Windkraftanlagen: Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb
Gespeichert in:
| Format: | Buch |
|---|---|
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Teubner
2007
|
| Ausgabe: | 5., überarb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch Maschinenbau
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Beschreibung für Leser Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXV, 569 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783835101364 |
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ROBERT GASCH, JOCHEN TWELE WINDKRAFTANLAGEN GRUNDLAGEN, ENTWURF, PLANUNG
UND BETRIEB 5., UEBERARBEITETE AUFLAGE PROF. DR.-ING. ROBERT GASCH PROF.
DR.-ING. JOCHEN TWELE DR.-ING. P. 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 PROF. DR.-ING.
J. TWELE HERAUSGEBER: TECHNISCHE UNIVERSITAET BERLIN TECHNISCHE
UNIVERSITAET BERLIN VERFASSER: SUZLON ENERGY GMBH TU BERLIN DEUTSCHE
WINDGUARD DYNAMICS GMBH AERO- & STRUCTURAL DYNAMICS SUZLON
WINDKRAFTANLAGEN GMBH UNIVERSITAET STUTTGART SUZLON ENERGY A/S DEUTSCHE
WINDGUARD DYNAMICS GMBH SFEGMBH RSBCONSULTGMBH REPOWER SYSTEMS AG GE
WIND GMBH FH KOELN FHTW BERLIN 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
19 2.2.1 VON DER BOCKWINDMUEHLE ZUR WESTERNMILL 19 2.2.2 TECHNISCHE
NEUERUNGEN 27 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 31 2.2.5 DIE RENAISSANCE DER WINDENERGIE NACH 1980 33 2.3 DIE
PHYSIK DER WINDENERGIENUTZUNG 34 2.3.1 WINDLEISTUNG 34 2.3.2
WIDERSTANDSLAEUFER 37 2.3.3 AUFTRIEBSNUTZENDE WINDRAEDER 41 2.3.4
VERGLEICH VON WIDERSTANDS- UND AUFTRIEBSLAEUFER 44 3 KONSTRUKTIVER AUFBAU
VON WINDKRAFTANLAGEN 49 3.1 ROTOR 51 3.1.1 ROTORBLATT 57 3.1.2 NABE 62
3.1.3 BLATTWINKELVERSTELLUNG 69 3.2 TRIEBSTRANG 73 3.2.1 AUFBAU 73 XIV
3.2.2 GETRIEBE 80 3.2.3 KUPPLUNGEN UND BREMSEN 88 3.2.4 GENERATOREN 90
3.3 HILFSAGGREGATE UND SONSTIGE EINRICHTUNGEN 90 3.3.1
WINDRICHTUNGSNACHFUEHRUNG 90 3.3.2 KUEHLUNG UND HEIZUNG 93 3.3.3
BLITZSCHUTZ 94 3.3.4 HEBEZEUGE 96 3.4 TURM UND FUNDAMENT 98 3.4.1 TURM
98 3.4.2 FUNDAMENT 106 3.5 FERTIGUNG 107 3.6 DATEN VON WINDKRAFTANLAGEN
110 4 DER WIND 119 4.1 ENTSTEHUNG DES WINDES 119 4.1.1 GLOBALE
WINDSYSTEME 119 4.1.2 GEOSTROPHISCHER WIND 120 4.1.3 LOKALE WINDE 121
4.2 ATMOSPHAERISCHE GRENZSCHICHT 123 4.2.1 BODENNAHE GRENZSCHICHT 124
4.2.2 HOEHENPROFIL DES WINDES 125 4.2.3 TURBULENZINTENSITAET 132 4.2.4
DARSTELLUNG DER GEMESSENEN WINDGESCHWINDIGKEITEN IM ZEITBEREICH DURCH
HAEUFIGKEITSVERTEILUNG UND VERTEILUNGS- FUNKTIONEN 136 4.2.5 SPEKTRALE
DARSTELLUNG DES WINDES 143 4.3 ERMITTLUNG VON LEISTUNG, ERTRAG UND
BELASTUNGSGROESSEN 146 4.3.1 ERTRAGSABSCHAETZUNG MIT HILFE DER HISTOGRAMME
VON WINDGESCHWINDIGKEIT UND TURBINENLEISTUNG 147 4.3.2 ERTRAGSERMITTLUNG
AUS VERTEILUNGSFUNKTION UND LEISTUNGS- KENNLINIE 148 XV 4.3.3 VERMESSUNG
DER LEISTUNGSKURVE 148 4.3.4 ERTRAGSABSCHAETZUNG EINES WINDPARKS 150
4.3.5 WIND- UND STANDORTEINFLUSS AUF ANLAGENBELASTUNG 152 4.4
WINDMESSUNG UND AUSWERTUNG 162 4.4.1 SCHALENKREUZANEMOMETER 163 4.4.2
ULTRASCHALLANEMOMETER 164 4.4.3 SODAR 165 4.5 PROGNOSE DER
