Holdings: Einführung in die Windenergietechnik

Einführung in die Windenergietechnik:

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Bibliographic Details
Main Author:	Beurskens, Jos (Author)
Other Authors:	Schaffarczyk, Alois 1956- (Editor)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Carl Hanser Verlag [2016]
Edition:	2., aktualisierte Auflage
Subjects:	Erneuerbare Energien Energietechnik Energiezufuhr Windenergie Technik Energiemanagement Windkraftwerk Kraftwerkstechnik Energieerzeugung Elektrizitätserzeugung Netzintegration Offshore Wind Windkraft Windpark erneuerbare Energien regenerative Anlagen ELEK2016 Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis Klappentext
Physical Description:	494 Seiten Illustrationen, Diagramme, Karten 24 cm
ISBN:	3446447903 9783446447905

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adam_text	INHALT VORWORT........................................................................................................ 5 D DIE GESCHICHTE DER WINDENERGIE (JOS BEURSKENS) ....................... 19 1.1 EINLEITUNG................................................................................................................. 19 1.2 DIE ERSTEN WINDMUEHLEN: 600-1890 ........................................................................ 20 1.3 STROMERZEUGUNG DURCH WINDMUEHLEN: WINDKRAFTANLAGEN 1890-1930 .................. 27 1.4 DER ERSTE INNOVATIONSZEITRAUM: 1930-1960............................................................ 30 1.5 DER ZWEITE INNOVATIONSZEITRAUM UND DIE VOLLE KOMMERZIALISIERUNG: 1960 BIS H E U TE ........................................................................................................................ 37 LITERATUR............................................................................................................................... 52 0 DIE INTERNATIONALE ENTWICKLUNG DER WINDENERGIE (KLAUS RAVE).... 54 2.1 DER BEGINN DER MODERNEN ENERGIEDEBATTE............................................................ 54 2.2 ZUR ERNEUERUNG DER ENERGIEMAERKTE........................................................................ 57 2.3 ZUR BEDEUTUNG DER STROMNETZE............................................................................... 59 2.4 DIE ERNEUERTE WERTSCHOEPFUNGSKETTE....................................................................... 63 2.5 INTERNATIONALE PERSPEKTIVEN...................................................................... 65 2.6 DER AUSBAU IN AUSGEWAEHLTEN LAENDERN.................................................................... 68 2.7 ZUR ROLLE DER E U ...................................................................................................... 70 2.8 INTERNATIONALE INSTITUTIONEN UND ORGANISATIONEN ................................................ 71 2.9 GLOBAL WIND ENERGY OUTLOOK 2010 - DER GLOBALE BLICK IN DIE ZUKUNFT .................. 75 2.10 AKTUALISIERUNG AUF DER BASIS VON 2015.................................................................... 76 LITERATUR..................................................................................................... 81 0 WINDRESSOURCEN, STANDORTBEWERTUNG, OEKOLOGIE (HERMANN VAN RADECKE).................................................................... 83 3.1 EINLEITUNG................................................................................................................. 83 3.2 WINDRESSOURCEN...................................................................................................... 83 3.2.1 GLOBALES WINDSYSTEM UND BODENRAUIGKEIT ................................................ 63 3.2.2 HOEHENPROFIL UND RAUIGKEITSLAENGE................................................................ 84 3.2.3 RAUIGKEITSKLASSEN.......................................................................................... 87 3.2.4 HOEHENLINIEN UND HINDERNISSE..................................................................... 89 3.2.5 WINDRESSOURCE MIT WASP, WINDPRO, WINDFARMER ..................................... 92 3.2.6 BESTIMMUNG WINDPOTENZIAL MIT MESOSKALA-MODELLEN UND REANALYSE- D A TE N ............................................................................................................. 94 3.2.6.1 REANALYSEDATEN............................................................................... 94 3.2.G.2 W INDMAPPING................................................................................ 95 3.2.6.3 WINDATLAS........................................................................................ 98 3.2.6.4 VERIFIZIERUNG UND ZEITREIHEN .......................................................... 99 3.2.6.5 ANWENDUNGSBEREICHE............................. 100 3.2.7 WIND IM WINDPARK....................................................................................... 101 3.2.8 HAEUFIGKEITSVERTEILUNG WIND ......................................................................... 104 3.2.9 STANDORTBEWERTUNG UND JAHRESENERGIEERTRAG.............................................. 106 3.2.10 REFERENZERTRAG UND DAUER DER ERHOEHTEN VERGUETUNG................................... 