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About this book

Die Energieversorgung wird langfristig nur unter Einbindung erneuerbarer Ressourcen öko­ logisch verträglich gesichert werden können. Bei der Nutzung regenerativer Energien ist neben der bereits etablierten Wasserkraft die Windtechnologie am weitesten vorangeschritten und dem wirtschaftlichen Durchbruch am nächsten. Ihr Einsatz wird sich - von wenigen Ausnahmen ab­ gesehen - auf Elektritzitätsversorgungen konzentrieren. Die Entwicklung von Windkraftanlagen führte - von Anlagen der 50kW-Klasse Anfang der achtziger Jahre ausgehend - knapp zwei Jahrzehnte später zu serienreifen Konvertern der Leis­ tungsgröße von 500 bis 2500 kW. Drei-bis Fünf-Megawatt-Anlagen werden momentan in den Markt eingeführt. Bei dieser Entwicklung wurden erfolgreiche Konzepte und Innovationen von kleinen und mittleren Anlagen auf größere Einheiten übertragen. Dies führte zu einer stark ver­ besserten Zuverlässigkeit. Die technische Verfügbarkeit erreicht heute Durchschnittswerte von ca. 98 %. Darüber hinaus konnte der wirtschaftliche Einsatz enorm gesteigert werden. Dadurch hat die Windenergie einen kaum für möglich gehaltenen Aufschwung genommen und die Beiträ­ ge der Wasserkraft bereits überschritten .. Die stürmische Entwicklung der Windenergienutzung hat in der Öffentlichkeit, Politik und Wissenschaft ein verstärktes Interesse geweckt und bereits seit Jahren eine breite Diskussion ausgelöst. Dabei hat die Verträglichkeit der Windkraftanlagen mit der Natur und Umwelt sowie dem Elektrizitätsnetz besondere Bedeutung erlangt. Um politische Vorgaben zur Umweltentlastung zu erreichen, muss ein langfristiger Ausbau der Windenergienutzung angestrebt werden. Da Strom aus Wind momentan die günstigste tech­ nische und wirtschaftliche Perspektive verspricht, ist dieser Energie hohe Priorität beizumessen.

Table of Contents

Frontmatter

1. Windenergieanlagen

Zusammenfassung
Steigende Umweltbelastungen und zunehmend zu beobachtende Klimaveränderungen, die in hohem Maße durch energetische Prozesse hervorgerufen werden, erfordern eine Reduzierung der immer noch größer werdenden umweltschädigenden Emissionen. Bei der Elektrizitätserzeugung lassen sich insbesondere durch die Nutzung erneuerbarer Energien nennenswerte Entlastungen erreichen. Dabei kommen — neben der weltweit genutzten Wasserkraft — den immensen Potentialen der Sonnen- und Windenergie große Bedeutung zu. Ihre Angebote sind allerdings den zeitlichen Abläufen der Natur unterworfen. Für ihre Nutzung notwendige Wandlersysteme befinden sich nach intensiven Entwicklungs- und Einführungsschritten noch immer in der Anfangsphase einer großtechnischen Anwendung. In Deutschland werden z. B. bisher etwa 6%, im Bundesland Schleswig-Holstein oder in Dänemark hingegen bereits etwa 30% des Stromes aus Windkraftanlagen beigetragen. Mitte 2003 hat bei der Stromeinspeisung in Deutschland der Anteil an Windenergie die Wasserkraft überstiegen.
Siegfried Heier

2. System zur Windenergiewandlung

Zusammenfassung
Eine Windkraftanlage kann nach Bild 1.37 durch ihre Rotorblätter der bewegten Luft einen Teil der Strömungsenergie entziehen, in Rotationsenergie umwandeln, über den mechanischen Triebstrang (Wellen, Kupplungen und Getriebe) entsprechend Bild 1.2 bzw. nach Bild 1.3 direkt dem Läufer des Generators zuführen und durch mechanisch-elektrische Konversion auf den Stator übertragen. Die dem Generator entnommene elektrische Energie lässt sich über Schalt- und Schutzeinrichtungen sowie über Leitungen und eventuell erforderliche Transformatoren dem Netz bzw. den Verbrauchern oder einem Speicher zuführen. Bei der weiterführenden Behandlung der relevanten Systemkomponenten muss der Antriebsmomentbildung bzw. dem Leistungsverhalten, dem darauf ausgerichteten Aufbau und den Eingriffen zur Leistungsbegrenzung am Windrad sowie Rückwirkungen von der Übertragungskette auf die Turbine besondere Bedeutung beigemessen werden.
Siegfried Heier

3. Mechanisch-elektrische Energiewandlung durch Generatoren

Zusammenfassung
Für Untersuchungen zur Wirkungsweise und zum Verhalten von Windenergieanlagen kommt dem Generator als widerstandsmomentbildendem Teil entsprechend seiner Lage und Verknüpfungen (s. Bild 1.37) zentrale Bedeutung zu.
Siegfried Heier

4. Elektrische Energieübergabe an Versorgungsnetze

Zusammenfassung
Im Hinblick auf die Energieübergabe an elektrische Versorgungsnetze sind Unterschiede zu beachten zwischen
  • Systemen mit begrenzten Einspeisemöglichkeiten, die im Inselbetrieb und bei Einspeisung in schwache Netze gegeben sind, bzw. im
  • unbegrenzt aufnahmefähigen Verbund mit dem starren Netz.
Siegfried Heier

5. Regelung und Führung von Windkraftanlagen

Zusammenfassung
Thermische Kraftwerke erlauben stets Eingriffe in die Turbinenantriebsleistung [33, 94, 98]. Bei ihnen muss unterschieden werden zwischen Reaktionen auf langfristig notwendige Veränderungen durch die Energiezufuhr und kurzzeitigen Leistungsangleichungen in begrenztem Maße über den Dampfkreislauf oder entsprechende Energietransportwege. Demgegenüber ermöglichen Dieselaggregate, Gasturbinen o. ä. Systeme (s. Bild 5.1 a) über den Netzzustand und die Anlagenregelung (bzw. Statik) die Brennstoffzufuhr und somit die Energieeinspeisung lang- und kurzfristig an die sich ändernden Verbraucherverhältnisse im vorgegebenen Leistungsrahmen anzugleichen.
Siegfried Heier

6. Nutzung der Windenergie

Zusammenfassung
Die Anwendung der Windenergie zur Elektrizitätsversorgung bringt eine Verbreiterung der Energiebasis und vermindert die Umweltbelastung. Sie ist besonders sinnvoll, wenn wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit mit üblicherweise verwendeten Energieträgern besteht [253, 255]. In Ländern wie Dänemark oder Regionen wie Schleswig-Holstein trägt die Windenergie bereits signifikant zur Stromversorgung bei.
Siegfried Heier

Backmatter

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