Aerodynamik und Aeroelastik von WEA Flashcards
Nennen Sie zwei Konzepte zur Erzeugung von mechanischer bzw. elektrischer Energie aus dem Wind und erklären Sie jeweils, in welcher Form die aerodynamischen Kräfte benutzt werden.
- Vertikalläufer: aerodynamische Kräfte hauptsächlich durch Widerstand
- Horizontalläufer:
aerodynamische Kräfte hauptsächlich durch Auftrieb
Nennen Sie die Vorteile der sogenannten Westernmill-Mühle
- Sehr hohe Solidity
- Sehr niedrige Schnelllaufzahlen
- -> Dafür sehr hohes Drehmoment (besonders im Anlauf)
Nennen Sie je zwei Vor- und Nachteiler einer Windenergieanlage mit vertikaler Rotationsachse.
Vorteile:
- Generator kann am Boden stehen
- Keine Windnachführung notwendig
- kein Schattenschlag
- Geringere Lärmbelästigung
Nachteile:
- Geringere Leistungsausbeute (Wirkungsgrad)
- Hohe Schwingungen und Belastungen
Nennen Sie je zwei Vor- und Nachteile von zweiblättrigen Windenergieanlagen.
Vorteile:
- kostengünstiger (Material, Transport)
- einfachere Installation und Austauschen
- höhere Drehzahlen und damit geringeres Drehmoment im Triebstrang und geringeres Übersetzungsverhältnis im Getriebe
Nachteile:
- ungleichmäßige dynamische Belastung durch wechselnde Lasten
- Erosionsproplematik und Lärm durch hohe Drehzahlen
Erläutern Sie die grundsätzlichen Annahmen des Actuator-Disc-Model nach Rankine!
- Rotationsfreier Nachlauf hinter dem Rotor
- Stationäre, inkompressible und reibungsfreie Strömung
- Es wirken keine externen Kräfte auf das Fluid
Erläutern Sie die grundsätzlichen Annahmen des Actuator-Disc-Model nach Rankine!
- Rotationsfreier Nachlauf hinter dem Rotor
- Stationäre, inkompressible und reibungsfreie Strömung
- Es wirken keine externen Kräfte auf das Fluid
- Der Druckverlauf hat einen Sprung in der Rotorebene
Was sind die Haupteinflussfaktoren auf den geostrophischen Wind?
- globale Temperaturunterschiede
- Coriolis-Kraft
Die Komplexität eines Geländes kann anhand von Geländeklassen klassifiziert werden. Welche Klassen gibt es und bei welcher Landschaft kommt welche Klasse zum Einsatz?
Welcher Parameter charakterisiert die jeweilige Geländeklasse?
- unterteilt Klasse 0-3
0: Gewässer, See, Fjord, Große Wasserflächen
1: Offene Flächen mit wenigen Hindernissen, Flaches Gelände, Wenige Häuser und Büsche
2: Ackerland mit wenigen Windhindernissen, Land kann flach oder leicht hügelig sein
3: Ackerland mit nah aneinander liegenden Windhindernissen, Wohngebiete, Wald - Entscheidende Größen sind die Rauhigkeitslänge z0 und der Höhenexponent Alpha. z0 gibt die Höhe an in der die Windgeschwindigkeit gleich 0 ist
- bei Klasse 0 z0=0.0002m und bei Klasse 3 z0=0,4m
Erklären Sie die Windkarte von Deutschland. Welche Informationen können entnommen werden? Wo sind Gebiete mit hohem Windaufkommen? In welchen Gebieten würden Sie WEA installieren?
- In Küstennähe kann wird Wind nicht gestört und daher sind die Geschwindigkeiten hier am höchsten
- Geschwindigkeiten nehmen von Norden (hauptsächlich flaches Land) nach Süden (viele Berge) ab
- Aufgrund der flachen Landschaft und den hohen Windgeschwindigkeiten lohnt es sich am meisten, WEA im Norden zu errichten.
Welche Möglichkeiten gibt es ein Windprofil darzustellen?
- Logarithmisches Windprofil: U2=U1*ln(z2/z0)/ln(z1/z0)
- -> Verwendung der Rauhigkeitslänge z0
- Power-Law Windprofil: U2=U1*(z2/z1)^Alpha
- -> Verwendung des Shear exponents alpha
Über welche Längen- und Zeitskalen erstrecken sich die für die Windenergie relevanten turbulenten Strukturen des Windes?
Von wenigen Sekunden bzw. Sekundenbruchteilen und Längen von 1 cm für die Lastberechnung bis hin zu mehreren Tagen und Längen von 250km für die Etragsberechnung
Gegeben ist eine Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit als Weibull-Verteilung. Wie ermittelt man grafisch die mittlere Windgeschwindigkeit mit einer Genauigkeit von (+- 1m/2)?
- Vorkommen (Minuten, Stunden…) mit Windgeschwindigkeit multiplizieren, alles addieren und durch Gesamt-Vorkommen teilen
- Grafisch: Aufgrund der Schiefe der Weibull-Funktion liegt mittlere Windgeschwindigkeit kurz hinter der Geschwindigkeit, welche am häufigsten vorkommt
Erläutern Sie die Funktion der folgenden Bauteile einer WEA: Pitchsystem, Hauptwelle, Blitzschutz, Generator, Notstromversorgung, Rotorblätter und Nabe?
Pitchsystem: Anpassen des Anstellwinkels zur Leistungsregulierung
Hauptwelle: Übertragung der Drehzahl und des Drehmoments
Blitzschutz: Verhinderung, dass ein Blitzeinschlag verheerende Schäden verursacht
Generator: Wandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie
Notstromversorgung: Gewährleistung eines sicheren Abschaltens bei Netzausfall
Rotorblätter: setzt Windenergie in mechanische Energie um. Aufnahme entstehender Lasten wird durch mechanisch und aerodynamisch optimale Konstruktion maximiert
Nabe: Die Nabe verbindet die Rotorblätter mit dem Rest der Windkraftanlage und überträgt die Leistung auf die Rotorwelle
Beschreiben Sie drei verschiedene Formen von Fundamente bei Offshore-Anlagen
- Tripod
- Monopile
- Jacket
- Bucket-Fundament
- Schwimmende Anlagen
Welche Designparameter haben einen Einfluss auf den Rotor- / Turmabstand? Welche positiven bzw. negativen Eigenschaften hat die Variation dieser Designparameter auf die WEA?
- Rotorblattlänge
- Steifigkeit
- Material
Es darf bei 50-Jahres-Böe nicht zur Kollidierung kommen.