109 3.3 SCHALL........................................................................................................................ 111 3.3.1 EINHEIT DB(A)................................................................................................. 111 3.3.2 SCHALLQUELLE.................................................................................................... 113 3.3.3 AUSBREITUNG DURCH DIE LUFT........................................................................... 115 3.3.4 IMMISSIONSORT UND RICHTWERTE.................................................................... 115 3.3.5 FREQUENZANALYSE, TONZUSCHLAG, IMPULSZUSCHLAG ....................... 116 3.3.6 SCHALLREDUKTIONSMASSNAHMEN ..................................................................... 116 3.3.7 ABSTANDSREGELN.............................................................................................. 117 3.4 SCHATTEN.................................................................................................................... 118 3.5 TURBULENZ................................................................................................................. 120 3.5.1 NATUERLICHE UMGEBUNGSTURBULENZ ................................... 120 3.5.2 ANLAGENSPEZIFISCHE TURBULENZ ..................................................................... 121 3.6 ZWEI ANWENDERPROGRAMME ZUR VOLLSTAENDIGEN PLANUNG VON WINDPARKS .............. 122 3.7 TECHNISCHE RICHTLINIEN, FGW-RICHTLINIEN UND IEC ............................................... 123 3.6 UMWELTEINFLUESSE, BUNDES-IMMISSIONSSCHUTZGESETZ UND GENEHMIGUNGSVER FAHREN 124 3.8.1 BUNDES-IMMISSIONSSCHUTZGESETZ (BIMSCHG) ............................................ 125 3.8.2 GENEHMIGUNGSVERFAHREN.............................................................................. 125 3.8.3 UMWELTVERTRAEGLICHKEITSPRUEFUNG (UVP) ........... ............................................ 126 3.8.3.1 SCREENING........................................................................................ 128 3.5.3.2 STANDORTBEZOGENE VORPRUEFUNG...................................................... 128 3.5.3.3 ALLGEMEINE VORPRUEFUNG.................................................................. 128 3.5.3.4 UVP-UNTERSUCHUNGSRAHMEN......................................................... 129 3.6.4 EINZELASPEKTE IM VERFAHREN ............. 129 3.8.4.1 ANTRAG AUF IMMISSIONSSCHUTZRECHTLICHE GENEHM IGUNG ............. 129 Z.8.4.2 ERTEILUNG DER GENEHMIGUNG .......................................................... 130 3.8.4.3 SCHWIERIGKEITEN DES GENEHMIGUNGSVERFAHRENS............................ 130 3.5.4.4 GERAEUSCHE SIND IMMISSIONEN IM SINNE DES § 3 (2) BIMSCHG ...... 130 3.8.4.5 OPTISCHE IMMISSIONEN: LICHTBLITZE, PERIODISCHER SCHATTENWURF.. 131 3.8.4. G TURBULENZEN IM NACHLAUF VON WINDENERGIEANLAGEN ............... 131 3.8.4. ? KENNZEICHNUNG VON WEA ALS LUFTFAHRTHINDERNISSE ..................... 132 3.8.5 AKZEPTANZ...................................................................................................... 132 3.8.6 UEBERWACHUNG UND KLAERUNG ANLAGENSPEZIFISCHER D A TE N ............................ 132 3.9 UEBUNGSAUFGABEN..................................................................................................... 133 3.10 LOESUNGEN ZU DEN UEBUNGSAUFGABEN........................................................................ 135 LITERATUR............................................................................................................................. 136 Q AERODYNAMIK UND BLATTENTWURF (ALOIS SCHAFFARCZYK) .................... 136 4.1 ZUSAMMENFASSUNG.................................................................................................. 138 4.2 EINLEITUNG.................................................................................................................. 138 4.3 HORIZONTALANLAGEN.................................................................................................... 139 4.3.1 ALLGEMEINES.................................................................................................... 139 4.3.2 AERODYNAMISCHE GRUNDBEGRIFFE .................................................................. 139 4.4 INTEGRALE IMPULSVERFAHREN....................................................................................... 142 4.4.1 IMPULSTHEORIE DER WINDTURBINE: DER BETZ*SCHE GRENZWERT ......................... 142 4.4.2 AENDERUNG DER LUFTDICHTE DURCH TEMPERATUR UND HOEHE ............................. 144 4.4.3 EINFLUSS DER ENDLICHEN BLATTZAHL .................................................................. 144 4.4.4 DRALLVERLUSTE UND LOKALE OPTIMIERUNG DES FLUEGELS NACH D A U E RT ............... 145 4.4.5 VERLUSTE DURCH PROFILWIDERSTAND .................................................................. 148 4.5 IMPULSTHEORIE DER BLATTSCHNITTE.............................................................................. 148 4.5.1 DIE FORMULIERUNG.......................................................................................... 