Windkraftanlagen: Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Teubner
2005
|
| Ausgabe: | 4., vollst. überarb. und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch Maschinenbau
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXIV, 577 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3519363348 |
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| adam_text | ROBERT GASCH, JOCHEN TWELE WINDKRAFTANLAGEN GRUNDLAGEN, ENTWURF, PLANUNG
UND BETRIEB 4., VOLLSTAENDIG UEBERARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE 2005
PROF. DR.-ING. ROBERT GASCH DR.-ING. JOCHEN TWELE DR.-ING. R BADE
DIPL.-ING. W. CONRAD PROF. DR.-ING. R. GASCH DR.-ING. C. HEILMANN
DR.-ING. K, KAISER DR.-ING. R. KORTENKAMP PROF. DR. DIPL.-ING. M. KUEHN
DIPL.-ING. W. LANGREDER DIPL.-ING. J. LIERSCH DR.-ING. J. MAURER
DR.-ING. A. REUTER DIPL.-ING. M. SCHUBERT DIPL.-ING. B. SUNDERMANN PROF.
DR. A. STOFFEL DR.-ING. J. TWELE HERAUSGEBER: TECHNISCHE UNIVERSITAET
BERUEN TECHNISCHE UNIVERSITAET BERLIN VERFASSER: SUZLON ENERGY GMBH TU
BERLIN DEUTSCHE WINDGUARD DYNAMICS GMBH AERO- & STRUCTURAL DYNAMICS
SUZLON ENERGY GMBH UNIVERSITAET STUTTGART WIND-SOLUTIONS GMBH DEUTSCHE
WINDGUARD DYNAMICS GMBH SFEGMBH RSBCONSULTGMBH REPOWER SYSTEMS AG GE
WIND GMBH FH KOELN ECOFYS GMBH TEUBNER INHALT 0 FRAGEBOGEN VON MAX FRISCH
1 EINLEITUNG 1 1.1 WINDENERGIE IM JAHR 2005 1 1.2 ENERGIE- UND
STROMBEDARF 3 1.3 ENERGIEPOLITISCHE INSTRUMENTE DER REGIERUNGEN 9 1.4
TECHNOLOGISCHE ENTWICKLUNG 13 2 AUS DER GESCHICHTE DER WINDRAEDER 16 2.1
WINDRAEDER MIT VERTIKALER ACHSE 16 2.2 WINDRAEDER MIT HORIZONTALER ACHSE
20 2.2.1 VON DER BOCKWINDMUEHLE ZUR WESTERNMILL 20 2.2.2 TECHNISCHE
NEUERUNGEN 28 2.2.3 BEGINN UND ENDE DES ZEITALTERS DER WINDKRAFTNUTZUNG
IM ABENDLAND 31 2.2.4 DIE ZEIT NACH DEM ERSTEN WELTKRIEG BIS ENDE DER
60ER JAHRE 32 2.2.5 DIE RENAISSANCE DER WINDENERGIE NACH 1980 34 2.3 DIE
PHYSIK DER WINDENERGIENUTZUNG 35 2.3.1 WINDLEISTUNG 35 2.3.2
WIDERSTANDSLAEUFER 38 2.3.3 AUFTRIEBSNUTEENDE WINDRAEDER 43 2.3.4
VERGLEICH VON WIDERSTANDS- UND AUFTRIEBSLAEUFER 46 3 KONSTRUKTIVER AUFBAU
VON WINDKRAFTANLAGEN 51 3.1 ROTOR 54 3.1.1 ROTORBLATT 60 3.1.2 NABE 66
3.1.3 BLATTWINKELVERSTELLUNG 74 3.2 TRIEBSTRANG 77 3.2.1 AUFBAU 77 XIII
3.2.2 GETRIEBE 86 3.2.3 KUPPLUNGEN UND BREMSEN 93 3.2.4 GENERATOREN 95
3.3 HILFSAGGREGATE UND SONSTIGE EINRICHTUNGEN 95 3.3.1 WIND RI CHT
UNGSNACHFUEHRUNG 95 3.3.2 KUEHLUNG UND HEIZUNG 98 3.3.3 BLITZSCHULZ 99
3.3.4 HEBEZEUGE 101 3.3.5 SENSORIK 102 3.4 TURM UND FUNDAMENT 103 3.4.1