WINDVERHAELTNISSE 168 4.5.1 WIND ATLAS ANALYSIS AND APPLICATION PROGRAMME
168 4.5.2 MESO-SCALE MODELLE 171 4.5.3 MEASURE-CORRELATE-PREDICT-METHODE
172 AUSLEGUNG VON WINDTURBINEN NACH BETZ UND SCHMITZ 177 5.1 WAS LAESST
SICH AUS DEM WIND AN LEISTUNG ENTNEHMEN? 177 5.1.1 FROUDE-RANKINESCHES
THEOREM 181 5.2 DIE TRAGFLUEGELTHEORIE 182 5.3 ANSTROEMVERHAELTNISSE UND
LUFTKRAEFTE AM ROTIERENDEN FLUEGEL 187 5.3.1 WINDDREIECKE 187 5.3.2
LUFTKRAEFTE AM ROTIERENDEN FLUEGEL 188 5.4 DIE BETZSCHE OPTIMALAUSLEGUNG
190 5.5 VERLUSTE 192 5.5.1 PROFILVERLUSTE 193 5.5.2 TIP-VERLUSTE 195
5.5.3 DRALLVERLUSTE 197 5.6 DIE SCHMITZSCHE AUSLEGUNG UNTER
BERUECKSICHTIGUNG DER DRALLVERLUSTE 199 5.6.1 DRALLVERLUSTE 204 5.7
PRAKTISCHES VORGEHEN BEI DER DIMENSIONIERUNG VON WINDTURBINEN 205 5.8
SCHLUSSBEMERKUNG 209 KENNFELDBERECHNUNG UND TEILLASTVERHALTEN 214 6.1
BERECHNUNGSVERFAHREN (BLATTELEMENTMETHODE) 214 6.2 DIMENSIONSLOSE
DARSTELLUNG DER KENNLINIEN 217 6.3 DIMENSIONSLOSE KENNLINIEN EINES
SCHNELLLAEUFERS 218 6.4 DIMENSIONSLOSE KENNLINIEN EINES LANGSAMLAEUFERS
220 6.5 TURBINENKENNFELDER 223 6.6 ANSTROEMVERHAELTNISSE 225 6.6.1
SCHNELLLAEUFER - LANGSAMLAEUFER: ZUSAMMENFASSUNG 225 6.6.2 ANSTROEMUNG
EINES LANGSAMLAEUFERS 227 6.6.3 ANSTROEMUNG EINES SCHNELLLAEUFERS 229 6.7
VERHALTEN VON SCHNELLLAEUFERN BEI PITCHVERSTELLUNG 232 6.8 ERWEITERUNG
DES BERECHNUNGSVERFAHRENS 236 6.8.1 ANLAUFBEREICH X (HOHE
AUFTRIEBSBEIWERTE) 237 6.8.2 LEERLAUFBEREICH X /IA (GLAUERTS EMPIRISCHE
FORMEL) 239 6.8.3 PROFILWIDERSTAND 241 6.8.4 ERWEITERTE ITERATION 242
6.9 GRENZEN DER BLATTELEMENTMETHODE UND DREIDIMENSIONALE
BERECHNUNGSVERFAHREN 244 6.9.1 AUFTRIEBSVERTEILUNG UND DREIDIMENSIONALE
EFFEKTE 245 6.9.2 DYNAMISCHE STROEMUNGSABLOESUNG (DYNAMIC STALL) 248 6.9.3
SINGULARITAETENVERFAHREN 249 6.9.4 NUMERISCHE STROEMUNGSSIMULATION BEI
WINDKRAFTANLAGEN 250 6.9.5 BEISPIELE FUER CFD BEI WINDKRAFTANLAGEN 252
MODELLGESETZE UND AEHNLICHKEITSREGELN 261 7.1 ANWENDUNGEN DER
AEHNLICHKEITSTHEORIE 261 7.2 BIEGESPANNUNGEN 265 7.3 ZUGSPANNUNGEN IN DER
FLUEGELWURZEL AUS DEN FLIEHKRAEFTEN 266 7.4 BIEGESPANNUNGEN IN DER
FLUEGELWURZEL AUFGRUND DES GEWICHTS 268 7.5 VERAENDERUNG DER
EIGENFREQUENZEN DES FLUEGELS UND DER FREQUENZVERHAELTNISSE 269 7.6
LUFTKRAFTDAEMPFUNGEN 271 7.7 GRENZEN DES SKALIERENS - WIE GROSS KOENNEN
WINDTURBINEN WERDEN? 273 STRUKTURDYNAMIK 275 XVII 8.1 DYNAMISCHE
ANREGUNGEN 276 8.1.1 MASSEN-, TRAEGHEITS- UND GEWICHTSKRAEFTE 277 8.1.2
AERODYNAMISCHE UND HYDRODYNAMISCHE LASTEN 279 8.1.3 TRANSIENTE
ANREGUNGEN AUS MANOEVERN UND DURCH STOERUNGEN 285 8.2 FREIE UND ERZWUNGENE
SCHWINGUNGEN VON WINDTURBINEN - BEISPIELE, PHAENOMENOLOGIE 286 8.2.1
TURM-GONDEL-DYNAMIK 286 8.2.2 BLATTSCHWINGUNGEN 292 8.2.3
TRIEBSTRANGSCHWINGUNGEN 295 8.2.4 TEILMODELLE - GESAMTSYSTEM 296 8.2.5
INSTABILITAETEN UND WEITERE AEROELASTISCHE PROBLEME 299 8.3 SIMULATION
DER GESAMTDYNAMIK 301 8.3.1 MODELLBILDUNG IN SIMULATIONSPROGRAMMEN 302
8.3.2 EINSATZ VON SIMULATIONSPROGRAMMEN 305 8.4 VALIDIERUNG DURCH
