Heier Nutzung der Windenergie

5. Auflage 2007
ISBN: 978-3-934595-63-7
Verlag: Solarpraxis bei Beuth
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 160 Seiten

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.

Autoren/Hrsg.

Heier, Siegfried

Inhaltsverzeichnis

1;Inhaltsverzeichnis;4
2;Vorwort;7
3;1 Stand und Perspektiven der Windenergienutzung;8
3.1;1.1 Technik und Rahmenbedingungen in Deutschland;9
3.2;1.2 Stand der Technik von marktbeherrschenden Anlagen;11
3.3;1.3 Prototypen der;12
3.4;1.4 Anlagenmarkt;13
3.5;1.5 Windenergie und Stromnetze;14
3.6;1.6 Standorte;15
3.7;1.7 Wirtschaftliche Auswirkungen;17
3.8;1.8 Arbeitsplätze;18
3.9;1.9 Gute Gründe für die Windenergie;19
4;2 Windenergie international;21
4.1;2.1 Situation in Europa;21
4.2;2.2 Nordamerika;23
4.3;2.3 Südamerika;27
4.4;2.4 Asien;28
4.5;2.5 Afrika;31
4.6;2.6 Australien-Pazifik-Region;32
5;3 Der Wind – seit 3.000 Jahren im Dienste der Menschheit;34
5.1;3.1 Historische Anfänge der Windkraft;34
5.2;3.2 Pumpen und Mühlen im Mittelmeerraum und in angrenzenden Gebieten;35
5.3;3.3 Bock- und Holländerwindmühlen in Nordwesteuropa;38
5.4;3.4 Massenfertigung von „Westernrädern“;41
5.5;3.5 Begründung der Aerodynamik in der Windkrafttechnik;42
5.6;3.6 Neue Windkrafttechnologie;43
6;4 Meteorologische und physikalische Grundlagen;47
6.1;4.1 Bewegungsabläufe in der Erdatmosphäre;47
6.2;4.2 Gebiete zur Windenergienutzung;51
6.3;4.3 Energie aus dem Wind;54
7;5 Bauformen von Windkraftanlagen und Systemen am Markt;61
7.1;5.1 Anlagen mit vertikaler Achse;61
7.2;5.2 Anlagen mit horizontaler Achse;64
7.3;5.3 Sonderbauformen;67
7.4;5.4 Merkmale von Standardanlagen;69
7.5;5.5 Anlagen am Markt;70
8;6 Komponenten und Technik von marktgängigen Anlagen;73
8.1;6.1 Turbine;73
8.2;6.2 Triebstrangausführungen;79
8.3;6.3 Generatorsysteme;80
8.4;6.4 Maschinenhausausführungen;86
8.5;6.5 Windrichtungsnachführung;88
8.6;6.6 Turm;89
8.7;6.7 Regelung und Betriebsführung;90
8.8;6.8 Sicherheitssysteme und Überwachungseinrichtungen;98
8.9;6.9 Betriebserfahrungen;101
8.10;6.10 Entwicklungstendenzen;104
9;7 Windparks;105
9.1;7.1 Parkeffekte;105
9.2;7.2 Parkausführungen;106
10;8 Netzintegration;107
10.1;8.1 Anforderungen der Netzbetreiber;107
10.2;8.2 Netzeinwirkungen und Abhilfemaßnahmen;107
10.3;8.3 On- und Offshore-Windparks;110
10.4;8.4 Auswirkungen eines starken Windenergieausbaus;112
11;9 Inselsysteme;114
11.1;9.1 Besonderheiten von Inselsystemen;115
11.2;9.2 Einsatz in Deutschland;115
11.3;9.3 Einsatz in netzfernen Gebieten;116
12;10 Planung, Aufbau und Repowering von Windkraftanlagen;119
12.1;10.1 Standortfragen;119
12.2;10.2 Planung und Bau von Anlagen;122
12.3;10.3 Repowering;125
13;11 Betrieb von Windkraftanlagen;126
13.1;11.1 Organisationsmodelle;126
13.2;11.2 Kosten;127
14;12 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen;131
14.1;12.1 Entwicklung und Trends der Einspeisevergütung;131
14.2;12.2 Stromgestehungskosten;132
14.3;12.3 Betriebswirtschaftliche Berechnungsmethoden;133
14.4;12.4 Betriebswirtschaftliche Berechnungsmethoden;133
15;13 Ökobilanz;136
16;14 Windenergieforschung und -entwicklung;139
16.1;14.1 Grundlagen- und Anwendungsforschung;139
16.2;14.2 Neuentwicklungen und Großanlagen;141
17;15 Zitierte Literatur und Abbildungsverzeichnis;145
18;16 Forschungsvorhaben der Bundesregierung;153
19;17 Weiterführende Literatur;158
20;18 Zum Autor;161

Leseproben

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.