Buch, Deutsch, 270 Seiten, HC runder Rücken kaschiert, Format (B × H): 160 mm x 241 mm, Gewicht: 617 g
Atmosphärenphysik für die Windenergieerzeugung
Buch, Deutsch, 270 Seiten, HC runder Rücken kaschiert, Format (B × H): 160 mm x 241 mm, Gewicht: 617 g
ISBN: 978-3-031-22445-4
Verlag: Springer International Publishing
Zielgruppe
Research
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
- Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Energieeffizienz
- Geowissenschaften Geologie Geophysik
- Naturwissenschaften Physik Angewandte Physik Umweltphysik
- Wirtschaftswissenschaften Wirtschaftssektoren & Branchen Energie- & Versorgungswirtschaft Energiewirtschaft: Alternative & Erneuerbare Energien
- Naturwissenschaften Physik Angewandte Physik Geophysik
- Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Alternative und erneuerbare Energien
- Geowissenschaften Geologie Meteorologie, Klimatologie
Weitere Infos & Material
1 Einleitung. 1
1.1 Umfang des Buches. 1
1.2 Überblick über die vorhandene Literatur. 3
1.3 Geschichte der Windenergieerzeugung. 3
1.4 Potenzial der Windenergieerzeugung. 4
1.5 Aktueller Stand der Windenergieerzeugung. 5
1.6 Aufbau dieses Buches. 6
2 Windregime. 9
2.1 Globale Zirkulation. 9
2.2 Antreibende Kräfte. 11
2.2.1 Hydrostatische Gleichung. 11
2.2.2 Impulsbilanzgleichungen für den Wind. 12
2.3 Geostrophische Winde und Gradientenwinde. 14
2.4 Thermische Winde. 15
2.5 Winde in der Grenzschicht. 17
2.6 Gewitterböen und Tornados. 18
2.7 Luftdichte. 19
2.8 Thermische Schichtung der Luft
2.8.1 Das geostrophische Widerstandsgesetz. 20
3 Vertikale Profile über ebenem Gelände. 23
3.1 Prandtl-Schicht. 25
3.1.1 Logarithmisches Windprofil. 28
3.1.2 Potenzgesetz. 33
3.1.3 Vergleich zwischen logarithmischem und Potenzgesetz. 33
3.1.4 Vertikales Windprofil bei großen Windgeschwindigkeiten. 40
3.2 Profilgesetze oberhalb der Prandtlschicht. 40
3.2.1 Gleichungen der Ekman-Schicht. 41
3.2.2 Trägheitsschwingungen in der Ekman-Schicht. 42
3.2.3 Vertikale Windprofile in der Ekman-Schicht. 42
3.2.4 Einheitliche Beschreibung des Windprofils für die Grenzschicht. 43
3.3 Spektren. 48
3.4 Tageszeitliche Schwankungen des Windprofils. 50
3.4.1 Vertikale Profile der Weibull-Parameter. 51
3.4.2 Low-Level Jets. 54
3.5 Interne Grenzschichten. 58
3.6 Wind- und Turbulenzprofile über Wäldern. 61
3.7 Winde in Städten. 62
3.7.1 Merkmale der städtischen Grenzschichten. 63
3.7.2 Vertikale Profile von Wind und Turbulenz. 65
3.7.3 Spezielle Strömungsphänomene in städtischen Bestandsschichten. 67
3.8 Zusammenfassung für flaches Gelände. 69
4 Winde in komplexem Gelände. 75
4.1 Merkmale von Grenzschichten über komplexem Terrain. 76
4.1.1 Berg- und Talwinde. 78
4.1.2 Katabatische Winde. 80
4.2 Windprofile über einem Hügel. 80
4.2.1 Potentialströmung. 81
4.2.2 Modifizierte Potentialströmung: Hinzufügen einer inneren Schicht. 83
4.2.3 Modifizierte Potentialströmung: Berücksichtigung der thermischen Stabilität. 86
4.3 Windprofile über Geländestufen. 87
