Exa (bis Wärmep.) Flashcards
Benne die 3 möglichen Umwandlungspfade/Prozesskategorien für die energetische Nutzung von Biomasse!
Biologische Prozesse
Thermochemische Prozesse
Physikalische Prozesse
Beschrifte die vereinfachte Darstellung eines Gegenstromvergasers mit den folgenden:
1) Luft/Vergasungsmittel, Produktgas, Asche, Brennstoff, Trocknungszone, Pyrolyse/Zersetzungszone, Oxidationszone, Reduktionszone
2) Kennzeichne auch die Richtung der Stoffströme falls zutreffend mit Pfeil!
siehe SoSe 18!! (bzw. Schaubilder)
–> äquivalent für Gleichstromvergaser lernen (WiSe 23/24)
Beschreibe die vier Phasen der Biogasgewinnung. Benenne zusätzlich verschiedene Phasen im Fermenter!
Schritt 1:
- Anlieferung, Lagerung
- Aufbereitung
- Einbringung
Schritt 2: Biogasgewinnung im Fermenter
–> Phasen:
- Hydrolyse
- Säurebildung
- Acetatbildung
- Methanbildung
Schritt 3: Gärrestlagerung/Nachgärung
Schritt 4: Biogasaufbereitung (Trocknung, Entschwefelung)
Thermochemischen Prozess ohne Trocknung zeichnen, bennen und Temperatur und Luftzahl angeben!
-> vermutlich slide 24-28:
((- Aufheizung –> H2O
–> (lambda = 0; T ca. < 200°C))
- Pyrolytische Zersetzung/Pyrolyse (Entgasung)–> Molekülbruchstücke
–> lambda = 0; T > 200°C - Vergasung –> CO, H2
–> 0 < lambda < 1 ; T > 600°C - Verbrennung/Oxidation –> CO2, H2O
–> lambda >= 1; T > 700°C
Vergärungsprozess im Fermenter beschreiben mit Bakterien!
- Hydrolyse (hydrolytische Bakterien):
Ausgangsmaterial (Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate usw.)
-> hydrolytischen Bakterien
-> einfache organische Bausteine (Aminosäuren, Fettsäuren, Zucker) - Säurebildung (fermentative Bakterien):
einfachen organischen Bausteine
—> fermentativen Bakterien in
—> Organische Säuren (Milchsäure usw.) und weitere Verbindungen (Alkohole usw.) - Acetatbildung (acetogene Bakterien):
Organischen Säuren und weitere Verbindungen (Alkohol usw.)
—> essigsäurebildende Bakterien
—> Essigsäure oder HCO3 + H2 - Methanbildung (methanogene Bakterien):
Essigsäure (Verwertung Essigsäure) und HCO3 + H2 (Verwertung Wasserstoff)
—> methanbildende Bakterien
—> Biogas (also Methan (CH4) + CO2)
(siehe slide 50)
–> wichtig in Klausur darauf achten ob nach den 4 Verfahrensschritten (Phasen) der Biogasgewinnung gefragt wird oder nach den 4 Phasen im Fermenter (wie hier)!
——
Detail:
- Hydrolyse (hydrolytische Bakterien):
Ausgangsmaterial (Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate usw.) werden von hydrolytischen Bakterien in einfache organische Bausteine (Aminosäuren, Fettsäuren, Zucker) umgewandelt - Säurebildung (fermentative Bakterien):
Die einfachen organischen Bausteine werden von fermentativen Bakterien in Organische Säuren (Milchsäure usw.) und weitere Verbindungen (Alkohole usw.) umgewandelt. Teilweise aber auch in Essigsäure oder Hydrogencarbonat + Wasserstoff (HCO3 + H2) - Acetatbildung (acetogene Bakterien):
Die Organischen Säuren und weitere Verbindungen (Alkohol usw.) werden durch essigsäurebildende Bakterien ebenfalls in Essigsäure oder HCO3 + H2 umgewandelt - Methanbildung (methanogene Bakterien):
Essigsäure (Verwertung Essigsäure) und HCO3 + H2 (Verwertung Wasserstoff) werden durch methanbildende Bakterien zu Biogas (also Methan (CH4) + CO2) umgewandelt.
