Standortabhängige und anlagenspezifische Lastkollektive von Windkraftanlagen aus Simulationsrechnungen:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
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| adam_text | Titel: Standortabhängige und anlagenspezifische Lastkollektive von Windkraftanlagen aus Simulationsrechnun
Autor: Reuter, Andreas
Jahr: 1996
‘schritt- m mm^u BERICHTE Dipl.-Ing. Andreas Reuter, Bünsdorf Standertabhängige und anlagenspezifische Lastkellektive ven Windkraftanlagen aus Simulatiensrechnungen Reihe 6 : Energietechnik Nr. 338 VW VERLAG
Standortabhäng i ge und anlagenspezifische Lastkollektive von Windkraftanlagen aus Simulationsrechnung en Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung................................................................................................1 1.1 Arbeitsziele......................................................................................2 1.2 Stand der Wissenschaft....................................................................4 1.2.1 Vorschriften und Nonnen.......................................................4 1.2.2 Weitergehende Untersuchungen.............................................6 1.2.3 Beschreibung der Windverhältnisse und Simulation von Windkraftanlagen...................................................................7 1.3 Vorgehensweise................................................................................9 2 Wind als Ursache von Strukturbelastungen...............................12 2.1 Die mittlere Windgeschwindigkeit....................................................13 2.2 Die Bodengrenzschicht.....................................................................14 2.3 Die Turbulenz...................................................................................16 2.4 Das Windmodell...............................................................................18 2.4.1 Bestimmung der mittleren Windgeschwindigkeit....................19 2.4.2 Erzeugung von Zeitschrieben der Windgeschwindigkeit.........21 2.4.3 Räumliche Struktur des Windes............................................ 21 2.4.4 Windgradient und Schräganblasung.......................................23 2.4.5 Turmschatten oder -aufstau................................................... 24 V
2.5 Vergleich mit Meßwerten.................................................................26 2.5.1 Überprüfung der Langzeitprognosen nach WA S P und aus Messungen............................................................................28 2.5.2 Vergleich der Höhenexponenten nach WA S P und aus Messungen............................................................................32 2.5.3 Vergleich der Turbulenz nach WA S P und aus Messungen..................................................................... 33 2.5.4 Analyse von generierten und gemssenen Zeitreihen im Zeit- und Frequenzbereich................................................... 34 3 Die Modelle zur Beschreibung des Systems Windkraftanlage ...................................................................................36 3.1 Der Rotor..........................................................................................37 3.1.1 Aerodynamische Eigenschaften des Rotors....................... 38 3.1.2 Strukturdynamische Beschreibung des Rotorblattes......... 47 3.2 Der Triebstrang und das Getriebe................................................... 51 3.3 Arbeitsmaschinen.............................................................................56 3.3.1 Der Asynchrongenerator....................................................... 56 3.2 Der Synchrongenerator......................................................... 57 3.3.3 Die Kreiselpumpe................................................................. 60 3.4 Regelung und Betfiebsführung....................................................... 63 3.4.2 Mechanischer Pitchregler..................................................... 63 3.4.2 Strömungsabriß durch schnelle Lastaufschaltung mit Generatorlastregelung.......................................................... 65 3.4.3 Echtzeitsimulation und Einbeziehung externer Betriebs-
führungen...............................................................................67 VI
3.5 Die modellierten Windkraftanlagen................ 68 3.5.1 TU? 6.0- Windpumpsystem..................................................68 3.5.2 SüdwindE 710 .......................................................................69 3.5.3 Konzeptstudie zu einer 1-MW-Anlage...................................70 4 Auswertung der Zeitschriebe unter Betriebsfestigkeitsaspekten ...............................................................................72 4.1 Betriebslastennachfahrversuche........................................................73 4.2 Rechnerische Ermittlung von Lebensdauern - das Nennspannungskonzept..............................................................74 4.2.1 Rainflow-Zählung..................................................................75 4.2.2 Ermittlung der Formzahl und des Mittelspannungseinflusses......................................................77 4.2.3 Schadensakkumulation nach Palmgren-Miner...................... 78 4.2.4 Lebensdauerberechnung mit dem Aa-Verfahren.................. 79 5 Ergebnisse...............................................................................................81 5.1 Ausgewählte Bauteile.......................................................................81 5.1.1 Flügelflansch der TUP 6.0 ......................................................81 5.1.2 Wellenflansch der Südwind E 710. .........................................82 5.1.3 Wellenflansch der Konzeptstudie einer 1-MW-Anlage..........83 5.2 Zeitschriebe und Lastkollektive........................................................84 5.3 Einfluß der Turbulenz und der mittleren Windgeschwindigkeit auf die Lebensdauer..........................................................................86 VII
5.4 Konstruktive Maßnahmen zur Erhöhung der Lebensdauer............. 88 5.5 Ergebnisse der Simulationsrechnungen für Anlagen an verschiedenen Standorten.................................................................90 6 Bewertung..............................................................................................92 6.1 Ergebnisanalyse................................................................................92 6.2 Kritik und Perspektive......................................................................95 7 Zusammenfassung / Abstract...........................................................97 Anhang...............................................................................................................99 Bezeichnungen.................................................................................................118 Literaturverzeichnis.......................................................................................123 VIII
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