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E-Book

Nutzung der Windenergie

AutorSiegfried Heier
VerlagSolarpraxis bei Beuth
Erscheinungsjahr2007
Seitenanzahl161 Seiten
ISBN9783934595637
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis16,00 EUR

Die Nutzung der Windenergie kann seit Jahren rasante technologische Fortschritte verzeichnen. Neben den bewährten Küstenregionen werden zunehmend Standorte im Binnenland genutzt. Auch Offshore-Anwendungen bieten Perspektiven. 

Mittlerweile hat sich die Windbranche in Deutschland zu einem blühenden Industriezweig entwickelt. In kompakter und verständlicher Weise werden die zur Planung und Betrieb von Windenergie-Anlagen wichtigen Fragen behandelt. Weitere Themen sind der aktuelle Stand der Anlagentechnik, die Optimierung der Netzintegration, die internationale Entwicklung und ein Einblick in aktuelle Trends bei Forschung und Entwicklung.

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Leseprobe

7 Windparks (S. 104)

Der Zusammenschluss von Windkraftanlagen zu Windparks an Land und auf See ermöglicht z. B. Netzsysteme intensiv zu nutzen und Kosten beim Bau und Betrieb einzusparen. Leistungsausgleich und Parkmanagement bieten zudem erhebliche Vorteile im Vergleich zum Alleinbetrieb. Gegenseitige Einflüsse mindern allerdings die Energieerträge, erhöhen Turbulenzen und verringern die Lebensdauer von Tragwerken der Anlagen.

7.1 Parkeffekte

Wie bereits Kapitel 4 zeigt, entzieht jede Windkraftanlage dem Wind einen Teil seiner Energie. Das geschieht durch Verzögerung der Windgeschwindigkeit. Diese wirkt sich hinter der Anlage besonders stark aus und wird deshalb als Nachlauf-Effekt bezeichnet. Davon sind auch dahinter angeordnete Windkraftanlagen betroffen. Somit spielt die Richtung des Windes, die hauptsächlich vorkommt, also die Hauptwindrichtung, eine wesentliche Rolle für die Anordnung von Windkraftanlagen in einem Windpark. In Deutschland ist die Hauptwindrichtung meist Süd-West. Sie kann jedoch regional und lokal Verschiebungen aufweisen. Informationen über die Verteilung der Windgeschwindigkeit und die Häufigkeit der Windrichtungen werden in den sogenannten Windrosen auf der Grundlage meist langjähriger meteorologischer Messungen dargestellt. Dem europäischen Windatlas entsprechend wird der Horizont in 12 Sektoren unterteilt. Dabei wird einerseits die relative Häufigkeit der jeweiligen Windrichtung und andererseits diese mit der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit in dieser Richtung multipliziert aufgezeigt. Die Windrose gibt somit Informationen darüber, wie viel jede Windrichtung bzw. jeder Sektor zur durchschnittlichen Windgeschwindigkeit vor Ort beiträgt, bzw. welche Energieerträge aus welcher Richtung zu erwarten sind [63], [64].

Von flachem Gelände mit niedriger Rauigkeit ausgehend wurden Berechnungsverfahren entwickelt, um die Windgeschwindigkeitsänderungen und deren Auswirkungen auf andere Windturbinen in der Umgebung zu bestimmen. Wesentliche Faktoren sind dabei Windgeschwindigkeitsverzögerungen bzw. Energieertragsminderungen und Turbulenzen sowie daraus resultierende Lasterhöhungen an den Rotorblättern, der Nabe, dem Triebstrang etc. bis hin zum Turm und zum Fundament. Eine Verfeinerung der Berechnungsmethoden und deren Ausweitungen auf komplexe Geländestrukturen ermöglicht es heute, die Effekte gegenseitiger Beeinflussungen von Windkraftanlagen in Windparks bei unterschiedlichen Aufstellungsgeometrien, Anlagentypen, Turmhöhen etc. mit relativ guter Genauigkeit zu bestimmen und zu erwartende Energieerträge zu ermitteln.

7.2 Parkausführungen

Jede Anlage eines Windparks beeinflusst die unmittelbar umgebenden lokalen Windverhältnisse und den Energieentzug der anderen Anlagen. Diese Effekte müssen durch planerische Gestaltung von Windparks minimiert werden. Hierbei gilt es, die günstigsten Verhältnisse zwischen größter Anlagenzahl und kleinster gegenseitiger Beeinflussung in Einklang zu bringen.