(siehe slide 50)
Abbildung von einem Reaktortyp gegeben. Benenne und erkläre zirkulierende Wirbelschicht!
Gib außerdem das thermochemische Konversionsverfahren an!
Zeichnung auf slide 38 beschriften und erklären können!!!
Und/Oder:
Abbildung auf slide 40 beschriften und erklären können:
Thermochemische Konversionsverfahren: Schnelle Pyrolyse
(Reaktortyp für die Schnellpyrolyse, gas fluidisiert)
Erkläre:
Eintrag von Biomassenpartikel (1-3 mm) in den zirkulierenden Wirbelschichtreaktor über eine Förderschnecke. Außerdem Zufuhr von heißem Sand und Oxidationsmittel in den Wirbelschichtreaktor. Zersetzung der Biomassepartikel erfolgt.
Die Verwirbelung ist deutlich stärker als bei einem Reaktor mit stationärer Wirbelschicht. Dies hat den positiven Effekt, dass die Wärmeübertragung zwischen der Biomasse und dem Sand nochmal wesentlich verbessert wird. Ein negativer Effekt ist allerdings, dass aufgrund der hohen Durchstromraten nicht nur ein Austrag der Gase, des Koks und des Öls stattfindet, sondern auch ein Austrag des Bettmaterials (Sand).
Aus diesem Grund sind zwei dem Reaktor nachgeschaltete Zyklone notwendig.
–> Einer der die gasförmigen und flüssigen Produkte von sämtlichen festen Materialien trennt (Pyrolysegas und -öl strömen in den Quencher zur Kühlung, während die festen Produkte (Sand und Koks) in den zweiten Zyklon strömen.
–> Im zweiten Zyklon wird der heiße Sand zurückgeführt und das Koks abgetrennt oder (wie hier) Luft hinzugefügt, sodass das Koks direkt verbrannt wird und nur noch der heiße Sand hineinbefördert wird.
Das Pyrolysekoks ist wesentlich feinteiliger als bei der stationären Wirbelschicht. Grund dafür ist die starke Verwirbelung in der zirkulierenden Wirbelschicht, welche zu einem größeren Abrieb und damit zu kleineren Partikeln führt.
–> Dies ist problematisch, weil manche Partikel im ersten Zyklon dann auch mitgerissen werden und sich im Produkt aus Öl und Gas befinden.
–> aus diesem Grund ist eine weitere Abtrennung des Koks vom Produkt Öl und Gas aus dem 1.Zyklon notwendig.
In einem Quenchkühler wird das heiße Gas zur Öl-Gewinnung abgekühlt. Das wird anschließend weiter in einen Elektrostatischen Abscheider geführt, wo Aerosole rausgelöst werden, die dann ebenfalls dem Bioöl zugeführt werden.
Nach dem Elektrostatischen Abscheider wird das Gas zur zurückgeführt, abgeführt oder abgefackelt.
Verfahrensablauf der Biogasgewinnung (wichtig für Klausur!!!)
Beschreibe die vier Verfahrensschritte (Phasen) der Biogasgewinnung!
- Verfahrensschritt:
Anlieferung, Lagerung –>
Aufbereitung u. Vorbehandlung (optional) –>
(Substrat-) Einbringung - Verfahrensschritt: Biogasgewinnung (Vergärung im Fermenter)
- Gärrestlagerung u./o. Nachgärung Gärrestaufbereitung
- Biogasaufbereitung u. -speicherung (Trocknung, Entschwefelung)
(siehe im Detail slide 41 !!!)
–> wichtig in Klausur darauf achten ob nach den 4 Verfahrensschritten (Phasen) der Biogasgewinnung gefragt wird oder nach den 4 Phasen im Fermenter (wie hier)!
- Verfahrensschritt - Biogasgewinnung
Nenne die 4 Phasen im Fermenter und beschreibe sie! (wichtig für Klausur!)
