Windkraftanlagen - Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit
von: Erich Hau
Springer-Verlag, 2008
ISBN: 9783540721512
Sprache: Deutsch
910 Seiten, Download: 20721 KB
Format: PDF, auch als Online-Lesen
geeignet für:
Typ: B (paralleler Zugriff)
| Vorwort zur vierten Auflage | 5 | ||
| Aus dem Vorwort zur ersten Auflage | 7 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 9 | ||
| Häufig verwendete Symbole | 20 | ||
| Windmühlen undWindräder | 22 | ||
| 1.1 Über die Ursprünge derWindmühlen | 22 | ||
| 1.2 EuropäischeWindmühlentypen | 25 | ||
| 1.3 Wirtschaftliche Bedeutung derWindmühlen | 33 | ||
| 1.4 Wissenschaft und technische Entwicklung imWindmühlenbau | 35 | ||
| 1.5 Die amerikanischeWindturbine | 39 | ||
| Literatur | 43 | ||
| Strom ausWind – Die ersten Versuche | 44 | ||
| 2.1 Poul La Cour – Ein Pionier in Dänemark | 44 | ||
| 2.2 Windkraftwerke – Große Pläne in Deutschland | 50 | ||
| 2.3 1 250 kW aus demWind – Die erste Großanlage in den USA | 54 | ||
| 2.4 Windkraftanlagen in den 50er Jahren – Vor der Energiekrise | 57 | ||
| 2.5 Nach der Energiekrise – Aufbruch in die moderne Windenergienutzung | 65 | ||
| 2.6 Die großen Versuchsanlagen der 80er Jahre | 68 | ||
| 2.7 Der erste Erfolg der kleinenWindkraftanlagen in Dänemark | 77 | ||
| 2.8 Die amerikanischenWindfarmen | 79 | ||
| Literatur | 84 | ||
| Bauformen vonWindkraftanlagen | 86 | ||
| 3.1 Rotorenmit vertikaler Drehachse | 87 | ||
| 3.2 Horizontalachsen-Rotoren | 90 | ||
| 3.3 Windenergie-Konzentratoren | 93 | ||
| 3.4 Begriffe und Bezeichnungen | 98 | ||
| Literatur | 99 | ||
| Physikalische Grundlagen der Windenergiewandlung | 100 | ||
| 4.1 Die elementare Impulstheorie nach Betz | 100 | ||
| 4.2 Widerstands- und auftriebsnutzendeWindenergiewandler | 105 | ||
| Literatur | 108 | ||
| Aerodynamik des Rotors | 109 | ||
| 5.1 Physikalisch-mathematische Modelle und Berechnungsverfahren | 110 | ||
| 5.2 Leistungscharakteristik des Rotors | 123 | ||
| 5.3 Aerodynamische Leistungsregelung | 127 | ||
| 5.4 Das aerodynamische Profil | 143 | ||
| 5.5 Konzeptionelle Rotormerkmale und Leistungscharakteristik | 157 | ||
| 5.6 Ausgeführte Rotorblätter | 171 | ||
| 5.7 Windrichtungsnachführung des Rotors | 174 | ||
| 5.8 Aerodynamik der Vertikalachsen-Rotoren | 178 | ||
| 5.9 Experimentelle Rotoraerodynamik | 183 | ||
| Literatur | 188 | ||
| Belastungen und Strukturbeanspruchungen | 190 | ||
| 6.1 Belastungsarten und ihreWirkung auf dieWindkraftanlage | 191 | ||
| 6.2 Koordinatensysteme und Bezeichnungen | 193 | ||
| 6.3 Ursachen der Belastungen | 194 | ||
| 6.4 Lastannahmen | 211 | ||
| 6.5 Maschinenstatus und Lastfälle | 222 | ||
| 6.6 Beanspruchsarten und Strukturdimensionierung | 227 | ||
| 6.7 Ermüdungsfestigkeit | 228 | ||
| 6.8 Konzeptmerkmale und Strukturbeanspruchungen | 239 | ||
| 6.9 Meßtechnische Erfassung der Strukturbeanspruchungen | 251 | ||
| Literatur | 256 | ||
| Rotorblätter | 258 | ||
| 7.1 Materialfragen | 259 | ||
| 7.2 Vorbild: Flugzeugtragflügel | 261 | ||
| 7.3 Frühere experimentelle Bauweisen von Rotorblättern | 264 | ||
| 7.4 Moderne Rotorblätter in Faserverbundtechnik | 277 | ||