MESSUNGEN 306 RICHTLINIEN UND NACHWEISVERFAHREN 309 9.1 ZERTIFIZIERUNG
309 9.1.1 RICHTLINIEN ZUR ZERTIFIZIERUNG: IEC 61400 310 9.1.2 RICHTLINIE
FUER DIE ZERTIFIZIERUNG VON WINDENERGIEANLAGEN DES GERMANISCHEN LLOYD 311
9.1.3 DIE "GUIDELINES FOR DESIGN OF WIND TURBINES" DES DNV 311 9.1.4
RICHTLINIE FUER WINDENERGIEANLAGEN, EINWIRKUNGEN UND STANDSI-
CHERHEITSNACHWEISE FUER TURM UND GRUENDUNG (DIBT-RICHTLINIE). 311 9.1.5
SONSTIGE NORMEN UND RICHTLINIEN 311 9.1.6 WINDKLASSEN UND
STANDORTKATEGORIEN 311 9.1.7 LASTFALLDEFINITIONEN 312 9.2
NACHWEISKONZEPTE 313 9.2.1 GRENZZUSTAND DER TRAGFAEHIGKEIT UND DAS
KONZEPT DER PARTIELLEN SICHERHEITSFAKTOREN 314 9.2.2
GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS 315 9.2.3 GRUNDLAGEN DES
BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEISES 316 9.3 BEISPIELNACHWEIS STAHLROHRTURM -
EINACHSIGER SPANNUNGSZUSTAND UND ISOTROPES MATERIAL 319 9.3.1
TRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS, NACHWEIS EXTREMLASTEN 319 9.3.2 NACHWEIS DER
BETRIEBSFESTIGKEIT 321 9.3.3 GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS, NACHWEIS
DER EIGENFREQUENZ. 321 9.4 NACHWEIS DER ROTORNABE FUER MEHRACHSIGEN
SPANNUNGSZUSTAND UND ISOTROPES MATERIAL 323 9.4.1 GEOMETRISCHE AUSLEGUNG
323 9.4.2 TRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS - VERFAHREN DER KRITISCHEN
SCHNITTEBENEN 323 9.4.3 BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEIS -
VERFAHRENSABHAENGIGE WOEHLERLINIEN 325 9.5 NACHWEIS DER ROTORBLAETTER FUER
EINACHSIGEN SPANNUNGSZUSTAND UND ORTHOTROPES MATERIAL 326 9.5.1 KONZEPT
DER ZULAESSIGEN DEHNUNG ZUM NACHWEIS DER GURTE 327 9.5.2 LOKALES
BAUTEILVERSAGEN 328 9.5.3 MATERIALAUSWAHL UND FERTIGUNGSVERFAHREN 329
WINDPUMPSYSTEME 332 10.1 CHARAKTERISTISCHE ANWENDUNGEN 332 10.2 BAUARTEN
WINDGETRIEBENER PUMPEN 336 10.3 ZUSAMMENWIRKEN VON WINDTURBINE UND PUMPE
344 10.3.1 SINNVOLLE KOMBINATIONEN VON WINDTURBINEN UND PUMPEN 344
10.3.2 QUALITATIVER VERGLEICH VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KOLBEN- UND
KREISELPUMPE 348 10.4 AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN 356 10.4.1 ZIEL DER
AUSLEGUNG 356 10.4.2 WAHL DER NENNWINDGESCHWINDIGKEIT FUER DIE AUSLEGUNG
356 10.4.3 AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KOLBENPUMPE 358 10.4.4
AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KREISELPUMPE 362 XIX 11
WINDKRAFTANLAGEN ZUR STROMERZEUGUNG - GRUNDLAGEN 367 11.1 DIE
WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) 368 11.1.1 DIE
WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) IM INSELBETRIEB 368 11.1.2
ERREGUNGSARTEN, INNEN- UND AUSSENPOLMASCHINE 378 11.1.3 DIE SYNCHRONE
WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) IM NETZPARALLELBETRIEB 380 11.2
DREHSTROMMASCHINEN 386 11.2.1 DIE DREIPHASIGE SYNCHRONMASCHINE 386
11.2.2 DIE DREHSTROM-ASYNCHRONMASCHINE 390 11.3 LEISTUNGSELEKTRONISCHE
KOMPONENTEN VON WINDKRAFTANLAGEN -UMRICHTER 400 12 STEUERUNG, REGELUNG
UND BETRIEBSFUEHRUNG VON WINDKRAFTANLAGEN 408 12.1 MOEGLICHKEITEN AUF DEN
TRIEBSTRANG EINZUWIRKEN 413 12.1.1 AERODYNAMISCHE