- Hydrolyse:
Ausgangsmaterial (Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate usw.) werden von hydrolytischen Bakterien in einfache organische Bausteine (Aminosäuren, Fettsäuren, Zucker umgewandelt - Säurebildung:
Die einfachen organischen Bausteine werden von fermentativen Bakterien in Organische Säuren (Milchsäure usw.) und weitere Verbindungen (Alkohole usw.) umgewandelt. Teilweise aber auch in Essigsäure oder Hydrogencarbonat + Wasserstoff (HCO3 + H2) - Acetatbildung:
Die Organischen Säuren und weitere Verbindungen (Alkohol usw.) werden durch essigsäurebildende Bakterien ebenfalls in Essigsäure oder HCO3 + H2 umgewandelt - Methanbildung:
Essigsäure (Verwertung Essigsäure) und HCO3 + H2 (Verwertung Wasserstoff) werden durch methanbildende Bakterien zu Biogas (also Methan (CH4) + CO2) umgewandelt.
(siehe slide 50)
–> wichtig in Klausur darauf achten ob nach den 4 Verfahrensschritten (Phasen) der Biogasgewinnung gefragt wird oder nach den 4 Phasen im Fermenter (wie hier)!
Auftriebsläufer
Es kann durchaus sein, dass man mal die Kräfte und Geschwindigkeiten zeichnen muss, die beim Auftriebsläufer (vlt. auch beim Widerstandsläufer) auftreten!
–> dafür folgende Abbildungen lernen für Auftriebsläufer:
- Abbildung in Zsmf. (bzw. slide 10!)
- Abbildung slide 17
-> Zum Verständnis auch slide 9, 12, 13, 15 und 16 ansehen!
–> dafür folgende Abbildungen lernen für Widerstandsläufer:
- slide 5 und 6
(ALLE slides in Winde2 VL)
…
Was ist ein wesentlicher Grund warum bei modernen Windkraftanlagen Auftriebsläufer anstelle von Widerstandsläufern verwendet werden?
Moderne Windkraftanlagen nutzen Auftriebsläufer, weil sie dadurch Schnelllaufzahlen (lambda) von > 1 erreichen können.
Grund:
Ein Auftriebsläufer kann durch Nutzung des Auftriebsprinzips eine deutlich höhere Umfangsgeschw. erreichen (bzw. deutlich schneller laufen) als die Windgeschwindigkeit mit der er angeströmt wird.
(Hintergrund:
- Schnellläuferzahl (lambda) = Umfangsgeschwindigkeit an Rotorblattspitze / angeströmte Windgeschw.
- Ein Widerstandsläufer kann max. so schnell laufen wie die Windgeschw. (also lambda kann theoretisch max. = 1 sein, wobei es auch immer noch Verluste gibt), weil er direkt von dieser angetrieben wird.)
Was muss man unbedingt beachten, wenn man die ganzen Kräfte und Geschwindigkeiten an einem Rotorblattschnitt mal zeichnen muss?
Widerstandskraft/Luftwiderstand (FsubW) wirkt in Verlängerung zur resultierenden Geschw. (vsubr) (bzw. Anströmgeschw.)
Im rechten Winkel zur Widerstandskraft (Fsubw) liegt die Auftriebskraft an.
Über dem Profil ist ein Unterdruckgebiet (es ist eine längere Weglänge vorhanden und hohe Geschw.)
Unter dem Profil ist ein Überdruckgebiet (es ist eine kürzere Weglänge vorhanden und geringere Geschw.)
Kombination aus Tangentialkraft und axialer Komponente (Schub) ergibt die Gesamtluftkraft.
Die Tangentialkraft läuft in die gleiche Richtung wie Drehrichtung
–> eig. ist nur die Tangentialkraft für die Drehung in Drehrichtung verantwortlich
Der Schub (bzw. die axiale Komponente) ist eher die Kraft, die bewirkt, dass das Rotorblatt in axialer Richtung gedrückt wird.
–> siehe Schaubilder!
Was ist Wind und wie entsteht er?
Ausgleichsströmung zwischen Gebieten unterschiedlichen Druckes
Die Druckunterschiede entstehen durch unterschiedliche Erwärmung
(reicht so für Klausur!!)