TURM 103 3.4.2 FUNDAMENT 110 3.5 FERTIGUNG 112 3.6 DATEN VON
WINDKRAFTANLAGEN 114 4 DER WIND 123 4.1 ENTSTEHUNG DES WINDES 123 4.1.1
GLOBALE WINDSYSTEME 123 4.1.2 GCOSTROPHISCHER WIND 124 4.1.3 LOKALE
WINDE 125 4.2 ATMOSPHAERISCHE GRENZSCHICHT 127 4.2.1 BODENNAHE
GRENZSCHICHT 128 4.2.2 HOEHENPROFIL DES WINDES 129 4.2.3
TURBULENZINTENSITAET 136 4.2.4 DARSTELLUNG DER GEMESSENEN
WINDGESCHWINDIGKEITEN IM ZEIT- BEREICH DURCH HISTOGRAMM UND
VERTEILUNGSFUNKTION 139 4.2.5 SPEKTRALE DARSTELLUNG DES WINDES 145 4.3
ENNITTLUNG VON LEISTUNG, ERTRAG UND BELASTUNGSGROESSEN 148 4.3.1
ERTRAGSABSCHAETZUNG MIT HILFE DER HISTOGRAMME VON WINDGESCHWINDIGKEIT UND
LEISTUNG 149 4.3.2 ERTRAGSEMIITTLUNG AUS WEIBULL UND LEISTUNGSKENNLINIE
149 4.3.3 VERMESSUNG DER LEISTUNGSKURVE 151 XIV 4.3.4 ERTRAGSABSCHAETZUNG
EINES WINDPARKS 153 4.3.5 BELASTUNGSGROESSCN 155 4.4 WINDMESSUNG UND
AUSWERTUNG 164 4.4.1 SCHALENKREUZANEMOMETCR 164 4.4.2
ULTRASCHALLANEMOMETER 166 4.4.3 SODAR 168 4.5 PROGNOSEMETHODEN 170 4.5.1
WIND ATLAS ANALYSIS AND APPLICATION PROGRAMME 170 4.5.2 MESO-SCALE
MODELLE 173 4.5.3 MEASURE-CORRELATE-PREDICT-METHODE 174 5 AUSLEGUNG VON
WINDTURBINEN NACH BETZ UND SCHMITZ 179 5.1 WAS LAESST SICH AUS DEM WIND
AN LEISTUNG ENTNEHMEN? 179 5.1.1 FROUDE-RANKINESCHES THEOREM 184 5.2 DIE
TRAGFLUEGELTHEORIE 185 5.3 ANSTROEMVERHAELTNISSE UND LUFTKRAEFTE AM
ROTIERENDEN FLUEGEL 190 5.3.1 WINDDREIECKE 190 5.3.2 LUFTKRAEFTE AM
ROTIERENDEN FLUEGEL 191 5.4 DIE BETZSCHE OPTIMALAUSLEGUNG 192 5.5
VERLUSTE 195 5.5.1 PROFILVERLUSTE 197 5.5.2 TIP-VERLUSTE 199 5.5.3
DRALLVERLUSTE 201 5.6 DIE SCHMITZSCHE AUSLEGUNG UNTER BERUECKSICHTIGUNG
DER DRALL VERLUSTE 202 5.6.1 DRALLVERLUSTE 208 5.7 PRAKTISCHES VORGEHEN
BEI DER DIMENSIONIERUNG VON WINDTURBINEN 209 5.8 SCHLUSSBEMERKUNG 213 6
KENNFELDBERECHNUNG UND TEILLASTVERHALTEN 218 6.1 BERECHNUNGSVERFAHREN
(BLATTELEMENTMETHODE) 218 6.2 DIMCNSIONSLOSE DARSTELLUNG DER KENNLINIEN
221 6.3 DIMENSIONSLOSE KENNLINIEN EINES SCHNELLLAEUFERS 222 XV 6.4
DIMENSIONSLOSE KENNLINIEN EINES LANGSAM LAU FERS 225 6.5
TURBINENKENNFELDER 227 6.6 ANSTROEMVERHAELTNISSE 229 6.6.1 SCHNELLLAEUFER -
LANGSAMLAEUFER: ZUSAMMENFASSUNG 229 6.6.2 ANSTROEMUNG EINES LANGSAMLAEUFERS
231 6.6.3 ANSTROEMUNG EINES SCHNELLLAEUFERS 235 6.7 VERHALTEN VON
SCHNELLLAEUFERN BEI PITCHVERSTELLUNG 238 6.8 ERWEITERUNG DES
BERECHNUNGSVERFAHRENS 242 6.8.1 ANLAUFBEREICH X XJ (HOHE
AUFTRIEBSBEIWERTE) 243 6.8.2 LEERLAUFBEREICH X AEA (GLAUERTS EMPIRISCHE
FORMEL) 245 6.8.3 PROFILWIDERSTAND 247 6.8.4 ERWEITERTE ITERATION 248