Die technische und geometrische Ausführung von Windparks sollte demnach aus Ertragsgründen größtmögliche Abstände der Anlagen in Richtung des Windes aufweisen. Gleichzeitig werden allerdings kürzestmögliche Distanzen zwischen den Anlagen gefordert, um Kabelverbindungen kurz zu halten und eine möglichst hohe Zahl von Anlagen in einem vorgegebenen Geländeareal unterzubringen. Was zunächst sehr widersprüchlich erscheint, lässt sich unter Berücksichtigung von hauptsächlich und selten vorkommenden Windrichtungen in den Parkausführungen unter meist relativ günstigen Verhältnissen in Einklang bringen.

Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis4
Vorwort7
1 Stand und Perspektiven der Windenergienutzung8
1.1 Technik und Rahmenbedingungen in Deutschland9
1.2 Stand der Technik von marktbeherrschenden Anlagen11
1.3 Prototypen der12
1.4 Anlagenmarkt13
1.5 Windenergie und Stromnetze14
1.6 Standorte15
1.7 Wirtschaftliche Auswirkungen17
1.8 Arbeitsplätze18
1.9 Gute Gründe für die Windenergie19
2 Windenergie international21
2.1 Situation in Europa21
2.2 Nordamerika23
2.3 Südamerika27
2.4 Asien28
2.5 Afrika31
2.6 Australien-Pazifik-Region32
3 Der Wind – seit 3.000 Jahren im Dienste der Menschheit34
3.1 Historische Anfänge der Windkraft34
3.2 Pumpen und Mühlen im Mittelmeerraum und in angrenzenden Gebieten35
3.3 Bock- und Holländerwindmühlen in Nordwesteuropa38
3.4 Massenfertigung von „Westernrädern“41
3.5 Begründung der Aerodynamik in der Windkrafttechnik42
3.6 Neue Windkrafttechnologie43
4 Meteorologische und physikalische Grundlagen47
4.1 Bewegungsabläufe in der Erdatmosphäre47
4.2 Gebiete zur Windenergienutzung51
4.3 Energie aus dem Wind54
5 Bauformen von Windkraftanlagen und Systemen am Markt61
5.1 Anlagen mit vertikaler Achse61
5.2 Anlagen mit horizontaler Achse64
5.3 Sonderbauformen67
5.4 Merkmale von Standardanlagen69
5.5 Anlagen am Markt70
6 Komponenten und Technik von marktgängigen Anlagen73
6.1 Turbine73
6.2 Triebstrangausführungen79
6.3 Generatorsysteme80
6.4 Maschinenhausausführungen86
6.5 Windrichtungsnachführung88
6.6 Turm89
6.7 Regelung und Betriebsführung90
6.8 Sicherheitssysteme und Überwachungseinrichtungen98
6.9 Betriebserfahrungen101
6.10 Entwicklungstendenzen104
7 Windparks105
7.1 Parkeffekte105
7.2 Parkausführungen106
8 Netzintegration107
8.1 Anforderungen der Netzbetreiber107
8.2 Netzeinwirkungen und Abhilfemaßnahmen107
8.3 On- und Offshore-Windparks110
8.4 Auswirkungen eines starken Windenergieausbaus112
9 Inselsysteme114
9.1 Besonderheiten von Inselsystemen115
9.2 Einsatz in Deutschland115
9.3 Einsatz in netzfernen Gebieten116
10 Planung, Aufbau und Repowering von Windkraftanlagen119
10.1 Standortfragen119
10.2 Planung und Bau von Anlagen122
10.3 Repowering125
11 Betrieb von Windkraftanlagen126
11.1 Organisationsmodelle126
11.2 Kosten127
12 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen131
12.1 Entwicklung und Trends der Einspeisevergütung131
12.2 Stromgestehungskosten132
12.3 Betriebswirtschaftliche Berechnungsmethoden133
12.4 Betriebswirtschaftliche Berechnungsmethoden133
13 Ökobilanz136
14 Windenergieforschung und -entwicklung139
14.1 Grundlagen- und Anwendungsforschung139
14.2 Neuentwicklungen und Großanlagen141
15 Zitierte Literatur und Abbildungsverzeichnis145
16 Forschungsvorhaben der Bundesregierung153
17 Weiterführende Literatur158
18 Zum Autor161

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