(-> zum Verständnis für mich nochmal das Bild dazu mit Hoch- und Tiefdruckgebieten ansehen)
Wie unterscheidet sich das Windprofil über einer dicht gebauten Gegend und dem über einem freien Feld?
Windprofil über einer dicht gebauten Gegend ist weniger bauchig und der geostrophische Wind und die max. Geschw. wird erst in größerer Höhe erreicht.
(Grund: unters. Rauigkeit der Oberfläche und dadurch entstehende Turbulenzen)
-> circa Windprofile auch mal zeichnen (siehe Winden.1, slide 30(27))
Benenne und beschreibe ein lokales und ein globales Windsystem!
-> Falls notwendig, fertige eine Skizze an!
Beispiele/Antwort wie in Probeklausur genommen:
Global: Hadley Zirkulation
- höhere Sonneneinstrahlung am Äquator führt zu Tiefdruckgebiet
- Luft steigt in Troposphäre auf, teilt sich und strömt nach Norden und Süden
- Luft kühlt sich wieder ab und sinkt in etwa 30° Breite wieder herab, um dann als Passat wieder Richtung Äquator zu strömen
(Details slide 15 (16) Winden1)
Lokal: See-Land-Brise
- Tagsüber: Land erwärmt sich schneller als Wasser, wegen geringerer Wärmekapazität –> führt zu Tiefdruckgebiet an Land, weil warme Luft aufsteigt.
- Über Wasseroberfläche entsteht durch die wieder abgekühlte und abgesunkene Luft ein Hochdruckgebiet
- Luft vom Wasser strömt aufgrund des Druckgefälles in Richtung Land
–> Nachts: umgekehrt das Land sich schneller abkühlt als Wasser (Landbrise dann)
(Details Winden1 slide 18(17))
Was besagt das Betz’sche Gesetz? Gib die sich daraus ergebene Formel für die theoretisch zu entnehmende Leistung einer WKA an.
Besagt: Leistungsbeiwert einer WKA ist nur vom Verhältnis der Luftgeschw. vor und hinter dem Rotor abhängig.
-> der max. Leistungsbeiwert cp,sub,max = 16/27 (= ca. 0,59)
PBetz = (1/2) x roh x A x v1^3 x csubp
(Zusatz: csubp = (1/2) x (1+(v2/v1) x (1-(v2/v1)^2)
-> Wenn man Zusatz einsetzt kann man die Leistungsformel nochmal kürzen)
Skizziere eine Leistungskurve einer modernen Windanlage.
Siehe Winden.2 slide 39 (38)
-> vereinfacht bei Lsg. Probekl.
(wichtig Verlauf, alle wichtigen Geschw. und Nennleistung)
(Zusatz: Vergleich Kurve Stall und Pitch, slide 55 (51))
Wie kann die Nennleistung gehalten werden? Benne und beschreibe ein Prinzip genauer.
Durch Strömungsbeeinflussung an den Rotorblättern (Pitch bzw. Stall-Regelung)!
z.B. in Probeklausur für Stall-Regelung):
Strömungsablösung am Rotorblatt durch Erhöhung des Anströmungswinkels bei großen Windgeschw.
(Zusatz: bei active Stall Rotorblatt steuerbar, bei normalen Stall vorab aerodynamisch optimiertes Rotorblatt)
(Zusatz: Bild Winden2 slide 48 (45) auch zeichnen können für Stall)
Welche Kräfte entstehen an einem Flügelprofil?
Kräfte:
- Auftriebskraft
- Luftwiderstand
- Tangentialkraft
- Schubkraft (axiale Komp.)
- Gesamtluftkraft (Resultierende)
(Zusatz: Kräfte auch einzeichnen können, siehe Winden2 slide 17)
Zeichne die Kräfte am Windprofil mit Geschwindigkeitsdreieck!
Zeichne Winden2 slide 17!!
(auch slides 9-16 und 18 ansehen!!)
Benenne zwei lokale Windsysteme und erkläre sie!
