Windkraftwerk: 2. Aerodynamik Flashcards
Aerodynamik am Rotorblatt einer Windkraftlage
. Auftriebsläufer
siehe Abb. S.2
- Fa und Fw greifen den Schwerpunkt der Fläche
- cw (Widerstandsbeiwert) und (Auftriebsbeiwert) cA -> sind von der Profilgeometrie + dem aerodynamischen Anstellwinkel abhängig
- d sinkt => laminare Strömung
=> cA steigt, sw sinkt - d (oder ist hier alpha gemeint?)
=> turbulente Strömung
=> cA sinkt + cw steigt
Unterschied zwischen Langsamläufer und Schnellläufer
siehe Abb s.2
Langsamläufer:
- 7 < lamda < 5
- mehr Fläche A (steigt)
- weniger Drehzahl (n siknkt, lamda sinkt)
- großes Drehmoment
Bsp:
- Westernmills zum Pumpen von Wasser
Schnellläufer:
-lamda > 5
- weniger Fläche A (sinkt)
- weniger Drehzahl (n steigt, lamda steigt)
Bsp:
- Stromerzeugende Windkraftanlagen mit gewölbten Profilen
Was sind Verluste einer Windkraftanlage?
Aerodynamische Verluste
1. Profel-Verluste
=> Reibung an Profiloberfläche
2. Randeinfluss (Tip-Verluste)
=> Druckausgleich n der Blattspitze
3. Drallverluste
=> Drehmomententnahme im WIndrotor erzeugt einen Drall auf die abströmende Luft
Merke:
Drall= Drehbewegung oder Rotation um eine Achse
Was sind Verluste einer Windkraftanlage?
3. Drallverluste
-> Entstehung durch Drehmomententnahme im Windrotor
- In der Rotorebene wird ein Drehmoment auf Rotor übertragen
- für strmerzeugende Windkraftanlagen gilt:
Drallverluste reduzieren
-> M sinkt , n steigt
Schalenkreuzanemometer, was ist das?
siehe Abb S.3
= Konstruktion zur Messung der Windgeschwindigkeit
- Fundamnet
1.Onshore- Fundamente
- Standort muss sorgfältig ausgewählt werden bzgl Windgeschw, Windhäufigkeit + Tragfähigkeit des Bodens
- Sorgfältige Auswahl der Tiefe des Fundaments
-> Vermeidung von Schäden durhc Frost - Schwerkraftfundament aus Beton + Stahl
-> Aufgabe: Bauweklast in den Untergrund zu leiten - Bei schlecht tragfähigem Untergrund -> muss Flachgründung mit Pfahlgründung* unterstützt werden
siehe Abb.
*Pfahlgründung ist wie Stelzen fürs Haus – damit es sicher steht, auch wenn der Boden wackelig ist.
- Fundamnet
- Offnshore- Fundamente
- Besteht aus Beton, Stahlpfeilen/ Mehrbeinstrukturen
- die Bauart ist abhängig von:
Wassertiefe, Strömung, wellenhöhe
- Fundamnet
- Offnshore- Fundamente
Welche Verschiedene Arten gibt es ?
Schwerkrfatsgründung
Einpfahlstruktur (Stahlpfeilen)
Pfahlstruktur mit Dreibeinstruktur oder Fachwerkstruktur
Schwerkrfatsgründung
- Gewicht des Fundamets wird am Meeresboden fixiert
-> Wassertiefen < 10 m
-> hohe Kosten für größere Tiefen
Einpfahlstruktur (Stahlpfeilen)
-> Stahlrohr wird in Meeresboden gerammt
-> Wassertiefen 15-20m
-> NICHT bei steinigem Boden
-> einfach + günstig
Pfahlstruktur mit Dreibeinstruktur oder Fachwerkstruktur
-> Anlageleistungen > %Mv + größere Tiefen
-> Verteilung Kräfte auf mehrere Beine
-> Schwerkrafts-oder Pfahlgründung
- unterschiedliche Turmvarianten
- Stahlgitterturm
-> geringer Materialeinsatz
-> hoher Montageaufwand = teuer
-> optisch nicht ansprechend
-> reparierbar+ recyclebar - Stahlrohrtuem
-> Rundgwalzete Stahlplatte
-> nicht gut reparierbar
-> recyclebar
-> für Türme mit 100m - Betonturm
-< kein Transportproblem
-> Recycling-Problem
-l Stahlbetonsegmente werden durch Stahlseile iteinander verbunden
-> hohe Nabenhöhen => Schawchwindkraftanlage - Hybridturm
-> unten: Beton oben: Stahl
->reduziertes Tramsportproblem
-> hohe Nabnenhöhen
=> Schwachwindkraftanlagen
Windklassen
WIndkraftanlagen werden in Windklassen eingeteilt
- Windklasse I: Starkwindkraftanlage -> vw=10 m/s
- Windklasse II: Mittelkraftanlage -> vw= 8.5 m/s
- Windklasse III: Schwachwindkraftanlage -> vw= 7.5 m/s
- Windrotor
Woraus besteht der Rotor?
- besteht aus
- Rotornabe
- Rotorblätter
- aerodynamische Bremse
-> rotiert im Uhrzeigersinn von der Auströmrichtung ausgesehen
=> Heute: strömerzeugende Windkraftanage
Gründe
-weniger störende Schallabstrahlung
- Blattspitzengeschwindigekit wird nicht überschritten
=> Windrotor wird meistens auf der LUVseite angebracht
ansciht von oben
seihe bild s.7
LUV (vor dem Turm)
-> laminare Strömung
-> ruhig
-> weniger Schwingungsneigung
LEE (hinter dem Turm)
-> turbulente Strömung
-> unruhig
-> mehr Schwingungsneigung
- Rotorblatt
- Rotorblattlänge kann über 100m lang sein
- Aus GFK ?
- Rotorblattauslegung nach Betz
-> optimale Blatttiefe + Anströmwinkel für jedes Teilstück - Oberseite Rotorblatt: Matte Lackierung + Beschichtung
=> Schutz vor äußeren Umwelteinflüssen - Jedes Rotorblatt hat am ende 2 rote streifen => für die Sichtbarkeit
Schematischer Aufbau eines Rotorblatts
siehe Abb S.7
-Voderkante
- Oberschle
- Hinterkante
- Unterschle
- Stege (Holme)
- Bremse
Grundwissen
- Eine Windkraftanlage muss unabhängige Bremssysteme besitzen eine sollte aerodynamisch sein
Die zwei vershciedenen Bremsen
Aerodynamische Bremse:
- Stall-geregelte Windkraftanlage z.B verdrehbare Blattspitze
- Pitch-geregelte Windkraftanlage
-> Verdrehung des gesamten Rotorblattes
Scheibenbremse
-> Zum festsetzen der Rotorblätter
- bei Anlagen P(N)< 600 KW auf Hauptwelle
- bei Anlagen P(N) > 600 kw auf Generatorwelle