148 4.5.2 BEISPIEL EINER IMPLEMENTIERUNG: WT-PERF ....... ............................................ 150 4.5.3 OPTIMIERUNG UND ENTWURFSREGELN FUER BLAETTER.............................................. 150 4.5.4 ERWEITERUNG DER BLATTSCHNITTVERFAHREN: DIE DIFFERENZIELLE FORMULIERUNG.. 151 4.5.5 DREIDIMENSIONALE STROEMUNGSSIMULATION - CFD .................... 152 4.5.6 ZUSAMMENFASSUNG: HORIZONTALANLAGEN...................................................... 153 4.6 VERTIKALANLAGEN........................................................................................................ 153 4.6.1 ALLGEMEINES.................................................................................................... 153 4.6.2 AERODYNAMIK DER H-ROTOREN........................................................................ 155 4.6.3 AEROELASTIK DER VERTIKALROTOREN . ................................................................... 159 4.6.4 EIN 50-KW-ROTOR ALS BEISPIEL........................................................................ 160 4.6.5 ENTWURFSREGELN FUER KLEINWINDANLAGEN NACH DEM H-DARRIEUS-TYP ........... 160 4.6.6 ZUSAMMENFASSUNG: VERTIKALROTOREN............................................................. 161 4.7 WINDANGETRIEBENE FAHRZEUGE MIT ROTOR................................................................ 162 4.7.1 EINLEITUNG...................................................................................................... 162 4.7.2 ZUR THEORIE DER WINDGETRIEBENEN FAHRZEUGE.............................................. 163 4.7.3 EIN ZAHLENBEISPIEL......................................................................................... 163 4.7.4 DAS KIELER AUSLEGUNGSVERFAHREN .................................................................. 164 4.7.5 AUSWERTUNG.................................................................................................... 164 4.7.6 REALISIERTE FAHRZEUGE................................................................................... 166 4.7.7 ZUSAMMENFASSUNG: WINDAUTOS.................................................................... 168 4.8 UEBUNGSAUFGABEN..................................................................................................... 168 LITERATUR............................................................................................................................. 169 Q ROTORBLAETTER (LOTHAR DANNENBERG)...................................................175 5.1 EINFUEHRUNG............................................................................................................... 175 5.2 BELASTUNGEN DER ROTORBLAETTER.................................................................................. 176 5.2.1 BELASTUNGSARTEN............................................................................................. 176 5.2.2 GRUNDLAGEN DER FESTIGKEITSBERECHNUNG...................................................... 177 5.2.2.1 KOORDINATENSYSTEM, VORZEICHENREGELN ........................................ 177 5.2.2.2 SCHNITTLASTEN (SCHNITTKRAEFTE UND SCHNITTMOMENTE) ..................... 178 5.2.3 QUERSCHNITTSWERTE DES ROTORBLATTES............................................................. 179 5.2.4 SPANNUNGEN UND DEFORMATIONEN................................................................ 184 5.2.5 SCHNITTLASTEN IM ROTORBLATT........................................................................... 188 5.2.6 DURCHBIEGUNG UND NEIGUNG........................................................................ 190 5.2.7 ERGEBNISSE NACH DER BALKENTHEORIE............................................................. 191 5.3 SCHWINGUNGEN UND BEULUNG................................................................................... 191 5.3.1 SCHWINGUNGEN.............................................................................................. 191 5.3.2 BEUL- /STABILITAETSBERECHNUNGEN.................................................................... 195 5.4 FINITE-ELEMENTE-BERECHNUNGEN.............................................................................. 196 5.4.1 SPANNUNGSBERECHNUNGEN............................................................................ 196 5.4.2 FEM-BEULBERECHNUNGEN ................................................. 197 5.4.3 FEM - SCHWINGUNGSBERECHNUNGEN................................................................ 198 5.5 FASERVERBUNDWERKSTOFFE.......................................................................................... 199 5.5.1 EINLEITUNG...................................................................................................... 199 5.5.2 MATERIALIEN (FASERN, HARZE, ZUSATZSTOFFE, SANDWICHMATERIALIEN) .............. 200 5.5.2.1 FASERN.............................................................................................. 200 5.5.2.2 HARZE............................................................................................... 202 5.5.2.3 ZUSATZSTOFFE .................................................................................... 