Twele / Gasch Windkraftanlagen

Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb
4., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 2005
ISBN: 978-3-322-99446-2
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 588 Seiten, eBook

Zielgruppe

Graduate

Autoren/Hrsg.

Twele, Jochen

Gasch, Robert

Weitere Mitwirkende

Gasch, R.

Twele, J.

Bade, Peter

Conrad, Wolfgang

Heilmann, Christoph

Kaiser, K.

Kortenkamp, Rüdiger

Kühn, Martin

Langreder, W.

Liersch, Jan

Maurer, J.

Reuter, A.

Schubert, Mathias

Sundermann, Bastian

Stoffel, Alexander

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung.- 1.1 Windenergie im Jahr 2005.- 1.2 Energie-und Strombedarf.- 1.3 Energiepolitische Instrumente der Regierungen.- 1.4 Technologische Entwicklung.- 2 Aus der Geschichte der Windräder.- 2.1 Windräder mit vertikaler Achse.- 2.2 Windräder mit horizontaler Achse.- 2.3 Die Physik der Windenergienutzung.- 3 Konstruktiver Aufbau von Windkraftanlagen.- 3.1 Rotor.- 3.2 Triebstrang.- 3.3 Hilfsaggregate und sonstige Einrichtungen.- 3.4 Turm und Fundament.- 3.5 Fertigung.- 3.6 Daten von Windkraftanlagen.- 4 Der Wind.- 4.1 Entstehung des Windes.- 4.2 Atmosphärische Grenzschicht.- 4.3 Ermittlung von Leistung, Ertrag und Belastungsgrößen.- 4.4 Windmessung und Auswertung.- 4.5 Prognosemethoden.- 5 Auslegung von Windturbinen nach Betz und Schmitz.- 5.1 Was lässt sich aus dem Wind an Leistung entnehmen?.- 5.2 Die Tragflügeltheorie.- 5.3 Anströmverhältnisse und Luftkräfte am rotierenden Flügel.- 5.4 Die Betzsche Optimalauslegung.- 5.5 Verluste.- 5.6 Die Schmitzsche Auslegung unter Berücksichtigung der Drallverluste.- 5.6.1 Drallverluste.- 5.7 Praktisches Vorgehen bei der Dimensionierung von Windturbinen.- 5.8 Schlussbemerkung.- 6 Kennfeldberechnung und Teillastverhalten.- 6.1 Berechnungsverfahren (Blattelementmethode).- 6.2 Dimensionslose Darstellung der Kennlinien.- 6.3 Dimensionslose Kennlinien eines Schnellläufers.- 6.4 Dimensionslose Kennlinien eines Langsamläufers.- 6.5 Turbinenkennfelder.- 6.6 Anströmverhältnisse.- 6.7 Verhalten von Schnellläufern bei Pitchverstellung.- 6.8 Erweiterung des Berechnungsverfahrens.- 6.9 Grenzen der Blattelementmethode und dreidimensionale Berechnungsverfahren.- 7 Modellgesetze und Ähnlichkeitsregeln.- 7.1 Anwendungen der Ähnlichkeitstheorie.- 7.2 Biegespannungen.- 7.3 Zugspannungen in der Flügelwurzel aus denFliehkräften.- 7.4 Biegespannungen in der Flügelwurzel aufgrund des Gewichts.- 7.5 Veränderung der Eigenfrequenzen des Flügels und der Frequenzverhältnisse.- 7.6 Luftkraftdämpfungen.- 7.7 Grenzen des Skalierens — Wie großkönnen Windturbinen werden?.- 8 Strukturdynamik.- 8.1 Dynamische Anregungen.- 8.2 Freie und erzwungene Schwingungen von Windturbinen — Beispiele, Phänomenologie.- 8.3 Simulation der Gesamtdynamik.- 8.3.1 Modellbildung in Simulationsprogrammen.- 8.3.2 Einsatz von Simulationsprogrammen.- 8.4 Validierung durch Messungen.- 9 Richtlinien und Nachweisverfahren.- 9.1 Zertifizierung.- 9.2 Nachweiskonzepte.- 9.3 Beispielnachweis Stahlrohrturm — einachsiger Spannungszustand und isotropes Material.- 9.4 Nachweis der Rotornabe für mehrachsigen Spannungszustand und isotropes Material.- 9.5 Nachweis der Rotorblätter für einachsigen Spannungszustand und orthotropes Material.- 10 Windpumpsysteme.- 10.1 Charakteristische Anwendungen.- 10.2 Bauarten windgetriebener Pumpen.- 10.3 Zusammenwirken von Windturbine und Pumpe.- 10.4 Auslegung von Windpumpsystemen.- 11 Windkraftanlagen zur Stromerzeugung — Grundlagen.- 11.1 Die Wechselstrommaschine (Dynamomaschine).- 11.2 Drehstrommaschinen, ihr Aufbau und die 3-phasige Synchronmaschine.- 11.2.1 Die Drehstrom-Asynchronmaschine.- 11.3 Leistungselektronische Komponenten von Windkraftanlagen — Umrichter.- 12 Steuerung, Regelung und Betriebsführung von Windkraftanlagen.- 12.1 Möglichkeiten auf den Triebstrang einzuwirken.- 12.2 Sensoren und Aktoren.- 12.3 Regler und Regelsysteme.- 12.4 Regelungsstrategie einer drehzahlvariablen Anlage mit Blattwinkelverstellung.- 12.5 Zum Reglerentwurf.- Anhang I.- Anhang II.- 13 Anlagenkonzepte.- 13.1 Netzeinspeisende Anlagen.- 13.2 Einzel- und Inselanlagen.- 13.3Verbundanlagen.- 14 Betrieb von Windkraftanlagen im elektrischen Verbundnetz.- 14.1 Das elektrische Verbundnetz.- 14.2 Windkraftanlagen im elektrischen Verbundnetz.- 15 Planung, Betrieb und Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen.- 15.1 Planung und Projektierung von Windparks.- 15.2 Bau und Betrieb von Windkraftanlagen.- 16 Offshore-Windparks.- 16.1 Umweltbedingungen auf See.- 16.2 Entwurfsanforderungen für Offshore-Anlagen.- 16.3 Windenergieanlage.- 16.4 Tragstruktur und Installation auf See.- 16.5 Netzintegration und Layout von Windparks.- 16.6 Betrieb und Wartung.- 16.7 Wirtschaftlichkeit.- Stichwortverzeichnis.

Über Autor(innen)

Prof. Dr.-Ing. Robert Gasch lehrte am Institut für Luft- und Raumfahrt an der Technischen Universität Berlin und koordiniert mit Dr.-Ing. Jochen Twele eine Autorengemeinschaft aus Praxis und Forschung.