Einführung 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
- 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.
Diskutieren Sie die Vor- und Nachteile eines Doubly Fed Induction Generators (DFIG) gegenüber einem Direct Drive System.
- Gewichtsverteilung mit Getriebe besser (nicht kopflastig)
- Weniger Wartung ohne Getriebe
- DFIG ist drehzahlvariabel
- DFIG ist sensibel gegenüber Netzstörungen
