Windkraft Grundlagen

Descrição

Theorie
Lukas Berger
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Lukas Berger
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Resumo de Recurso

Questão Responda
Wie entsteht Wind? Globale Zirkulation
Regionale Windsysteme Seewind Landwind
Berg Thal Windsystem
Weibull-Verteilung
Rayleigh Verteilung
Rauigkeit in verschiedenen Standorten
Leistungskurve WEA=WIndenergieanlage
Wird der Wind nicht verzögert (v1 = v3) kann keine Leistung entzogen werden
Eigenschaften Langsamläufer » Auslegungsschnelllaufzahl von maximal 2,5. » Widerstandsläufer haben λ < 1 und sind Langsamläufer. » Auftriebsläufer mit λ = 1 … 2,5 sind auch Langsamläufer (z.B. Westernmills, Windpumpen λ ≈ 1; Windmühlen mit λ ≈ 2)
Eigenschaften Schnellläufer » Auftriebsläufer mit λ von 2,5 bis 15 (alle modernen WEAs mit 1 – 3 Blätter) » λ beeinflusst Bauart und Bauform einer WKA, wie zum Beispiel: › Rotordrehzahl für eine bestimmte Blattlänge » Stromerzeugende WEAs mit drei Blätter haben ein λ von ca. 7, Einblatt-Maschinen von 12.
Auftriebsläufer wie funkt. der Bernoulli Effekt? Alle modernen WEAs arbeiten nach dem Auftriebsprinzip und nutzen hierbei den Bernoulli-Effekt: › Da das Rotorblatt an der Oberseite länger ist, muss die Luft dort schneller strömen als an der Unterseite.
Bernoulli Effekt Darstellung
Luv und Leeläufer was ist was?
Leistungsbegrenzung: Was ist die Stall-Regelung? Leistungsregulierung durch Strömungsabriss
Leistungsbegrenzung: wie funkt. die Pitch-Regelung? Drehen der Rotorblätter
Take-Home-Message (I) » Wind ist ein Produkt der Ausgleichsbewegung zwischen Luftmassen unterschiedlichen Drucks › Globale Zirkulation, Regionale Systeme, Lokale Bedingungen » Wind wird meistens als mittlere Windgeschwindigkeit [m/s] angegeben. Um die Variabilität an einem Standort zu zeigen, wird die (relative) Häufigkeit der Windklassen in Verteilungen (Weibull oder Rayleigh) abgebildet » Die Rauigkeit ist ein Maß des Einflusses der Bodenbeschaffenheit und der Oberflächenstruktur auf die mittlere Windgeschwindigkeit an einem Standort » Die Leistungskurve einer WEA beschreibt die Energieproduktion in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit. » Die Energiemenge die der Wind auf den Rotor überträgt hängt von der Luftdichte, der Rotorfläche (2), dem Leistungsbeiwert und der Windgeschwindigkeit (3) ab
Take-Home-Message (II) » Die Umwandlung der Windleistung in mechanische Energie des Windrades erfolgt durch die Abbremsung der Luftmassen » Der Leistungsbeiwert cP (aerodynamischer Wirkungsgrad) gibt an, welcher Anteil der im Wind enthaltenen Leistung in mechanische Leistung umgesetzt wird › Im verlustfreien Fall können maximal 16/27 (59,3 %) erreicht werden; der reale Wert liegt darunter » Die Schnelllaufzahl  beschreibt das Verhältnis von Umlaufgeschwindigkeit zu Windgeschwindigkeit › Widerstandsläufer ( < 1) sind Langsamläufer ( < 2,5) › Auftriebsläufer sind Schnelläufer ( = 2,5-15); moderne WEAs liegen etwa bei  = 7
Take-Home-Message (III) » Alle modernen WEAs (  7) arbeiten nach dem Auftriebsprinzip und nutzen hierbei den Bernoulli-Effekt » Die Gleitzahl ε beschreibt das Verhältnis zwischen dem Auftriebsbeiwert cA und Widerstandsbeiwert cw und ist eine Maß für Güte des Blattes: Gute Profile erreichen eine maximale Gleitzahl von 100 und mehr. » Die Anströmung soll an jedem Blattschnitt möglichst unter gleichen Winkel auf das Blattprofil treffen » Die Leistungsbegrenzung kann erfolgen durch › Stall-Regelung (Strömungsabriss) › Pitch-Regelung (Verdrehen der Rotorblätter)
Wie funktioniert Die Umwandlung der Windleistung in mechanische Energie? durch die Abbremsung der Luftmassen
Die Leistungskurve einer WEA beschreibt? die Energieproduktion in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit.
Was gibt der Leistungsbeiwert cP (aerodynamischer Wirkungsgrad) an ? gibt an welcher Anteil der im Wind enthaltenen Leistung in mechanische Leistung umgesetzt wird
Was beschreibt die Schnelllaufzahl Lambda? beschreibt das Verhältnis von Umlaufgeschwindigkeit zu Windgeschwindigkeit
Im verlustfreien Fall können maximal der Betz Wirkungsgrad erreicht werden: 59,3%
Die Gleitzahl ε beschreibt: Verhältnis zwischen dem Auftriebsbeiwert cA und Widerstandsbeiwert cw und ist eine Maß für Güte des Blattes: Gute Profile erreichen eine maximale Gleitzahl von 100 und mehr
Die Leistungsbegrenzung kann erfolgen durch: › Stall-Regelung (Strömungsabriss) › Pitch-Regelung (Verdrehen der Rotorblätter)

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