Maschinenträger abstützen | -/Stirnradgetriebe ausgeführt. Die Verzahnung ist hinsichtlich des | Wirkungsgrads | und der Geräuschentwicklung angepasst. Die Drehmomentstütze des G | Senvion SE |
Notes:
1 Where to start a query
2Smart Searcht breaks the user's input into individual words and then matches those words in any position and in any order in the table (rather than simple doing a simple string compare)
3Regular Expressions can be used to initialize advanced searches. In the regular expression search you can enter regular expression with various wildcards such as:
- Start of the line ^
- Any character .
- Any character in the range between characters N and P [M-P]
- End of the line 33/li>
- Also you can use operators:
- Character/strings that repeats 0 or more times - operator *
- Character/strings that repeats 1 or more times - operator +
- Character that may but does not need to appear in the sequence - operator ?