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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.

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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

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.