6.9 GRENZEN DER BLATTELEMENTMETHODE UND DREIDIMENSIONALE
BERECHNUNGSVERFAHREN 250 6.9.1 VERAENDERUNG DER PROFILPOLARE DURCH
3D-EFFEKTE 251 6.9.2 INSTATIONAERE EFFEKTE IN DER NAEHE DES
STROEMUNGSABRISSES 252 6.9.3 SINGULARITAETENVERFAHREN 254 6.9.4 NUMERISCHE
STROEMUNGSSIMULATION BEI WINDKRAFTANLAGEN 254 6.9.5 BEISPIELE FUER CFD BEI
WINDKRAFTANLAGEN 255 6.9.6 HINWEISE ZUR CFD-BERECHNUNG VON
WINDKRAFTANLAGEN 260 7 MODELLGESETZE UND AEHNLICHKEITSREGELN 267 7.1
ANWENDUNGEN DER AEHNLICHKEITSTHEORIE 267 7.2 BIEGESPANNUNGEN 271 7.3
ZUGSPANNUNGEN IN DER FLUEGELWURZEL AUS DEN FLIEHKRAEFTEN 272 7.4
BIEGESPANNUNGEN IN DER FLUEGELWURZEL AUFGRUND DES GEWICHTS 274 7.5
VERAENDERUNG DER EIGENFREQUENZEN DES FLUEGELS UND DER FREQUENZVERHAELTNISSE
275 7.6 LUFTKRAFTDAEMPFUNGEN 277 7.7 GRENZEN DES SKALIERENS - WIE GROSS
KOENNEN WINDTURBINEN WERDEN? 279 STRUKTURDYNAMIK 282 8.1 DYNAMISCHE
ANREGUNGEN 283 8.1.1 MASSEN-, TRAEGHEITS- UND GEWICHTSKRAEFTE 284 8.1.2
AERODYNAMISCHE UND HYDRODYNAMISCHE LASTEN 286 8.! .3 TRANSIENTE
ANREGUNGEN AUS MANOEVERN UND DURCH STOERUNGEN 292 8.2 FREIE UND ERZWUNGENE
SCHWINGUNGEN VON WINDTURBINEN - BEISPIELE, PHAENOMENOLOGIE 293 8.2.1
TURM-GONDEL-DYNAMIK 293 8.2.2 BLATTSCHWINGUNGEN 299 8.2.3 TRIEB
STRANGSCHWINGUNGEN 303 8.2.4 TEILMODELLE - GESAMTSYSTEM 304 8.2.5
INSTABILITAETEN UND WEITERE AEROELASTISEHE PROBLEME 306 8.3 SIMULATION
DER GESAMTDYNAMIK 309 8.3.1 MODELLBILDUNG IN SIMULATIONSPROGRAMMEN 309
8.3.2 EINSATZ VON SIMULATIONSPROGRAMMEN 312 8.4 VALIDIERUNG DURCH
MESSUNGEN 313 RICHTLINIEN UND NACHWEISVERFAHREN 316 9.1 ZERTIFIZIERUNG
316 9.1.1 RICHTLINIEN ZUR ZERTIFIZIERUNG: 1EC 61400 317 9.1.2 RICHTLINIE
FUER DIE ZERTIFIZIERUNG VON WINDENERGIEANLAGEN DES GERMANISCHEN LLOYD 318
9.1.3 DIE GUIDELINES FOR DESIGN OF WIND TURBINES DES DNV 318 9.1.4
RICHTLINIE FUER WINDENERGIEANLAGEN, EINWIRKUNGEN UND STANDSI-
CHERHEITSNACHWEISE FUER TURM UND GRUENDUNG (DIBT-RICHTLINIE).. 318 9.1.5
SONSTIGE NORMEN UND RICHTLINIEN 318 9.1.6 WINDKLASSEN UND
STANDORTKATEGORIEN 319 9.1.7 LASTFALLDEFMITIONEN 320 9.2
NACHWEISKONZEPTE 320 9.2.1 GRENZZUSTAND DER TRAGFAEHIGKEIT UND DAS
KONZEPT DER PARTIELLEN SICHERHEITSFAKTOREN 321 9.2.2
GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS 322 XVII 9.2.3 GRUNDLAGEN DES
BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEISES 323 9.3 BEISPIELNACHWEIS STAHLROHRTURM -
EINACHSIGER SPANNUNGSZUSTAND UND ISOTROPES MATERIAL 326 9.3.1
TRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS, NACHWEIS EXTREMLASTEN 326 9.3.2 NACHWEIS DER