BEEINFLUSSUNGSMOEGLICHKEITEN 413 12.1.2 BEEINFLUSSUNG DES TRIEBSTRANGS
DURCH DIE LAST 421 12.2 SENSOREN UND AKTOREN 421 12.3 REGLER UND
REGELSYSTEME 422 12.4 REGELUNGSSTRATEGIE EINER DREHZAHLVARIABLEN ANLAGE
MIT BLATTWINKELVERSTELLUNG 424 12.5 ZUM REGLERENTWURF 426 ANHANG I 427
ANHANG II 434 13 ANLAGENKONZEPTE 439 13.1 NETZEINSPEISENDE ANLAGEN 440
13.1.1 DAS DAENISCHE KONZEPT: ASYNCHRONGENERATOR ZUR DIREKTEN
NETZEINSPEISUNG 441 13.1.2 DIREKT EINSPEISENDER ASYNCHRONGENERATOR MIT
DYNAMISCHER SCHLUPFREGELUNG 447 13.1.3 DREHZAHLVARIABLE WINDKRAFTANLAGE
MIT SYNCHRONGENERATOR UND UMRICHTER MIT GLEICHSPANNUNGS-ZWISCHENKREIS
449 13.1.4 DREHZAHLVARIABLE WINDKRAFTANLAGE MIT DOPPELT GESPEISTER
ASYNCHRONMASCHINE UND UMRICHTER IM LAEUFERKREIS 451 13.1.5
LEISTUNGSKURVEN UND GESAMTWIRKUNGSGRADE DREIER ANLAGENKONZEPTE - KLEINER
VERGLEICH 453 13.2 EINZEL- UND INSELANLAGEN 455 13.2.1 BATTERIELADER 455
13.2.2 WIDERSTANDSHEIZUNG MIT SYNCHRONGENERATOREN 458 13.2.3
WINDPUMPSYSTEM MIT ELEKTRISCHER LEISTUNGSUEBERTRAGUNG 459 13.2.4 KLEINES
INSELNETZ 463 13.2.5 ASYNCHRONGENERATOR IM INSELNETZBETRIEB 463 13.3
VERBUNDANLAGEN 466 13.3.1 WIND-DIESELSYSTEM MIT SCHWUNGRADSPEICHER 470
13.3.2 WIND-DIESELSYSTEM MIT GEMEINSAMER GLEICHSTROMSCHIENE 470 13.3.3
WIND-DIESEL-PHOTOVOLTAIK VERBUND (KLEINSTNETZ) 471 13.3.4
SCHLUSSBEMERKUNG 471 BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN IM ELEKTRISCHEN
VERBUNDNETZ 474 14.1 DAS ELEKTRISCHE VERBUNDNETZ 474 14.1.1 STRUKTUR DES
ELEKTRISCHEN VERBUNDNETZES 474 14.1.2 NETZBETRIEB 478 14.2
WINDKRAFTANLAGEN IM ELEKTRISCHEN VERBUNDNETZ 483 14.2.1 TECHNISCHE
ANFORDERUNGEN AN DEN NETZANSCHLUSS 483 14.2.2 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN
NETZ- UND WINDKRAFTANLAGEN- BETRIEB - NETZRUECKWIRKUNGEN UND
NETZVERTRAEGLICHKEIT 487 14.2.3 EIGENSCHAFTEN VON ANLAGEN-KONZEPTEN IM
NETZBETRIEB 489 PLANUNG, BETRIEB UND WIRTSCHAFTLICHKEIT VON
WINDKRAFTANLAGEN 493 15.1 PLANUNG UND PROJEKTIERUNG VON WINDPARKS 494
15.1.1 TECHNISCHE PLANUNGSASPEKTE 494 XXI 15.1.2 GENEHMIGUNGSRECHTLICHE
ASPEKTE 497 15.1.3 ABSCHAETZUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT 504 15.2 BAU UND
BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN 512 15.2.1 TECHNISCHE ASPEKTE VON AUFBAU
UND BETRIEB VON WINDKRAFT- ANLAGEN 512 15.2.2 RECHTLICHE ASPEKTE 520
15.2.3 WIRTSCHAFTLICHKEIT IM BETRIEB 521 15.2.4 EINFLUSS VON NABENHOEHE
UND ANLAGENKONZEPT AUF DEN ERTRAG. 524 15.2.5 ALLGEMEINE ABSCHAETZUNG
DES JAHRESERTRAGS MIT IDEALISIERTER ANLAGE 530 16 OFFSHORE-WINDPARKS 533
16.1 UMWELTBEDINGUNGEN AUF SEE 534 16.2 ENTWURFSANFORDERUNGEN FUER
OFFSHORE-ANLAGEN 539 16.3 WINDENERGIEANLAGE 541 16.4 TRAGSTRUKTUR UND
INSTALLATION AUF SEE 543 16.5 NETZINTEGRATION UND LAYOUT VON WINDPARKS
547 16.6 BETRIEB UND WARTUNG 549 16.7 WIRTSCHAFTLICHKEIT 551
STICHWORTVERZEICHNIS 555 |
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ROBERT GASCH, JOCHEN TWELE WINDKRAFTANLAGEN GRUNDLAGEN, ENTWURF, PLANUNG
UND BETRIEB 5., UEBERARBEITETE AUFLAGE PROF. DR.-ING. ROBERT GASCH PROF.