1) Föhn / Chinook:
- entsteht, wenn Luft gezwungen wird über Berge zu strömen
- Die noch warme Luft strömt entlang der windzugewandten Seite des Berges und kühlt ab
- Sollte die Luft noch feucht sein kommt es zur Wolkenbildung (Regenseite)
- Auf der Leeseite (Wind abgeneigte Seite), sinkt die Luft und bildet ein Hochdruckgebiet
- Auf der Leeseite bilden sich trockene warme Winde (!)
2) See-Land-Brise
- Tagsüber: Land erwärmt sich schneller als Wasser, wegen geringerer Wärmekapazität –> führt zu Tiefdruckgebiet an Land, weil warme Luft aufsteigt.
- Über Wasseroberfläche entsteht durch die wieder abgekühlte und abgesunkene Luft ein Hochdruckgebiet
- Luft vom Wasser strömt aufgrund des Druckgefälles in Richtung Land
–> Nachts: umgekehrt das Land sich schneller abkühlt als Wasser (Landbrise dann)
(Details Winden1 slide 18(17))
Erkläre wie Windenergieertrag bestimmt wird.
1) Es wird benötigt:
relative Häufigkeit aus Windhistogramm mit Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit am Standort
-> erzeugt aus Messwerten oder errechnet aus Weibull-Verteilungsfkt. oder Rayleigh-Verteildichte
Leistungskennlinie (Leistungskurve) einer Windkraftanlage, die zum Standort gut passen dürfte
(siehe slide 41!)
2) Berechnung:
gesamter Energieertrag (Etotal)
= Summe der Energieerträge der einzelnen Windklassen (vsubi) (Esubi) für den betrachteten Zeitraum
= Stundenanzahl der Periode (T) x Summe aus (Wert aus Häufigkeitsverteilung für Windklasse i x Leistung der Windklasse (vsubi))
(siehe Formel und Diagramme slide 41!!)
(Zusatz: Bei gesamten Windpark werden noch Informationen aus allen Himmelsrichtungen benötigt. -> mit Windrosen)
Erkläre Pitch und Stall! (Kurze Versionen)
Bei beiden Strömungsbeeinflussung an den Rotorblättern mit Ziel die Leistung einer WKA ab Windgeschw. höher als die Auslegungsgeschw. konstant bei Nennleistung zu halten.
Stall-Regelung:
Strömungsablösung am Rotorblatt durch Erhöhung des Anströmwinkels bei Windgeschw. ab Nennwindgeschw. (active Stall)(Blatt wird aus dem Wind gedreht) vs. normaler Stall beachten)
Pitch-Regelung:
Durch Veränderung des Blatteinstellwinkels (das Blatt wird IN den Wind gedreht) wird der Anströmwinkel alphasubA reduziert.
Dadurch wird resultierende Kraft die auf das Blatt wirkt kleiner.
(–> denn durch den kleineren Anströmwinkel ist die Weglänge über das Profil deutlich kürzer, sodass es zu einer Reduzierung der Strömungsgeschw. über dem Profil kommt und das Unterdruckgebiet über dem Profil konstant gehalten werden kann)
(–> Also auch hier (wie bei Stall) soll ab einer bestimmten Geschw. (Nenngeschw.) das Unter- und Überdruckgebiet am Profil konstant gehalten werden, sodass der Auftrieb konstant bleibt und damit eine konstante Umfangsgeschwindigkeit u und eine konstante Leistung erreicht wird
-> Dies wird über die active Pitch-Regelung erreicht)
Nenne 2 Vor- und 2 Nachteile eines Offshore Windparks!
-> nochmal checken ob es um Windpark oder um Offshore im allgemeinen geht
Vorteile:
- Oberfläche mit schwacher Rauigkeit
-> geringere Windscherung und dadurch geringere Nabenhöhe möglich
-> weniger Turbulenz = längere Lebensdauer der Anlagen
- höhere Volllaststundenzahl
(vlt. wenn man jetzt Windpark im gesamten betrachtet ein Vorteil, dass man nur ein langes Seekabel zu einem internen Netz bauen muss und nicht einzelne WKA jeweils mit Seekabel zum Land anbinden muss??)