BETRIEBSFESTIGKEIT 328 9.3.3 GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS, NACHWEIS
DER EIGENFREQUENZ 329 9.4 NACHWEIS DER ROTORNABE FUER MEHRACHSIGEN
SPANNUNGSZUSTAND UND ISOTROPES MATERIAL 330 9.4.1 GEOMETRISCHE AUSLEGUNG
330 9.4.2 TRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS - VERFAHREN DER KRITISCHEN
SCHNITTEBENEN 331 9.4.3 BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEIS -
VERFAHRENSABHAENGIGE WOHLERLINICN 333 9.5 NACHWEIS DER ROTORBLAETTER FUER
EINACHSIGEN SPANNUNGSZUSTAND UND ORTHOTROPES MATERIAL 334 9.5.1 KONZEPT
DER ZULAESSIGEN DEHNUNG ZUM NACHWEIS DER GURTE 335 9.5.2 LOKALES BAUTEIL
VERSAGEN 336 9.5.3 MATERIAL AUS WAEHL UND FERTIGUNGSVERFAHREN 336 10
WINDPUMPSYSTEME 339 10.1 CHARAKTERISTISCHE ANWENDUNGEN 339 10.2 BAUARTEN
WINDGETRIEBENER PUMPEN 344 10.3 ZUSAMMENWIRKEN VON WINDTURBINE UND PUMPE
352 10.3.1 SINNVOLLE KOMBINATIONEN VON WINDTURBINEN UND PUMPEN 352
10.3.2 QUALITATIVER VERGLEICH VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KOLBEN- UND
KREISELPUMPE 355 10.4 AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN 363 10.4.1 ZIEL DER
AUSLEGUNG 363 10.4.2 WAHL DER NENNWINDGESCHWINDIGKEIT FUER DIE AUSLEGUNG
363 10.4.3 AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEINEN MIT KOLBENPUMPE 364 10.4.4
AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KREISELPUMPE 368 11 WINDKRAFTANLAGEN
ZUR STROMERZEUGUNG - GRUNDLAGEN 373 1 1.1 DIE WECHSEL STROMMASCHINE
(DYNAMOMASCHINE) 374 11.1.1 DIE WECHSEL STROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE)
IM INSELBETRIEB 374 11.1.2 ERREGUNGSARTEN, INNEN- UND AUSSENPOLMASCHINE
384 11.1.3 DIE SYNCHRONE WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) IM
NETZPARALLELBETRIEB 387 11.2 DREHSTROMMASCHINEN, IHR AUFBAU UND DIE
3-PHASIGE SYNCHRONMASCHINE 392 11.2.1 DIE DREHSTROM-ASYNCHRONMASCHINE
397 11.3 LEISTUNGSELEKTRONISCHE KOMPONENTEN VON WINDKRAFLANLAGEN
-UMRICHTER 405 12 STEUERUNG, REGELUNG UND BETRIEBSFUEHRUNG VON
WINDKRATTANLAGEN 413 12.1 MOEGLICHKEITEN AUF DEN TRIEBSTRANG EINZUWIRKEN
418 12.1.1 AERODYNAMISCHE BEEINFLUSSUNGSMOEGLICHKEITEN 419 12.1.2
BEEINFLUSSUNG DES TRIEBSTRANGS DURCH DIE LAST 427 12.2 SENSOREN UND
AKTOREN 427 12.3 REGLER UND REGELSYSTEME 428 12.4 REGELUNGSSTRATEGIE
EINER DREHZAHLVARIABLEN ANLAGE MIT BLATTWINKEL VERSTELLUNG 430 12.5 ZUM
REGLERENTWURF. 432 ANHANG I 433 ANHANG IT 440 13 ANLAGENKONZEPTE 445
13.1 NETZEINSPEISENDE ANLAGEN 446 13.1.1 DAS DAENISCHE KONZEPT:
ASYNCHRONGENCRATOR ZUR DIREKTEN NETZEINSPEISUNG 447 13.1.2 DIREKT
EINSPEISENDER ASYNCHRONGENERATOR MIT DYNAMISCHER SCHLUPFREGELUNG 453 XIX
13.1.3 DREHZAHLVARIABLE WINDKRAFTANLAGE MIT SYNCHRONGENERATOR UND
UMRICHTER MIT GLEICHSPANNUNGS-ZWISCHENKREIS 455 13.1.4 DREHZAHLVARIABLE
WINDKRAFTANLAGE MIT DOPPELT GESPEISTER ASYNCHRONMASCHINE UND UMRICHTER
IM LAEUFERKREIS 457 13.1.5 LEISTUNGSKURVEN UND GESAMTWIRKUNGSGRADE DREIER
ANLAGENKONZCPTE - KLEINER VERGLEICH 459 13.2 EINZEL- UND INSELANLAGEN
461 13.2.1 BATTERIELADER 461 13.2.2 WIDERSTANDSHEIZUNG MIT
SYNCHRONGENERATOREN 464 13.2.3 WINDPUMPSYSTEM MIT ELEKTRISCHER
LEISTUNGSUEBERTRAGUNG 466 13.2.4 KLEINES INSELNETZ 469 13.2.5
ASYNCHRONGENERATOR IM INSELNETZBETRIEB 472 13.3 VERBUNDANLAGCN 474
13.3.1 WIND-DIESELSYSTEM MIT FLIEHKRATTSPEICHER 476 13.3.2
WIND-DIESELSYSTEM MIT GEMEINSAMER GLEICHSTROMSCHIENE 476 13.3.3
WIND-DIESCL-PHOTOVOLTAIK VERBUND (KLEINSTNETZ) 477 13.3.4
SCHLUSSBEMERKUNG 477 BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN IM ELEKTRISCHEN
VERBUNDNETZ 480 14.1 DAS ELEKTRISCHE VERBUNDNETZ 480 14.1.1 STRUKTUR DES
ELEKTRISCHEN VERBUNDNETZES 480 14.1.2 NETZBETRIEB 484 14.2
WINDKRAFTANLAGEN IM ELEKTRISCHEN VERBUNDNETZ 489 14.2.1 TECHNISCHE
ANFORDERUNGEN AN DEN NETZANSCHLUSS 489 14.2.2 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN
NETZ- UND WINDKRAFTANLAGEN- BETRIEB - NETZRUECKWIRKUNGEN UND
NETZVERTRAEGLICHKEIT 493 14.2.3 EIGENSCHAFTEN VON ANLAGEN-KONZEPTEN IM
NETZBETRIEB 495 PLANUNG, BETRIEB UND WIRTSCHAFTLICHKEIT VON
WINDKRAFTANLAGEN 499 15.1 PLANUNG UND PROJEKTIERUNG VON WINDPARKS 500
15.1.1 TECHNISCHE PLANUNGSASPEKTE 500 15.1.2 GENEHMIGUNGSRECHTLICHE
ASPEKTE 503 XX 15.1.3 ABSCHAETZUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT 510 15.2 BAU
UND BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN 518 15.2.1 TECHNISCHE ASPEKTE VON
AUFBAU UND BETRIEB VON WINDKRAFT- ANLAGEN 518 15.2.2 RECHTLICHE ASPEKTE
526 15.2.3 WIRTSCHAFTLICHKEIT IM BETRIEB 527 15.2.4 EINFLUSS VON
NABENHOEHE UND ANLAGENKONZEPT AUF DEN ERTRAG... 530 15.2.5 ALLGEMEINE
ABSCHAETZUNG DES JAHRESERTRAGS MIT IDEALISIERTER ANLAGE 536 16
OFFSHORE-WINDPARKS 539 16.1 UMWELTBEDINGUNGEN AUF SEE 541 16.2
ENTWURFSANFORDERUNGEN FUER OFFSHORE-ANLAGEN 547 16.3 WINDENERGIEANLAGE
548 16.4 TRAGSTRUKTUR UND INSTALLATION AUF SEE 550 16.5 NETZINTEGRATION
UND LAYOUT VON WINDPARKS 554 16.6 BETRIEB UND WARTUNG 556 16.7
WIRTSCHAFTLICHKEIT 55 § STICH WOR TVERZEICH NIS 563
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