DR.-ING. JOCHEN TWELE DR.-ING. P. 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 PROF. DR.-ING.
J. TWELE HERAUSGEBER: TECHNISCHE UNIVERSITAET BERLIN TECHNISCHE
UNIVERSITAET BERLIN VERFASSER: SUZLON ENERGY GMBH TU BERLIN DEUTSCHE
WINDGUARD DYNAMICS GMBH AERO- & STRUCTURAL DYNAMICS SUZLON
WINDKRAFTANLAGEN GMBH UNIVERSITAET STUTTGART SUZLON ENERGY A/S DEUTSCHE
WINDGUARD DYNAMICS GMBH SFEGMBH RSBCONSULTGMBH REPOWER SYSTEMS AG GE
WIND GMBH FH KOELN FHTW BERLIN 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
19 2.2.1 VON DER BOCKWINDMUEHLE ZUR WESTERNMILL 19 2.2.2 TECHNISCHE
NEUERUNGEN 27 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 31 2.2.5 DIE RENAISSANCE DER WINDENERGIE NACH 1980 33 2.3 DIE
PHYSIK DER WINDENERGIENUTZUNG 34 2.3.1 WINDLEISTUNG 34 2.3.2
WIDERSTANDSLAEUFER 37 2.3.3 AUFTRIEBSNUTZENDE WINDRAEDER 41 2.3.4
VERGLEICH VON WIDERSTANDS- UND AUFTRIEBSLAEUFER 44 3 KONSTRUKTIVER AUFBAU
VON WINDKRAFTANLAGEN 49 3.1 ROTOR 51 3.1.1 ROTORBLATT 57 3.1.2 NABE 62
3.1.3 BLATTWINKELVERSTELLUNG 69 3.2 TRIEBSTRANG 73 3.2.1 AUFBAU 73 XIV
3.2.2 GETRIEBE 80 3.2.3 KUPPLUNGEN UND BREMSEN 88 3.2.4 GENERATOREN 90
3.3 HILFSAGGREGATE UND SONSTIGE EINRICHTUNGEN 90 3.3.1
WINDRICHTUNGSNACHFUEHRUNG 90 3.3.2 KUEHLUNG UND HEIZUNG 93 3.3.3
BLITZSCHUTZ 94 3.3.4 HEBEZEUGE 96 3.4 TURM UND FUNDAMENT 98 3.4.1 TURM
98 3.4.2 FUNDAMENT 106 3.5 FERTIGUNG 107 3.6 DATEN VON WINDKRAFTANLAGEN
110 4 DER WIND 119 4.1 ENTSTEHUNG DES WINDES 119 4.1.1 GLOBALE
WINDSYSTEME 119 4.1.2 GEOSTROPHISCHER WIND 120 4.1.3 LOKALE WINDE 121
4.2 ATMOSPHAERISCHE GRENZSCHICHT 123 4.2.1 BODENNAHE GRENZSCHICHT 124
4.2.2 HOEHENPROFIL DES WINDES 125 4.2.3 TURBULENZINTENSITAET 132 4.2.4
DARSTELLUNG DER GEMESSENEN WINDGESCHWINDIGKEITEN IM ZEITBEREICH DURCH
HAEUFIGKEITSVERTEILUNG UND VERTEILUNGS- FUNKTIONEN 136 4.2.5 SPEKTRALE
DARSTELLUNG DES WINDES 143 4.3 ERMITTLUNG VON LEISTUNG, ERTRAG UND
BELASTUNGSGROESSEN 146 4.3.1 ERTRAGSABSCHAETZUNG MIT HILFE DER HISTOGRAMME
VON WINDGESCHWINDIGKEIT UND TURBINENLEISTUNG 147 4.3.2 ERTRAGSERMITTLUNG
AUS VERTEILUNGSFUNKTION UND LEISTUNGS- KENNLINIE 148 XV 4.3.3 VERMESSUNG
DER LEISTUNGSKURVE 148 4.3.4 ERTRAGSABSCHAETZUNG EINES WINDPARKS 150
4.3.5 WIND- UND STANDORTEINFLUSS AUF ANLAGENBELASTUNG 152 4.4
WINDMESSUNG UND AUSWERTUNG 162 4.4.1 SCHALENKREUZANEMOMETER 163 4.4.2
ULTRASCHALLANEMOMETER 164 4.4.3 SODAR 165 4.5 PROGNOSE DER
WINDVERHAELTNISSE 168 4.5.1 WIND ATLAS ANALYSIS AND APPLICATION PROGRAMME
168 4.5.2 MESO-SCALE MODELLE 171 4.5.3 MEASURE-CORRELATE-PREDICT-METHODE
172 AUSLEGUNG VON WINDTURBINEN NACH BETZ UND SCHMITZ 177 5.1 WAS LAESST
SICH AUS DEM WIND AN LEISTUNG ENTNEHMEN? 177 5.1.1 FROUDE-RANKINESCHES
THEOREM 181 5.2 DIE TRAGFLUEGELTHEORIE 182 5.3 ANSTROEMVERHAELTNISSE UND
LUFTKRAEFTE AM ROTIERENDEN FLUEGEL 187 5.3.1 WINDDREIECKE 187 5.3.2