203 5.5.2.4 SANDWICHMATERIALIEN ..................................................................... 203 5.5.3 LAMINATE, LAMINATEIGENSCHAFTEN................................................................ 204 5.6 FERTIGUNG VON ROTORBLAETTERN .................................................................................. 207 5.6.1 STRUKTURTEILE DES ROTORBLATTES....................................................................... 207 5.6.2 LAMINIERVERFAHREN FUER ROTORBLAETTER............................................................. 209 5.6.3 ZUSAMMENBAU DES ROTORBLATTES.............................................................. 210 LITERATUR............................................................................................................................. 211 Q DER TRIEBSTRANG (SAENKE SIEGFRIEDSEN, PETER KRAEMER)........ ............ 212 6.1 EINLEITUNG................................................................................................................. 212 6.2 BLATTWINKELVERSTELLSYSTEME...................................................................................... 212 6.3 WINDRICHTUNGSNACHFUEHRUNG................................................................................... 219 6.3.1 ALLGEMEIN...................................................................................................... 219 6.3.2 FUNKTIONSBESCHREIBUNG............................................................................... 220 6.3.3 KOMPONENTEN................................................................................................ 221 6.3.4 ANORDNUNGSVARIANTEN VON WINDRICHTUNGSNACHFUEHRUNGEN........................ 224 6.4 TRIEBSTRANGKOMPONENTEN....................................................................................... 226 6.4.1 ROTORARRETIERUNGEN UND ROTORDREHVORRICHTUNGEN ..................................... 226 6.4.2 ROTORWELLE UND LAGERUNG.............................................................................. 227 6.4.3 GETRIEBE......................................................................................................... 231 6.4.4 BREMSE UND KUPPLUNG.................................................................................. 234 6.4.5 GENERATOR...................................................................................................... 237 6.5 TRIEBSTRANGKONZEPTE............................................................................................... 239 6.5.1 DIREKTGETRIEBEN - DOPPELTE LAGERUNG......................................................... 240 6.5.2 DIREKTGETRIEBEN - MOMENTENLAGER .............................................................. 243 6.5.3 1 -2-STUFENGETRIEBE - DOPPELTE LAGERUNG..................................................... 245 6.5.4 1-2-STUFENGETRIEBE - MOMENTENLAGERUNG ................................................... 246 6.5.5 3-4-STUFENGETRIEBE - DOPPELTE LAGERUNG..................................................... 248 6.5.6 3 -4 - STUFENGETRIEBE - DREIPUNKTLAGERUNG..................................................... 250 6.5.7 3-4-STUFENGETRIEBE-MOMENTENLAGERUNG ................................................... 251 6.6 SCHAEDEN UND SCHADENSURSACHEN............................................................................ 252 6.7 AUSLEGUNG VON TRIEBSTRANGKOMPONENTEN .............................................................. 253 6.8 SCHUTZRECHTE IN DER WINDENERGIE........................................................................... 257 LITERATUR............................................................................................................................ 263 Q TURM UND GRUENDUNG (TORSTEN FABER) .............................................. 264 7.1 EINLEITUNG................................................................................................................. 264 7.2 RICHTLINIEN UND NORMEN.......................................................................................... 266 7.3 BEANSPRUCHUNG VON TUERM EN.................................................................................. 266 7.3.1 ERMUEDUNGSLASTEN.......................................................................................... 266 7.3.2 EXTREMLASTEN................................................................................................. 268 7.4 NACHWEISE DES TURMS.............................................................................................. 269 7.4.1 TRAGFAEHIGKEITSNACHWEISE............................................................................... 269 7.4.2 GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEISE............................. 270 7.4.3 SCHWINGUNGSBERECHNUNGEN (EIGENFREQUENZEN) ........................................ 271 7.5 KONSTRUKTIONSDETAILS............................................................................................... 273 7.5.1 OEFFNUNGEN IN DER WAND VON STAHLROHRTUERMEN ............................................ 274 7.5.2 RINGFLANSCHVERBINDUNGEN............................................................................ 