4.4 Schroffheit des Geländes
4.5 Spektren. 91
4.6 Tageszeitliche Schwankungen. 91
4.7 Zusammenfassung für komplexes Terrain. 91
5 Winde über See. 95
5.1 Merkmale der marinen Grenzschichten. 96
5.1.1 Rauheit der Meeresoberfläche und Widerstandskoeffizient. 96
5.1.2 Fetch- und stabilitätsabhängige Wellenbildung. 101
5.1.3 Extreme Wellenhöhen. 106
5.1.4 Wellenalter. 108
5.1.5 Auswirkungen des vertikalen Feuchteprofils. 109
5.1.6 Jährliche und tageszeitliche Schwankungen. 110
5.2 Vertikale Profile. 110
5.3 Extreme Windgeschwindigkeiten. 114
5.4 Turbulenzen. 115
5.4.1 Turbulenzintensität. 116
5.4.2 Varianzen der Windgeschwindigkeit. 120
5.4.3 Turbulenzlängenskalen und Neigungswinkel. 122
5.4.4 Gust-Ereignisse. 123
5.5 Weibull-Parameter. 125
5.6 Küsteneffekte. 128
5.6.1 Land- und Seewinde. 128
5.6.2 Low-Level Jets. 129
5.7 Zusammenfassung für marine Grenzschichten. 130
6 Physik der Windparks. 135
6.1 Turbinennachläufe. 135
6.2 Windparknachläufe
6.2.1 Beobachtungen
6.2.2 Analytisches Modell für die mittlere Windgeschwindigkeit in Windparks. 138
6.2.3 Analytisches Modell für Windparknachläufe. 144
6.2.4 Anwendung des analytischen Modells mit FINO1-Stabilitätsdaten. 146
6.3 Das Risiko, dass ein Tornado einen Windpark trifft. 147
6.4 Zusammenfassung für Windparks. 150
6.5 Beobachtete Windpark-Nachläufe 172
6.6 Auswirkungen des Überschreitens der Grenzwindgeschwindigkeit 173
6.7 Das Risiko, dass ein Tornado einen Windpark trifft 177
6.8 Zusammenfassung für Windparks 179
7 Quellen für Winddaten
7.1 Messungen
7.1.1 In-situ-Messungen
7.1.2 Bodengestützte Fernerkundung
7.1.3 Bestimmung der Mischungsschichthöhe
7.1.4 Satellitendaten
7.1.5 Repräsentativität und Qualität der gemessenen Winddaten
7.2 Modelle
7.2.1 Analytische Modelle
7.2.2 Numerische Modelle
7.2.2.1 Prognosemodelle
7.2.2.2 Reanalysedaten
7.2.2.3 Large-Eddy-Simulationen
7.2.2.4 CFD-Modelle
7.2.2.5 Das Problem der Lücke zwischen der Meso- und der Mikroskala
7.3 Statistische Werkzeuge
7.3.1 Zeitreihenanalyse
7.3.2 Mittleres Windgeschwindigkeitsspektrum und die Weibull-Verteilung
7.3.3 Extreme mittlere Windgeschwindigkeiten und die Gumbel-Verteilung
7.3.4 Extreme Böen
7.3.5 Dauer der Böen und Windbeschleunigung in Böen
7.3.6 Größe der Turbulenzelemente
7.3.7 Messen - Korrelieren - Vorhersagen (MCP)
8 Lärmerzeugung und Lärmausbreitung
8.1 Lärmerzeugung
8.2 Definition von Schallpegeln 232
8.3 Schallausbreitung 232
8.3.1 Schalldämpfung 233
8.3.2 Schallrefraktion 235
8.4 Zusammenfassung 236
9 Sonstige meteorologische Fragen
9.1 Vereisung
9.2 Blitzschlag
9.3 Aerosole, Salz, Staub
9.4 Zusammenfassung
10 Ausblick. 155
10.1 Größe der Windturbinen. 155
10.2 Größe der Offshore-Windparks. 156
10.3 Andere Techniken zur Umwandlung von Windenergie. 156
10.4 Neue Mess- und Modellierungsinstrumente zur Beurteilung der Windverhältnisse. 156
10.5 Windressourcen und Klimawandel. 157
10.6 Auswirkungen der großflächigen Windenergiegewinnung auf Wetter und Klima.158
Index. 193