| 7.5 Blattanschluß zur Rotornabe | 283 | ||
| 7.6 Rotorblattbauweisen im Vergleich | 287 | ||
| 7.7 Aerodynamische Bremsklappen | 291 | ||
| 7.8 Blitzschutz | 293 | ||
| 7.9 Enteisung | 294 | ||
| Literatur | 295 | ||
| Mechanischer Triebstrang und Maschinenhaus | 296 | ||
| 8.1 Grundsätzliche Überlegung zur Leistungsübertragung | 297 | ||
| 8.2 Experimentelle Konzeptionen | 300 | ||
| 8.3 Heutige Standardbauweisen | 303 | ||
| 8.4 Rotornabe | 306 | ||
| 8.5 Blattverstellmechanismus | 313 | ||
| 8.6 Rotorlagerung | 326 | ||
| 8.7 Rotorbremse | 335 | ||
| 8.8 Übersetzungsgetriebe | 338 | ||
| 8.9 Drehzahlvariable Überlagerungsgetriebe | 349 | ||
| 8.10 Torsionselastizität immechanischen Triebstrang | 351 | ||
| 8.11 Einbau des elektrischen Generators | 354 | ||
| 8.12 Maschinenhaus | 357 | ||
| 8.13 Windrichtungsnachführung | 365 | ||
| 8.14 Zusammenbau und Funktionsprüfung | 369 | ||
| Literatur | 371 | ||
| Elektrisches System | 372 | ||
| 9.1 Generatorbauarten | 373 | ||
| 9.2 Beurteilungskriterien für den Einsatz elektrischer Generatoren inWindkraftanlagen | 383 | ||
| 9.3 Drehzahlfeste Generatorenmit direkter Netzkopplung | 386 | ||
| 9.4 Drehzahlvariable Generatorsystememit Frequenzumrichter | 393 | ||
| 9.5 Direkt vom Rotor angetriebene drehzahlvariable Generatorsysteme | 403 | ||
| 9.6 Elektrische Gesamtausrüstung derWindkraftanlage | 407 | ||
| 9.7 Elektrotechnische Konzeptionen im Vergleich | 412 | ||
| Literatur | 415 | ||
| Regelung und Betriebsführung | 416 | ||
| 10.1 Betriebsdatenerfassung | 417 | ||
| 10.2 Sicherheitssystem | 422 | ||
| 10.3 Prinzipielle Funktionsweise der Regelungssysteme | 422 | ||
| 10.4 Windrichtungsnachführung | 424 | ||
| 10.5 Leistungsregelung und Drehzahlführung durch Verstellen des Rotorblatteinstellwinkels | 426 | ||
| 10.6 Leistungsbegrenzung durch den aerodynamischen Stall | 441 | ||
| 10.7 Betriebsführung und Betriebszyklus | 446 | ||
| Literatur | 452 | ||
| Schwingungsverhalten | 453 | ||
| 11.1 Anregenden Kräfte und Schwingungsfreiheitsgrade | 454 | ||
| 11.2 Aeroelastisches Verhalten der Rotorblätter | 456 | ||
| 11.3 Torsionsschwingungen des Triebstrangs | 462 | ||
| 11.4 Dynamik derWindrichtungsnachführung | 472 | ||
| 11.5 Schwingungen der Gesamtanlage | 477 | ||
| 11.6 Rechnerische Simulation des Schwingungsverhaltens | 485 | ||
| Literatur | 489 | ||
| Der Turm | 490 | ||
| 12.1 Bauarten und Varianten | 491 | ||
| 12.2 Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen | 494 | ||
| 12.3 Turmauslegung nach deutschen Bauvorschriften | 496 | ||
| 12.4 Freitragende Stahlrohrtürme | 497 | ||
| 12.5 Betontürme | 505 | ||
| 12.6 Gittertürme | 512 | ||
| 12.7 Turm-Konzeptionen imVergleich | 515 | ||
| 12.8 Fundament | 517 | ||
| Literatur | 520 | ||
| Windverhältnisse | 521 | ||
| 13.1 Ursachen desWindes und globale Verteilung dermittlerenWindgeschwindigkeiten | 521 | ||
| 13.2 Windverhältnisse in Europa und in Deutschland | 524 | ||
| 13.3 Charakteristische Größen und Gesetzmäßigkeiten | 528 | ||
| 13.4 LokaleWindverhältnisse – Topographie und Hindernisse | 542 | ||
