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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

67. Windkraftanlagen

verfasst von: Prof. Dr.-Ing. Dominik Surek

Erschienen in: Handbuch Maschinenbau

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Windturbinenanlagen nutzen die kinetische Energie des Windes bei Geschwindigkeiten von \(\textit{c}=4\,\mathrm{m/s}\) bis 25 m/s in Nabenhöhe des Windrades zur Stromerzeugung. Die oben genannten Windgeschwindigkeiten liegen im Grenzschichtbereich der ebenen Strömung (Abb. 67.1), die bei Höhen von \(\textit{h}=100\) m bis 1000 m liegen und in Großstädten mit Skylines bis 2000 m. Die größten Windturbinentürme erreichen gegenwärtig Nabenhöhen von \(\textit{h}=160\) m und Windraddurchmesser von \(\textit{d}=130\) m, d. h. mit Flügellängen von \(\textit{L}=65\) m. Die Windturbinen werden vorrangig mit 3 Schaufeln ausgeführt. Windturbinen mit einer und zwei Schaufeln waren Versuchsgeräte. Die Drehzahl von Windturbinen für Leistungen von \(P_{\text{T}}=2\) MW betragen \(\textit{n}=12\) bis 20 min\({}^{\hbox{-}1}\). Das Windrad entzieht dem Wind mit der Anströmgeschwindigkeit c 1 nach Betz die Geschwindigkeitsdifferenz \(c_{2}=(2/3)\,\textit{c}_{1}\). Der Rest der Windgeschwindigkeit wird für die Abströmung des Windes im Leebereich \(c_{3}=\textit{c}_{1}/3\) benötigt. Durch den Entzug der Geschwindigkeit im Laufrad bläht sich der Abströmdurchmesser auf \(d_{3}> \textit{d}_{1}\) auf, der bei der Installation von Windturbinen zu beachten ist (Abb. 67.2) [Gasch und Twele(2013)]. Um die Windturbinen bei starkem Wind von c \({}_{1}> 25\) m/s zu schützen, werden die Laufschaufeln durch Pitch- oder Stall-Anlagen aus dem Wind gedreht, so dass die Strömung an den Schaufeln abreißt und das Windrad in die Ruhestellung gelangt. Bei der Windgeschwindigkeit \(c_{1}=25\) m/s bis 34 m/s wird der Windrotor abgeschaltet. Die zulässige Maximalgeschwindigkeit liegt aus Festigkeitsgründen etwa bei . Die aktive Blattverdrehung (Pitchregelung) stellt eine Blattwinkelregelung dar, wobei die Profilnase in die Anströmung gedreht wird. Sie benötigen für die Drehzahlreduzierung keine mechanische Bremse.
Literatur
Gasch und Twele(2013).
Zurück zum Zitat Gasch, R., Twele, J.: Windkraftanlagen, Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Vieweg + Teubner, Wiesbaden (2013) Gasch, R., Twele, J.: Windkraftanlagen, Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb. Vieweg + Teubner, Wiesbaden (2013)
Betz(1982).
Zurück zum Zitat Betz, A.: Wind-Energie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen. Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen (1926). Reprint: Öko-Buchverlag, Kassel (1982) Betz, A.: Wind-Energie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen. Vandenhoeck & Ruprecht, Göttingen (1926). Reprint: Öko-Buchverlag, Kassel (1982)
Faddoul(1981).
Zurück zum Zitat Faddoul, J. R.: Test Evaluation of a laminated Wood Wind Turbine Blade Concept NASA TM-81719 (1981) Faddoul, J. R.: Test Evaluation of a laminated Wood Wind Turbine Blade Concept NASA TM-81719 (1981)
Germanischer Lloyd(1993).
Zurück zum Zitat Germanischer Lloyd: Vorschriften und Richtlinien IV; Nichtmaritime Technik, Teil 1 Windenergie, Richtlinie für die Zertifizierung von Windkraftanlagen (1993) Germanischer Lloyd: Vorschriften und Richtlinien IV; Nichtmaritime Technik, Teil 1 Windenergie, Richtlinie für die Zertifizierung von Windkraftanlagen (1993)
Hau(2014).
Zurück zum Zitat Hau, E.: Windkraftanlagen, 5. Aufl. Springer Vieweg, Berlin (2014) Hau, E.: Windkraftanlagen, 5. Aufl. Springer Vieweg, Berlin (2014)
Schaumann und Bechtel(2013).
Zurück zum Zitat Schaumann, P., Bechtel, A.: Konstruktions- und Planungsaspekte von Offshore-Windenergieanlagen. VDI Bautechnik, Jahresausgabe 2013/2014, S. 81. Springer VDI (2013) Schaumann, P., Bechtel, A.: Konstruktions- und Planungsaspekte von Offshore-Windenergieanlagen. VDI Bautechnik, Jahresausgabe 2013/2014, S. 81. Springer VDI (2013)
Häusler et al.(2013)
Zurück zum Zitat Häusler, V., Harte, R., Jäppelt, U.: Zur Novellierung der Richtlinie für Windenergieanlagen. VDI Bautechnik, Jahresausgabe 2013/2014, S. 74. Springer VDI (2013) Häusler, V., Harte, R., Jäppelt, U.: Zur Novellierung der Richtlinie für Windenergieanlagen. VDI Bautechnik, Jahresausgabe 2013/2014, S. 74. Springer VDI (2013)
Künz und Wachsmut(1992).
Zurück zum Zitat Künz, D., Wachsmut, R.: Rotorblatt in Faserverbundbauweise für die Windkraftanlage AEOLUS II BMFT Forschungsbericht MBB-UE 0013-92-PUB (1992) Künz, D., Wachsmut, R.: Rotorblatt in Faserverbundbauweise für die Windkraftanlage AEOLUS II BMFT Forschungsbericht MBB-UE 0013-92-PUB (1992)
VCI(2014).
Zurück zum Zitat VCI: Die unglaubliche Welt der Chemie. Beilage zu Welt der Wunder 09 (2014) VCI: Die unglaubliche Welt der Chemie. Beilage zu Welt der Wunder 09 (2014)
Metadaten
Titel
Windkraftanlagen
verfasst von
Prof. Dr.-Ing. Dominik Surek
Copyright-Jahr
2017
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-12529-5_67

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