274 7.5.3 SCHWEISSVERBINDUNGEN.................................................................................. 275 7.6 WERKSTOFFE FUER TUE RM E.............................................................................................. 275 7.6.1 S TAHL...................................................................... 276 7.6.2 B ETON............................................................................................................. 277 7.6.3 HOLZ ............... 277 7.6.4 GLASFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFF.................................................................... 277 7.7 AUSFUEHRUNGSFORMEN................................................................................................. 278 7.7.1 ROHRTUERME..................................................................................................... 278 7.7.2 G ITTERM ASTEN................................................................................................. 278 7.7.3 ABGESPANNTE TUERME...................................................................................... 279 7.7.4 VERSCHIEDENE TURMKONZEPTE IM VERGLEICH.................................................. 279 7.8 GRUENDUNGEN VON ONSHORE-WEA............................................................................ 280 7.8.1 GRUENDUNGEN UND FUNDAMENTBAUTYPEN ..................................................... 280 7.8.2 UEBERGANG ZWISCHEN TURM UND FUNDAM ENT................................................. 282 7.8.3 NACHWEISE FUER DIE GRUENDUNG........................................................................ 282 LITERATUR............................................................................................................................ 287 0 LEISTUNGSELEKTRONIK-GENERATORSYSTEME FUER WINDENERGIEANLAGEN (FRIEDRICH FUCHS).............................................................................. 288 8.1 EINFUEHRUNG............................................................... 288 8.2 WECHSELSPANNUNGS- UND DREHSPANNUNGSSYSTEM.................................................. 290 8.3 TRANSFORMATOR.................................................................................................. 292 8.3.1 PRINZIP, GLEICHUNGEN .................................................................................... 292 8.3.2 ERSATZSCHALTBILD, ZEIGERDIAGRAMM .............................................................. 294 8.3.3 VEREINFACHTES ERSATZSCHALTBILD..................................................................... 295 8.3.4 DREHSTROMTRANSFORMATOREN ......................................................................... 296 8.4 GENERATOREN FUER WINDENERGIEANLAGEN.................................................................... 298 8.4.1 ASYNCHRONMASCHINE MIT KURZSCHLUSSLAEUFER............................................... 298 8.4.1.1 AUFBAU................................................................ 299 8.4.1.2 GRUNDLEGENDE FUNKTION................................................................ 299 8.4.1.3 SPANNUNGSGLEICHUNGEN................................................................ 300 8.4.1.4 ERSATZSCHALTBILD.............................................................................. 301 8.4.1.5 ZEIGERDIAGRAMM......................................................................... 301 8.4.1.6 HEYLANDKREIS.................................................................................. 302 8.4.1.7 LEISTUNG......................................................................................... 304 8.4.1.8 M OM ENT............................. 305 8.4.1.9 DREHZAHLREGELUNG DER ASYNCHRONMASCHINE MIT KURZSCHLUSS LAEUFER............................................................................................... 306 8.4.2 ASYNCHRONMASCHINE MIT SCHLEIFRINGLAEUFER................................................. 309 8.4.2.1 AUFBAU............................................................................................. 310 0.4.2.2 GRUNDLEGENDE FUNKTION................................................................. 310 5.4.2.3 SPANNUNGSGLEICHUNGEN................................................................. 311 5.4.2.4 ERSATZSCHALTBILD............................................................................... 311 6.4.2.5 ZEIGERDIAGRAMM UND STROMORTSKURVE ........................................... 312 5.4.2.6 DREHZAHLREGELUNG........................................................................... 315 8.5 SYNCHRONMASCHINEN............................................................................................... 317 8.5.1 GENERELLE FUNKTION....................................................................................... 317 8.5.2 SPANNUNGSGLEICHUNGEN UND ERSATZSCHALTBILD ............................................ 318 8.5.3 LEISTUNG UND M OM ENT.................................................................................. 319 8.5.4 AUSFUEHRUNGSFORMEN FREMDERREGTER SYNCHRONMASCHINEN .......................... 321 8.5.5 PERMANENTERREGTE SYNCHRONMASCHINEN...................................................... 