Nachteile:
- korrosive Umgebung
- spezielle Fundamente erforderlich
Genehmigungsverfahren
In welchem Umkreis sind WEA (Bestands- oder beantragte WEA) zu berücksichtigen?
-> Räumlich-funktionaler Zusammenhang
(kann start variieren je nach Landkreis, Bundesland, etc. -> für uns aber nur die Antwort hier relevant)
WEA in der selben Konzentrationszone, Vorranggebiet, Vorbehaltsgebiet oder Eignungsgebiet
WEA innerhalb des 10-fachen Rotordurchmessers (der eigenen Planung)
–> Dabei muss nicht jede WEA mit jeder anderen WEA der WEA-Gruppe in Verbindung stehen, sondern eine Verkettung über zwischenstehende WEA ist ausreichend(!)
(Wind - Projektentw.1, slide 18 dazu ansehen!!!)
Grundlagen des Schattenwurfs
Welche Faktoren haben Einfluss auf den Schattenwurf? (wichtig)
Anlagenspezifisch:
- Anlagenstandort
- Rotordurchmesser
- Nabenhöhe
- Rotorblatttiefe
Astronomisch:
- Einfallswinkel der Sonne
- Sonnenscheindauer
- Windrichtung (Azimutstellung)
- Witterungsbed.
Im Rahmen eines Turbulenzgutachtens werden die Standortbedingungen für die geplante WEA ermittelt und mit den Auslegungswerten der WEA verglichen.
Folgende Inhalte werden dabei geprüft: ?? (3)
Überschreitungen der mittleren Windgeschw. im Vergleich zur Auslegungswindgeschw.
Überschreitungen der Standortbed. gegenüber den Auslegungswerten der 50-Jahreswindgeschw.
Überschreitung der effektiven Turbulenzintensität ggü. den Auslegungswerten
(die ersten beiden Punkte machen in seltenen Fällen Probleme, meistens ist der dritte Punkt ein Problem)
Grundlagen zum Turbulenzgutachten
Prüfung: Überschreitungen der effektiven Turbulenzintensität ggü. den Auslegungswerten
Bei der effektiven Turbulenzintensität gilt es die Umgebungsturbulenzintensität und die induzierte Turbulenzintensität (Nachlaufströmung von WEA) zu berücksichtigen.
Hinsichtlich der induzierten Turbulenzintensität (Nachlaufströmung von WEA) ist es dabei wichtig was zu beachten?
Den empfehlenswerten Mindestabstand von WEA, welcher der doppelte Rotordurchmesser ist!
(GANZ WICHTIG, MERKEN!!)
Grundlagen zum Turbulenzgutachten
Prüfung: Überschreitungen der effektiven Turbulenzintensität ggü. den Auslegungswerten
Welche Maßnahmen gibt es bei Überschreitungen? (3)
(Nur, wenn der empfehlenswerte Mindestabstand zwischen den WEA von 2x Rotordurchmesser eingehalten wurde)
- Standortspezifische Lastrechnung
-> wenn keine Gefährdung der Standsicherheit aus der Lastrechnung resultiert, sind keine sektoriellen Betriebseinschränkungen erforderlich(!) - WEA-Betrieb im Turbulenzmodus
-> Verringerung der Drehzahl bei gleicher Leistung
-> dadurch: Reduzierung der eff. Turbulenzintensität (aber auch geringere Erträge) - Sektorielle Betriebseinschränkungen
-> Teillastbetrieb oder Abschaltung der WEA bei bestimmten Windrichtungen und Windgeschw.
-> mit HOHEN Ertragsverlusten verbunden, in der Praxis wird daher versucht dies über die oberen beiden Maßnahmen zu verhindern(!)
Anerkannte Schutzmaßnahmen - BNatSchG Anlage 1 Abschnitt 2
Nenne 6 mögliche anerkannte Schutzmaßnahmen in Bezug auf die Kollisionsgefahr von Brutvogelarten! (Wichtig für Prüfung!!)