| 13.5 Ermittlung derWindgeschwindigkeit | 544 | ||
| Literatur | 554 | ||
| Leistungsabgabe und Energielieferung | 555 | ||
| 14.1 VomRotorleistungskennfeld zur effektiven Anlagenleistung | 556 | ||
| 14.2 Normierte Leistungskennlinie | 567 | ||
| 14.3 Aufstellortbezogene Einflüsse auf die Leistungskennlinie | 575 | ||
| 14.4 Gleichförmigkeit der Leistungsabgabe | 583 | ||
| 14.5 Jahresenergielieferung | 585 | ||
| 14.6 Wichtige Entwurfsparameter und Energielieferung | 598 | ||
| Literatur | 611 | ||
| Umweltverhalten | 613 | ||
| 15.1 Gefahren für die Umgebung | 614 | ||
| 15.2 Geräuschentwicklung | 618 | ||
| 15.3 Schattenwurf | 629 | ||
| 15.4 Störungen von Funk und Fernsehen | 633 | ||
| 15.5 Störungen der Vogelwelt | 636 | ||
| 15.6 Landverbrauch | 637 | ||
| 15.7 Optische Beeinträchtigung der Landschaft | 639 | ||
| 15.8 Windenergienutzung und Klimaschutz | 641 | ||
| Literatur | 644 | ||
| Anwendungskonzeptionen und Einsatzbereiche | 646 | ||
| 16.1 Windkraftanlagen imInselbetrieb | 647 | ||
| 16.2 Inselnetzemit Dieselgeneratoren undWindkraftanlagen | 662 | ||
| 16.3 Windkraftanlagen imVerbund mit dem Stromnetz | 667 | ||
| 16.4 Windkraftanlagen imKraftwerkverbund der Energieversorgungsunternehmen | 672 | ||
| 16.5 Windkraftanlagenindustrie, Absatzmärkte, Windenergiepotential | 679 | ||
| Literatur | 692 | ||
| Windenergienutzung im Küstenvorfeld der Meere | 694 | ||
| 17.1 Technische Probleme der Offshore-Aufstellung vonWindkraftanlagen | 695 | ||
| 17.2 Transport undMontage | 709 | ||
| 17.3 Betrieb von Offshore-Windkraftanlagen | 712 | ||
| 17.4 Offshore-Windenergienutzung imBereich der Nord- und Ostsee | 715 | ||
| Literatur | 734 | ||
| Planung, Errichtung und Betrieb | 736 | ||
| 18.1 Projektentwicklung | 737 | ||
| 18.2 Genehmigungsverfahren | 739 | ||
| 18.3 Technische Auslegung vonWindparks | 747 | ||
| 18.4 Transportprobleme | 763 | ||
| 18.5 Errichtung am Aufstellort | 767 | ||
| 18.6 Inbetriebnahme | 781 | ||
| 18.7 Technische Betriebsführung | 784 | ||
| 18.8 Betriebssicherheit | 792 | ||
| 18.9 Wartung und Instandsetzung | 802 | ||
| Literatur | 810 | ||
| Kosten vonWindkraftanlagen und Anwendungsprojekten | 812 | ||
| 19.1 Herstellkosten und Verkaufspreise vonWindkraftanlagen | 813 | ||
| 19.2 Investitionskosten von schlüsselfertigen Anwendungsprojekten | 842 | ||
| 19.3 Betriebskosten | 852 | ||
| 19.4 Offshore-Projekte | 857 | ||
| Literatur | 864 | ||
| Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung aus Windenergie | 865 | ||
| 20.1 Finanzierung und gesellschaftsrechtliche Organisation des Investitionsvorhabens | 866 | ||
| 20.2 Stromerzeugungskosten und Amortisationszeiten | 869 | ||
| 20.3 Stromerzeugungskosten ausWindenergie im Vergleich zu anderen Energiesystemen | 884 | ||
| 20.4 Energetische Amortisation vonWindkraftanlagen | 887 | ||
| 20.5 Beschäftigungseffekt derWindkraftnutzung | 888 | ||
| 20.6 Bedeutung der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Nutzung der erneuerbaren Energien | 889 | ||
| Literatur | 891 | ||
| Deutsch – Englisch | 893 | ||
| Englisch – Deutsch | 904 | ||
| Index | 915 |