LUFTKRAEFTE AM ROTIERENDEN FLUEGEL 188 5.4 DIE BETZSCHE OPTIMALAUSLEGUNG
190 5.5 VERLUSTE 192 5.5.1 PROFILVERLUSTE 193 5.5.2 TIP-VERLUSTE 195
5.5.3 DRALLVERLUSTE 197 5.6 DIE SCHMITZSCHE AUSLEGUNG UNTER
BERUECKSICHTIGUNG DER DRALLVERLUSTE 199 5.6.1 DRALLVERLUSTE 204 5.7
PRAKTISCHES VORGEHEN BEI DER DIMENSIONIERUNG VON WINDTURBINEN 205 5.8
SCHLUSSBEMERKUNG 209 KENNFELDBERECHNUNG UND TEILLASTVERHALTEN 214 6.1
BERECHNUNGSVERFAHREN (BLATTELEMENTMETHODE) 214 6.2 DIMENSIONSLOSE
DARSTELLUNG DER KENNLINIEN 217 6.3 DIMENSIONSLOSE KENNLINIEN EINES
SCHNELLLAEUFERS 218 6.4 DIMENSIONSLOSE KENNLINIEN EINES LANGSAMLAEUFERS
220 6.5 TURBINENKENNFELDER 223 6.6 ANSTROEMVERHAELTNISSE 225 6.6.1
SCHNELLLAEUFER - LANGSAMLAEUFER: ZUSAMMENFASSUNG 225 6.6.2 ANSTROEMUNG
EINES LANGSAMLAEUFERS 227 6.6.3 ANSTROEMUNG EINES SCHNELLLAEUFERS 229 6.7
VERHALTEN VON SCHNELLLAEUFERN BEI PITCHVERSTELLUNG 232 6.8 ERWEITERUNG
DES BERECHNUNGSVERFAHRENS 236 6.8.1 ANLAUFBEREICH X (HOHE
AUFTRIEBSBEIWERTE) 237 6.8.2 LEERLAUFBEREICH X /IA (GLAUERTS EMPIRISCHE
FORMEL) 239 6.8.3 PROFILWIDERSTAND 241 6.8.4 ERWEITERTE ITERATION 242
6.9 GRENZEN DER BLATTELEMENTMETHODE UND DREIDIMENSIONALE
BERECHNUNGSVERFAHREN 244 6.9.1 AUFTRIEBSVERTEILUNG UND DREIDIMENSIONALE
EFFEKTE 245 6.9.2 DYNAMISCHE STROEMUNGSABLOESUNG (DYNAMIC STALL) 248 6.9.3
SINGULARITAETENVERFAHREN 249 6.9.4 NUMERISCHE STROEMUNGSSIMULATION BEI
WINDKRAFTANLAGEN 250 6.9.5 BEISPIELE FUER CFD BEI WINDKRAFTANLAGEN 252
MODELLGESETZE UND AEHNLICHKEITSREGELN 261 7.1 ANWENDUNGEN DER
AEHNLICHKEITSTHEORIE 261 7.2 BIEGESPANNUNGEN 265 7.3 ZUGSPANNUNGEN IN DER
FLUEGELWURZEL AUS DEN FLIEHKRAEFTEN 266 7.4 BIEGESPANNUNGEN IN DER
FLUEGELWURZEL AUFGRUND DES GEWICHTS 268 7.5 VERAENDERUNG DER
EIGENFREQUENZEN DES FLUEGELS UND DER FREQUENZVERHAELTNISSE 269 7.6
LUFTKRAFTDAEMPFUNGEN 271 7.7 GRENZEN DES SKALIERENS - WIE GROSS KOENNEN
WINDTURBINEN WERDEN? 273 STRUKTURDYNAMIK 275 XVII 8.1 DYNAMISCHE
ANREGUNGEN 276 8.1.1 MASSEN-, TRAEGHEITS- UND GEWICHTSKRAEFTE 277 8.1.2
AERODYNAMISCHE UND HYDRODYNAMISCHE LASTEN 279 8.1.3 TRANSIENTE
ANREGUNGEN AUS MANOEVERN UND DURCH STOERUNGEN 285 8.2 FREIE UND ERZWUNGENE
SCHWINGUNGEN VON WINDTURBINEN - BEISPIELE, PHAENOMENOLOGIE 286 8.2.1
TURM-GONDEL-DYNAMIK 286 8.2.2 BLATTSCHWINGUNGEN 292 8.2.3
TRIEBSTRANGSCHWINGUNGEN 295 8.2.4 TEILMODELLE - GESAMTSYSTEM 296 8.2.5
INSTABILITAETEN UND WEITERE AEROELASTISCHE PROBLEME 299 8.3 SIMULATION
DER GESAMTDYNAMIK 301 8.3.1 MODELLBILDUNG IN SIMULATIONSPROGRAMMEN 302
8.3.2 EINSATZ VON SIMULATIONSPROGRAMMEN 305 8.4 VALIDIERUNG DURCH
MESSUNGEN 306 RICHTLINIEN UND NACHWEISVERFAHREN 309 9.1 ZERTIFIZIERUNG
309 9.1.1 RICHTLINIEN ZUR ZERTIFIZIERUNG: IEC 61400 310 9.1.2 RICHTLINIE
FUER DIE ZERTIFIZIERUNG VON WINDENERGIEANLAGEN DES GERMANISCHEN LLOYD 311
