Windenergie Flashcards
(Aus Probeklausur, 2P)
Was ist Wind und wie entsteht er?
- Ausgleichsströmung zwischen Gebieten mit unterschiedlichen Drücken
- Druckunterschiede durch unterschiedliche Erwärmung
(Aus Probeklausur, 2P)
Wie unterscheidet sich das Windprofil über einer dicht bebauten Gegend und über eine freien Feld?
Bebaut vs. Feld
- Bebaut: weniger bauchig, maximale Geschwindigkeit erst in größerer Höhe
- Abbildung: VL_01, Folie 31
(Aus Probeklausur, 4P)
Benennen und beschreiben Sie ein lokales und ein globales Windsystem. Falls notwendig, fertigen Sie eine Skizze an.
Global: Hadley Strömung
- Höhere Sonneneinstrahlung am Äquator, Tiefdruckgebiet
- Luft steigt in Troposphäre auf, teil sich und strömt nach Norden und Süden
- Luft kühlt sich ab und strömt bei 30° (Längengrad) wieder herab
Lokal: See-Land-Brise
- Tagsüber: Land erwärmt sich schneller als Wasser, wegen geringerer Wärmekapazität –> Tiefdruckgebiet an Land
- Luft vom Wasser strömt nach –> Hochdruckgebiet über Wasseroberfläche
- Nacht: Umgekehrt das Land sich schneller abkühlt als Wasser
(Aus Probeklausur, 2P)
Was besagt das Betz’sche Gesetz? Geben Sie die sich daraus ergebende Formel für die theoretisch zu entnehmende Leistung einer Windkraftanlage an.
- Leistungsbeiwert einer WEA ist nur vom Verhältnis der Luftgeschwindigkeit vor und hinter dem Rotor abhängig
- Maximaler Leistungsbeiwert:
c_p_max = 16/27 = 0,59 - Maximale Leistung:
P_Betz = 1/2 * p * A * v^3 * cp - Zusatz: c_p = 1/2 * (1 + v_2/v_1) * (1-(v_2/v_1)^2)
(Aus Probeklausur, 1P)
Skizzieren Sie eine Leistungskurve einer modernen Windanlage.
(Aus Klausur WS19/20, 5P)
Skizzieren Sie die im Wind enthaltene Leistung, die theoretisch durch eine Windanlage zu entnehmende Leistung und eine Leistungskurve einer modernen Windanlage. Geben Sie für die ersten beiden Leistungskurven die Berechnungsvorschrift (Gleichung zur Leistungsberechnung) an.
(Aus Probeklausur, 1P)
Abbildung: siehe VL_02, Folie 37
(Aus Klausur WS19/20)
Abbildung: siehe Klausur
P_Wind = 1/2 * m * v^2 = 1/2 * p * A * v^3
P_Betz = 1/2 * p * A * v^3 * cp
(Aus Probeklausur, 3P)
Wie kann die Nennleistung gehalten werden? Benennen und beschriften Sie ein Prinzip genauer.
- Durch Strömungsbeeinflussung an den Flügeln (Pitch bzw. Stall-Regelung)
- Stall-Regelung: Strömungsablösung am Rotorblatt durch Erhöhung des Anströmwinkels bei großen Windgeschwindigkeiten
(Aus Klausur WS19/20, 3P)
Welche zwei Prinzipien der Leistungsreduktion gibt es bei WEA? Benennen und beschriften Sie beide.
(Aus Klausur WS19/20)
Pitch
- Reduziert die Leistung einer WKA ab Windgeschwindigkeiten höher als die Auslegungswindgeschwindigkeit durch ein Verstellen des Blatteinstellwinkels (das Blatt wird in den Wind gedreht) (1 P)
- Durch Veränderung des Blatteinstellwinkels wird der Anströmwinkel zwischen der Profilsehne und der relativen Anströmgewindigkeit c reduziert.
- Aufgrund dieser Reduzierung ist die resultierende Kraft die auf das Blatt wirkt kleiner als Ohne Änderung des Blatteinstellwinkels
- Abbildung: vgl. VL_02, Folie 50
Stall
- Reduziert die Leistung einer WKA ab Windgeschwindigkeiten höher als die Auslegungswindgeschwindigkeit durch Strömungsablösung am Rotorblatt (1 P)
- Bei höheren Windgeschwindigkeiten vergrößert sich der Anströmwinkel zwischen der Profilsehne und der relativen Anströmgeschwindigkeit c
- Wenn dieser Anströmwinkel zu groß wird, dann kann die Strömung dem Profilverlauf nicht mehr folgen und es kommt zu Ablöseerscheinungen
- Abbildung: vgl. VL_02, Folie 45
(Aus Probeklausur, 2.5P)
Welche Kräfte entstehen an einem Flügeprofil?
(Aus Klausur WS19/20, 4P)
Skizzieren Sie in die untere Abbildung das sich ergebende Windgeschwindigkeitsprofil(?) und die daraus resultierenden Kräfte an dem Profilausschnitt eines Rotorblattes. Benennen Sie alle Windgeschwindigkeiten und Kräfte eindeutig.
(Aus Probeklausur, 2.5P)
- Auftriebskraft
- Luftwiderstand
- Tangentialkraft
- Schubkraft
- Gesamtluftkraft (Resultierende)
(Aus Klausur WS19/20)
s. Klausur
(Aus Klausur WS19/20, 8P)
Das Ingenieurbüro, in welchem Sie arbeiten, befasst sich aktuell mit zwei Windparkprojekten in Ludwigsburg (im Süden Deutschlands) und in Bremerhaven (an der Nordsee). Folgende Faktoren beziehen sich auf 20 m Höhe:
- Ludwigsburg (Skalierungsfaktor: 3,4 m/s, Formfaktor: 2,6 und Rauigkeitslänge 0,3 m)
- Bremerhaven (Skalierungsfaktor: 7,3 m/s, Formfaktor: 2,08 und Rauigkeitslänge 0,1 m)
Es stehen Ihnen zwei Windernergieanlagen zur Verfügung:
- Eine Enercon E 126
- Eine Schwachwindanlage von Enercon: die E 138
Beide Anlagen haben eine Narbenhöhe von 125 m.
Beschreiben Sie wie Sie den jährlichen Energieertrag für die Standorte bestimmen würden. (5 P)
Welche der beiden Anlagen würden Sie für den jeweiligen Standort wählen? Begründen Sie ihre Annahme. (3 P)
(Aus Klausur WS19/20)
s. Klausur
(Aus Klausur WS19/20, 2P)
Welche Vor- und Nachteile ergeben sich für Offshore-Windanlagen gegenüber Windanlagen, die im Binnenland positioniert sind. Nennen Sie je zwei Vor- und zwei Nachteile.
(Aus Klausur WS19/20)
Vorteile
- Geringere Reibung / höhere Windgeschwindigkeiten / größere Leistung
- Höhere Volllaststundenzahl
- Geringere Flächenkonkurrenz
Nachteil
- Netzanschlussbedingungen
- Korrosive Umgebung
- Unzugänglichkeit (Installations- /Wartungsaufwand)