Kleinräumige Standortwahl (Micro-Sitting) (kleinräumige Verschiebung der WEA, sollte aber schon früh geprüft werden)
Antikollisionssystem
Abschaltung bei landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsereignissen
Anlage von attraktiven Ausweichnahrungshabitaten
Senkung der Attraktivität von Habitaten im Mastfußbereich
Phänologische Abschaltung
Beschreibe zwei anerkannte Schutzmaßnahmen in Bezug auf die Kollisionsgefahr von Brutvogelarten! (Sehr wichtig für Prüfung)
(Habe mich für folgende entschieden: Antikollisionssystem, Anlage von attraktiven Ausweichnahrungshabitaten)
Antikollisionssystem: Erkennung der Zielart über automatisierte kamera- und/oder radarbasierte Systeme.
-> Bei Unterschreitung einer artspezifisch festgelegten Distanz durch die Zielart., geht die WEA per Signal in den “Trudelbetrieb”
Anlage von attraktiven Ausweichnahrungshabitaten:
Die Anlage von attraktiven Ausweichnahrungshabitaten (bpsw. Feuchtland oder Nahrungsgewässer) als Ablenkflächen ist artspezifisch in ausreichend großem Umfang vorzunehmen.
Umsetzungsplanung - Zuwegungsplanung
Welche Arten von Zuwegungen werden unterschieden und für was sind sie da? (wichtig für Prüfung)
temporäre Zuwegung (Schwerlast) für:
- Beton- und Baufahrzeuge
- Schwertransporte für Auf- und Abbau des Kranes
- Schwertransporte mit Anlagenkomponenten
dauerhafte Zuwegung für Wartungs- und Servicefahrzeuge
Planungskonzept
Befindet sich die Freileitung in der Nachlaufströmung der geplanten WEA?
-> Zeichne (merke) dir die Abbildung auf slide 36!! und stelle auch die entsprechende Formel auf!!
(sehr wichtig für exam)
…
Planungskonzept
Wie lautet die Formel zur Berechnung der Höhe der Unterkante der Nachlaufströmung?
(Sehr wichtig für exam)
h = hsubWEA - (DsubWEA / 2) - 0,1 * (x1 - x2)
Mit:
h: Höhe der Unterkante der Nachlaufströmung
hsubWEA: Nabenhöhe der WEA
DsubWEA: Rotordurchmesser
(DsubWEA/2): Rotorradius
x1: Abstand von Mastmittelpunkt zur Freileitung
x2: Abstand von Mastmittelpunkt zur Rotorebene
0,1: neg. Anstieg der Nachlaufströmung (Anstieg weil Nachlaufströmung im Prinzip eine Röhre ist, die immer breiter wird mit ansteigender Länge)
1) In welche zwei Verfahrensarten kann das Genehmigungsverfahren unterschieden werden?
2) Was sind die zwei wesentlichen Unterschiede dieser beiden Verfahrensarten?
1)
Förmliche Genehmigungsverfahren
Vereinfachte Genehmigungsverfahren
2)
Förmliche Genehmigungsverfahren:
- werden erst Ab 20 oder mehr WEA durchgeführt
- es muss außerdem vor Genehmigung eine Öffentlichkeitsbeteiligung durchgeführt werden
Nenne eine Tierartengruppe, die häufig von Windenergievorhaben betroffen sind?
Beschreibe eine anerkannte Schutzmaßnahme nach dem Bundesnaturschutzgesetz für diese Artengruppen!
Amphibien und Reptilien
Installation mobiler Absperr- und Leiteinrichtungen
Ein Ingenieursb. möchte 4 neue Windanlagen im abgebildeten Gebiet errichten.
Entscheide für jede Anlage, ob diese mit örtlichen Gegebenheiten im Konflikt steht oder nicht. Erkläre ggf. den Konflikt!
(Bild, Tabelle und Lösung in Probeklausur!)
…
Zeichne von WS1920 a.1 (!)
-> Zeichne sowohl das als auch Windenerg2 VL slide 17 und vergleiche (!)
…
Skizziere die im Wind enthaltene Leistung, die theoretisch durch eine Windanlage zu entnehmende Leistung und eine Leistungskurve einer modernen Windanlage.
Gebe für die ersten beiden Leistungskurven die Berechnungsvorschrift (Gleichung zur Leistungsberechnung) an.