321 8.5.6 DREHZAHLVARIABLER BETRIEB DER SYNCHRONMASCHINE .................................... 322 8.6 UMRICHTERSYSTEME FUER WINDENERGIEANLAGEN .......................................................... 323 8.6.1 GENERELLE FUNKTION....................................................................................... 324 8.6.2 FREQUENZUMRICHTER IN ZWEISTUFENSCHALTUNG ............................................... 324 8.6.2.1 SCHALTUNG......................................................................................... 324 8.6.2.2 PULSWEITENMODULATION .................................................................. 325 8.6.3 FREQUENZUMRICHTER IN MEHRSTUFENSCHALTUNG .................... 330 6.7 REGELUNG VON DREHZAHLVARIABLEN UMRICHTER-GENERATORSYSTEMEN........................ 332 8.7.1 REGELUNG DES UMRICHTERGESPEISTEN ASYNCHRONGENERATORS MIT KURZ SCHLUSSLAEUFER ............... 333 8.7.2 REGELUNG DER DOPPELTGESPEISTEN ASYNCHRONMASCHINE .............................. 336 8.7.3 REGELUNG DER SYNCHRONMASCHINE................................................................ 338 8.7.4 REGELUNG DES NETZSEITIGEN UMRICHTERS......................................................... 339 8.7.5 AUSLEGUNG DER REGELUNG............................................................................... 341 8.8 EINHALTUNG DER NETZANSCHLUSSBEDINGUNGEN ..................................................... 342 6.9 WEITERE ELEKTROTECHNISCHE KOMPONENTEN .............................................................. 344 8.10 EIGENSCHAFTEN DER LEISTUNGSELEKTRONIK-GENERATORSYSTEME IN DER UEBERSICHT ...... 345 8.11 UEBUNGSAUFGABEN..................................................................................................... 346 LITERATUR............................................................................................................................ 351 Q STEUERUNG UND REGELUNG VON WINDENERGIESYSTEMEN (REINER JOHANNES SCHUETT) ................................................................. 353 9.1 GRUNDLEGENDE ZUSAMMENHAENGE............................................................................ 353 9.1.1 EINORDNUNG DER WES-AUTOMATION .............................................................. 354 9.1.2 SYSTEMEIGENSCHAFTEN DER ENERGIEWANDLUNG IN WEA ................................. 357 9.1.3 ENERGIEWANDLUNG DES ROTORS........................................................................ 357 9.1.4 ENERGIEWANDLUNG DES ANTRIEBSSTRANGS......................................................... 360 9.1.5 ENERGIEWANDLUNG DES GENERATOR-UMRICHTERSYSTEMS ................................. 361 9.1.6 IDEALISIERTE BETRIEBSKENNLINIEN VON WEA ................................................... 364 9.2 REGELSYSTEME DER WEA............................................................................................. 365 9.2.1 GIERWINKELREGELUNG....................................................................................... 366 9.2.2 BLATTWINKELREGELUNG...................................................................................... 367 9.2.3 WIRKLEISTUNGSREGELUNG.................................................................................. 368 9.2.4 BLINDLEISTUNGSREGELUNG................................................................................ 370 9.2.5 ZUSAMMENFASSUNG DES REGELVERHALTENS UND ERWEITERTE BETRIEBSBEREICHE DER WEA......................................................................................................... 371 9.3 BETRIEBSFUEHRUNGSSYSTEME FUER WEA ......................................................................... 373 9.3.1 STEUERUNG DES BETRIEBSABLAUFS VON WEA..................................................... 373 9.3.2 SICHERHEITSSYSTEME....................................................................................... 376 9.4 WINDPARKSTEUER- UND -REGELSYSTEME....................................................................... 377 9.5 FERNBEDIENUNG UND-UEBERWACHUNG........................................................................ 379 9.6 KOMMUNIKATIONSSYSTEME FUER WES ......................................................................... 380 LITERATUR ................ 362 \|0N ETZINTEGRATION (SVEN WANSER, NICA KAHLER)...................................384 10.1 ENERGIEVERSORGUNGSNETZE IM UEBERBLICK................................................................. 384 10.1.1 ALLGEMEINES.................................................................................................... 364 10.1.2 SPANNUNGSEBENEN DER ELEKTRISCHEN VERSORGUNGSNETZE ............................. 385 10.1.3 NETZSTRUKTUREN.............................................................................................. 365 10.2 NETZREGELUNG............................................................................................................ 388 10.2.1 REGELLEISTUNG................................................................................................. 386 10.2.2 AUSGLEICHSENERGIE UND BILANZKREISE................................................... 