9.1.3 DIE "GUIDELINES FOR DESIGN OF WIND TURBINES" DES DNV 311 9.1.4
RICHTLINIE FUER WINDENERGIEANLAGEN, EINWIRKUNGEN UND STANDSI-
CHERHEITSNACHWEISE FUER TURM UND GRUENDUNG (DIBT-RICHTLINIE). 311 9.1.5
SONSTIGE NORMEN UND RICHTLINIEN 311 9.1.6 WINDKLASSEN UND
STANDORTKATEGORIEN 311 9.1.7 LASTFALLDEFINITIONEN 312 9.2
NACHWEISKONZEPTE 313 9.2.1 GRENZZUSTAND DER TRAGFAEHIGKEIT UND DAS
KONZEPT DER PARTIELLEN SICHERHEITSFAKTOREN 314 9.2.2
GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS 315 9.2.3 GRUNDLAGEN DES
BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEISES 316 9.3 BEISPIELNACHWEIS STAHLROHRTURM -
EINACHSIGER SPANNUNGSZUSTAND UND ISOTROPES MATERIAL 319 9.3.1
TRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS, NACHWEIS EXTREMLASTEN 319 9.3.2 NACHWEIS DER
BETRIEBSFESTIGKEIT 321 9.3.3 GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS, NACHWEIS
DER EIGENFREQUENZ. 321 9.4 NACHWEIS DER ROTORNABE FUER MEHRACHSIGEN
SPANNUNGSZUSTAND UND ISOTROPES MATERIAL 323 9.4.1 GEOMETRISCHE AUSLEGUNG
323 9.4.2 TRAGFAEHIGKEITSNACHWEIS - VERFAHREN DER KRITISCHEN
SCHNITTEBENEN 323 9.4.3 BETRIEBSFESTIGKEITSNACHWEIS -
VERFAHRENSABHAENGIGE WOEHLERLINIEN 325 9.5 NACHWEIS DER ROTORBLAETTER FUER
EINACHSIGEN SPANNUNGSZUSTAND UND ORTHOTROPES MATERIAL 326 9.5.1 KONZEPT
DER ZULAESSIGEN DEHNUNG ZUM NACHWEIS DER GURTE 327 9.5.2 LOKALES
BAUTEILVERSAGEN 328 9.5.3 MATERIALAUSWAHL UND FERTIGUNGSVERFAHREN 329
WINDPUMPSYSTEME 332 10.1 CHARAKTERISTISCHE ANWENDUNGEN 332 10.2 BAUARTEN
WINDGETRIEBENER PUMPEN 336 10.3 ZUSAMMENWIRKEN VON WINDTURBINE UND PUMPE
344 10.3.1 SINNVOLLE KOMBINATIONEN VON WINDTURBINEN UND PUMPEN 344
10.3.2 QUALITATIVER VERGLEICH VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KOLBEN- UND
KREISELPUMPE 348 10.4 AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN 356 10.4.1 ZIEL DER
AUSLEGUNG 356 10.4.2 WAHL DER NENNWINDGESCHWINDIGKEIT FUER DIE AUSLEGUNG
356 10.4.3 AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KOLBENPUMPE 358 10.4.4
AUSLEGUNG VON WINDPUMPSYSTEMEN MIT KREISELPUMPE 362 XIX 11
WINDKRAFTANLAGEN ZUR STROMERZEUGUNG - GRUNDLAGEN 367 11.1 DIE
WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) 368 11.1.1 DIE
WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) IM INSELBETRIEB 368 11.1.2
ERREGUNGSARTEN, INNEN- UND AUSSENPOLMASCHINE 378 11.1.3 DIE SYNCHRONE
WECHSELSTROMMASCHINE (DYNAMOMASCHINE) IM NETZPARALLELBETRIEB 380 11.2
DREHSTROMMASCHINEN 386 11.2.1 DIE DREIPHASIGE SYNCHRONMASCHINE 386
11.2.2 DIE DREHSTROM-ASYNCHRONMASCHINE 390 11.3 LEISTUNGSELEKTRONISCHE
KOMPONENTEN VON WINDKRAFTANLAGEN -UMRICHTER 400 12 STEUERUNG, REGELUNG
UND BETRIEBSFUEHRUNG VON WINDKRAFTANLAGEN 408 12.1 MOEGLICHKEITEN AUF DEN
TRIEBSTRANG EINZUWIRKEN 413 12.1.1 AERODYNAMISCHE