-> Skizze siehe a.2 (WS1920)
PWind = 0,5 * m * v^2 = 0,5 * roh * A * v^3
PBetz = 0,5 * roh * A * v^3 * csubp
Welche zwei Prinzipien der Leistungsreduktion gibt es bei WEA?
Benenne und beschreibe!
Stall-Regelung (Lsg. aus Probekl.):
Strömungsablösung am Rotorblatt durch Erhöhung des Anströmungswinkels bei großen Windgeschw.
Pitch-Regelung:
- Reduziert die Leistung einer WKA ab Windgeschw. höher als die Auslegungsgeschw. durch ein Verstellen des Blatteinstellwinkels (Blatt wird in den Wind gedreht)
-> Durch Veränderung des Blatteinstellwinkels wird der Anströmwinkel zwischen der Profilsehne und der relativen Anströmgeschw. c reduziert
-> Aufgrund dieser Reduzierung ist die resultierende Kraft die auf das Blatt wirkt kleiner als ohne Änderung des Blatteinstellwinkels
Ein Ingenieurbüro befasst sich mit zwei Windparkprojekten im Süden DE (WP Süd) und an Nordsee (WP Nord). Folgende Faktoren beziehen sich auf 20 Meter Höhe:
WP Süd:
- Skalierungsfaktor: 3,4 m/s
- Formfaktor: 2,6
- Rauigkeitslänge: 0,3m
WP Nord:
- Skalierungsfaktor: 7,3 m/s
- Formfaktor: 2,08
- Rauigkeitslänge: 0,1m
Es stehen außerdem zwei Windanlagen zur Verfügung:
- Enercon E 126
- eine Schwachwindanlage (Enercon E 138)
–> beide Anlagen haben Nabenhöhe von 125m
1) Beschreibe wie man den jährlichen Energieertrag für beide Standorte bestimmen würde!
2) Welche der beiden Anlagen würde man jeweils für den jeweiligen Standort wählen? Begründe!
gegebene Formel:
vStrich ungefähr = A x (0,568 + (0,434/k)^(1/k)
1)
A kann als charakteristische Windgeschw. bezeichnet werden und muss mit folgender Formel zuerst auf Nabenhöhe umgerechnet werden:
v2(z2) = v1 (z1) x (ln(z2/z0) / ln (z1/z0)
-> z0: Rauigkeitslänge
-> z2: Nabenhöhe
-> z1: gegebene Höhe (20m)
-> v1(z1): gegebenen Skalierungsfaktor A nehmen (!)
Folgende neue Skalierungsfaktoren (A) ergeben sich dann mit einsetzen:
WP Süd: A = 4,88 m/s
WP Nord: A = 9,82 m/s
Nun kann man jeweils Skalierungsfaktor A und jeweiligen Formfaktor k in die Weibull-Verteilungsfunktion einsetzen (um relative Häufigkeitsverteilung zu bestimmen)
-> die Berechnung erfolgt für alle Windgeschwindigkeitsklassen(!)
-> Es muss dann außerdem die Leistungskennlinie der gewünschten Anlage herangezogen werden.
-> Dann muss eine Energieertragsberechnung durchgeführt werden über die Summe von hi x Pi
-> Die Summe wird anschließend mit der Zeit multipliziert (für ein Jahresberechnung: 8760h)
(Nochmal Ablauf bisschen besser vlt. beschreiben mit eigenen KTs)
2)
Hierfür mittlere Windgeschw. berechnen (berechneter Skalierungsfaktor A und Formfaktor k einsetzen in Formel jeweils):
WP Süd:
vStrich ungefähr
= 4,88 m/s x (0,568 + (0,434/2,6))^(1/2,6)
= 4,33 m/s
(oder wenn man 20m Höhe nimmt = 3m/s)
WP Nord:
vStrich ungefähr
= 9,82 m/s x (0,568 + (0,434/2,08))^(1/2,08)
= 8,7 m/s
(oder wenn man 20m Höhe nimmt = 6,46 m/s)
-> entsprechend würde man die Schwachwindanlage eher bei Standort WP Süd nehmen und die andere eher bei WP Nord!