388 10.2.3 GRUNDLAST, MITTELLAST UND SPITZENLAST .......................................................... 389 10.2.4 FREQUENZHALTUNG ........................................................................................... 391 10.2.5 PRIMAERREGELUNG, SEKUNDAERREGELUNG UND MINUTENRESERVE ......................... 392 10.2.6 SPANNUNGSHALTUNG....................................................................................... 393 10.2.7 SYSTEMDIENSTLEISTUNGEN DURCH ERZEUGUNGSANLAGEN................................... 394 10.3 GRUNDBEGRIFFE ZUR NETZINTEGRATION VON ERZEUGUNGSANLAGEN .............................. 395 10.3.1 ELEKTRISCHE GRUNDBEGRIFFE............................................................................ 396 10.3.2 NETZQUALITAET.................................................................................................. 400 10.4 NETZANSCHLUSS FUER WEA........................................................................................... 403 10.4.1 BEMESSUNG DER NETZBETRIEBSMITTEL............................................................. 404 10.4.2 UEBERPRUEFUNG DER SPANNUNGSAENDERUNG/SPANNUNGSBAND .......................... 407 10.4.3 UEBERPRUEFUNG DER NETZRUECKWIRKUNG............................................................. 410 10.4.4 UEBERPRUEFUNG DER KURZSCHLUSSFESTIGKEIT ....................................................... 411 10.5 NETZANBINDUNGEN VON WEA .................................................................................... 412 10.5.1 SCHALTANLAGEN................................................................................................ 413 10.5.2 SCHUTZEINRICHTUNGEN .................................................................................... 414 10.5.3 EINBINDUNG IN DAS NETZLEITSYSTEM................................................................ 416 10.6 WEITERE ENTWICKLUNGEN IN DER NETZINTEGRATION UND AUSBLICK............................... 416 10.6.1 NETZAUSBAU.................................................................................................... 416 10.6.2 LASTVERSCHIEBUNG.......................................................................................... 419 10.6.3 ENERGIESPEICHERUNG...................................................................................... 419 LITERATUR............................................................................................................................. 420 QJOFFSHORE-WINDENERGIE (LOTHAR DANNENBERG, CHRISTIAN KEINDORF) ....................................... 422 11.1 EINFUEHRUNG............................................................................................................... 422 11.1.1 HISTORIE UND ENTWICKLUNGSTRENDS................................................................ 422 11.1.2 UNTERSCHIEDE ZWISCHEN ONSHORE- UND OFFSHORE-WEA............................... 423 11.1.3 PLANUNGSGRUNDLAGEN FUER OFFSHORE-WINDPARKS ............................................ 424 11.1.4 UMWELTSCHUTZ UND ARBEITSSICHERHEIT .......................................................... 425 11.2 WESENTLICHE KOMPONENTEN EINES OFFSHORE-WINDPARKS ........................................ 426 11.2.1 TURBINEN FUER OWEA..................................... 426 11.2.2 TRAGSTRUKTUREN FUER OWEA.............................................................................. 427 11.2.2.1 T URM ............................................................................................... 427 11.2.2.2 TRANSITION PIECE ............................................................................. 428 11.2.3 FEST VERANKERTE GRUENDUNGSTRUKTUREN FUER OWEA ........................................ 428 11.2.3.1 MONOPILE-GRUENDUNG....................................................................... 429 11.2.3.2 SCHWERKRAFTGRUENDUNGEN................................................................ 430 11.2.3.3 LACKET-GRUENDUNG ....................................................................... 430 11.2.3.4 TRIPOD-GRUENDUNG........................................................................... 431 11.2.3.5 TRIPILE-GRUENDUNG........................................................................... 431 11.2.3.6 SUCTION-BUCKETS ............................................................................. 432 11.2.4 SCHWIMMENDE GRUENDUNGSTRUKTUREN FUER OWEA ......................................... 433 11.2.4.1 SPAR BUOY ........................................................................................ 433 11.2.4.2 TENSION LEG PLATTFORM (TLP) .......................................................... 434 11.2.4.3 HALBTAUCHER (SEMI-SUBMERSIBLE PLATFORM)................................... 435 11.2.5 OFFSHORE-STATIONEN....................................................................................... 435 11.2.6 SEEKABEL......................................................................................................... 435 11.2.7 FORSCHUNGSPLATTFORMEN UND MESSM ASTEN.................................................. 