BEEINFLUSSUNGSMOEGLICHKEITEN 413 12.1.2 BEEINFLUSSUNG DES TRIEBSTRANGS
DURCH DIE LAST 421 12.2 SENSOREN UND AKTOREN 421 12.3 REGLER UND
REGELSYSTEME 422 12.4 REGELUNGSSTRATEGIE EINER DREHZAHLVARIABLEN ANLAGE
MIT BLATTWINKELVERSTELLUNG 424 12.5 ZUM REGLERENTWURF 426 ANHANG I 427
ANHANG II 434 13 ANLAGENKONZEPTE 439 13.1 NETZEINSPEISENDE ANLAGEN 440
13.1.1 DAS DAENISCHE KONZEPT: ASYNCHRONGENERATOR ZUR DIREKTEN
NETZEINSPEISUNG 441 13.1.2 DIREKT EINSPEISENDER ASYNCHRONGENERATOR MIT
DYNAMISCHER SCHLUPFREGELUNG 447 13.1.3 DREHZAHLVARIABLE WINDKRAFTANLAGE
MIT SYNCHRONGENERATOR UND UMRICHTER MIT GLEICHSPANNUNGS-ZWISCHENKREIS
449 13.1.4 DREHZAHLVARIABLE WINDKRAFTANLAGE MIT DOPPELT GESPEISTER
ASYNCHRONMASCHINE UND UMRICHTER IM LAEUFERKREIS 451 13.1.5
LEISTUNGSKURVEN UND GESAMTWIRKUNGSGRADE DREIER ANLAGENKONZEPTE - KLEINER
VERGLEICH 453 13.2 EINZEL- UND INSELANLAGEN 455 13.2.1 BATTERIELADER 455
13.2.2 WIDERSTANDSHEIZUNG MIT SYNCHRONGENERATOREN 458 13.2.3
WINDPUMPSYSTEM MIT ELEKTRISCHER LEISTUNGSUEBERTRAGUNG 459 13.2.4 KLEINES
INSELNETZ 463 13.2.5 ASYNCHRONGENERATOR IM INSELNETZBETRIEB 463 13.3
VERBUNDANLAGEN 466 13.3.1 WIND-DIESELSYSTEM MIT SCHWUNGRADSPEICHER 470
13.3.2 WIND-DIESELSYSTEM MIT GEMEINSAMER GLEICHSTROMSCHIENE 470 13.3.3
WIND-DIESEL-PHOTOVOLTAIK VERBUND (KLEINSTNETZ) 471 13.3.4
SCHLUSSBEMERKUNG 471 BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN IM ELEKTRISCHEN
VERBUNDNETZ 474 14.1 DAS ELEKTRISCHE VERBUNDNETZ 474 14.1.1 STRUKTUR DES
ELEKTRISCHEN VERBUNDNETZES 474 14.1.2 NETZBETRIEB 478 14.2
WINDKRAFTANLAGEN IM ELEKTRISCHEN VERBUNDNETZ 483 14.2.1 TECHNISCHE
ANFORDERUNGEN AN DEN NETZANSCHLUSS 483 14.2.2 WECHSELWIRKUNGEN ZWISCHEN
NETZ- UND WINDKRAFTANLAGEN- BETRIEB - NETZRUECKWIRKUNGEN UND
NETZVERTRAEGLICHKEIT 487 14.2.3 EIGENSCHAFTEN VON ANLAGEN-KONZEPTEN IM
NETZBETRIEB 489 PLANUNG, BETRIEB UND WIRTSCHAFTLICHKEIT VON
WINDKRAFTANLAGEN 493 15.1 PLANUNG UND PROJEKTIERUNG VON WINDPARKS 494
15.1.1 TECHNISCHE PLANUNGSASPEKTE 494 XXI 15.1.2 GENEHMIGUNGSRECHTLICHE
ASPEKTE 497 15.1.3 ABSCHAETZUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT 504 15.2 BAU UND
BETRIEB VON WINDKRAFTANLAGEN 512 15.2.1 TECHNISCHE ASPEKTE VON AUFBAU
UND BETRIEB VON WINDKRAFT- ANLAGEN 512 15.2.2 RECHTLICHE ASPEKTE 520
15.2.3 WIRTSCHAFTLICHKEIT IM BETRIEB 521 15.2.4 EINFLUSS VON NABENHOEHE
UND ANLAGENKONZEPT AUF DEN ERTRAG. 524 15.2.5 ALLGEMEINE ABSCHAETZUNG
DES JAHRESERTRAGS MIT IDEALISIERTER ANLAGE 530 16 OFFSHORE-WINDPARKS 533
16.1 UMWELTBEDINGUNGEN AUF SEE 534 16.2 ENTWURFSANFORDERUNGEN FUER
OFFSHORE-ANLAGEN 539 16.3 WINDENERGIEANLAGE 541 16.4 TRAGSTRUKTUR UND
INSTALLATION AUF SEE 543 16.5 NETZINTEGRATION UND LAYOUT VON WINDPARKS
547 16.6 BETRIEB UND WARTUNG 549 16.7 WIRTSCHAFTLICHKEIT 551
STICHWORTVERZEICHNIS 555 |
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