436 11.3 EINWIRKUNGEN AUF OWEA......................................................................................... 437 11.3.1 STAENDIGE EINWIRKUNGEN................................................................................ 438 11.3.2 AERODYNAMISCHE LASTEN............................................................................... 439 11.3.3 HYDROSTATISCHE L ASTEN.................................................................................. 439 11.3.4 HYDRODYNAMISCHE LASTEN............................................................................ 440 11.3.4.1 STROEMUNGEN .................................................................................... 440 11.3.4.2 BELASTUNGEN DURCH STROEM UNGEN ................................................... 440 11.3.4.3 WELLEN.............................................................................................. 442 11.3.4.4 LINEARE WELLENTHEORIEN .................................................................. 444 11.3.4.5 NICHTLINEARE WELLENTHEORIEN .......................................................... 449 11.3.4.6 BELASTUNGEN DURCH WELLEN .......................... 451 11.3.4.7 REGELMAESSIGER SEEGANG.................................................................... 455 11.3.4.8 UNREGELMAESSIGER ODER NATUERLICHER SEEGANG................................... 455 11.3.4.9 SEEGANGSSPEKTREN........................................................................... 456 11.3.5 EINWIRKUNGEN INFOLGE TEM PERATUR .............................................................. 461 11.3.6 EINWIRKUNGEN INFOLGE E IS.............................................................................. 461 11.3.7 FUNKTIONALE EINWIRKUNGEN........................................................................... 462 11.3.8 AUSSERGEWOEHNLICHE EINWIRKUNGEN................................................................ 463 11.4 BEMESSUNG VON OFFSHORE-BAUWERKEN FUER DIE WINDENERGIE................................... 463 11.4.1 ENTWURFSGRUNDLAGEN .................................................................................... 463 11.4.2 STANDORTBEDINGUNGEN................................................................................... 464 11.4.2.1 METEROLOGISCHE UND OZEANOGRAPHISCHE BEDINGUNGEN ................. 464 11.4.2.2 BAUGRUNDERKUNDUNG UND BODENEIGENSCHAFTEN .......................... 464 11.4.2.3 KOLKBILDUNG .................................................................................... 468 11.4.2.4 EISBILDUNG....................................................................................... 470 11.4.2.5 MARINER BEWUCHS............................................................................ 470 11.4.2.6 KORROSION......................................................................................... 471 11.4.3 SICHERHEITSKONZEPT....................................................................................... 473 11.4.3.1 TEILSICHERHEITSBEIWERTE ................................................................ 473 11.4.3.2 CHARAKTERISTISCHE WERTE DER EINWIRKUNGEN................................... 473 11.4.3.3 CHARAKTERISTISCHE WERTE DER MATERIALWIDERSTAENDE ...................... 474 11.4.3.4 BEMESSUNGSKONZEPT....................................................................... 475 11.4.4 LASTFAELLE UND LASTFALLKOMBINATIONEN .................................................... 475 11.4.5 BERECHNUNGSMETHODEN................................................................................ 476 11.4.6 NACHWEISMETHODEN UND GRENZZUSTAENDE..................................................... 477 11.4.6.1 GRENZZUSTAND DER TRAGFAEHIGKEIT ...................................... 478 11.4.6.2 GRENZZUSTAND DER ERMUEDUNG......................................................... 478 11.4.6.3 GRENZZUSTAND DER GEBRAUCHSTAUGLICHKEIT .................................... 479 11.4.6.4 GRENZZUSTAND DER AUSSERGEWOEHNLICHEN BEANSPRUCHUNG............. 480 11.4.6.5 WEITERE NACHWEISE ......................................................................... 480 LITERATUR............................................................................................................................. 480 INDEX.......................................................................................................... 482 In elf Kapiteln bekommen Leser einen Überblick über das breite Spektrum der Windenergietechnik. Das Lehrbuch schafft so den Brückenschlag zwischen Theorie und Praxis. Die Grundlagen werden dabei leicht verständlich vermittelt und durch Beispiele verdeutlicht. Zahlreiche Übungsaufgaben dienen dem besseren Verständnis und helfen, das Gelernte praxisnah umsetzen zu können. Die zweite Auflage wurde umfassend aktualisiert, überarbeitet und neuesten Standards angepasst. Aus dem Inhalt: Geschichte der Windenergie • Internationale Entwicklung der Windenergie • Windressourcen, Standortbewertung und Ökologie • Aerodynamik und Blattentwurf • Rotorblätter, Triebstangenkonzepte, Turm und Gründung • Leistungselek- tronik-Generatorsysteme • Regelung und Betriebsführung • Netzintegration • Offshore-Windenergie
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