Windkraftanlagen

Dieses Lehrbuch wurde für Studierende der Hochschulen, für Praktiker in der Windkraftindustrie und Neugierige jeder Art geschrieben. Es basiert auf den Lehrveranstaltungen, die die Herausgeber Prof. Dr.-Ing. Robert Gasch und Dr.-Ing. Jochen Twele an der Technischen Universität Berlin halten. Schon mit der 1. Auflage von 1991 wurde es zum Standardlehrwerk. Die Autoren der 16 Kapitel der 4. Auflage arbeiten nahezu ausnahmslos seit vielen Jahren in der Windkraftbranche.

Windenergietechnik und Windkraftnutzung - Berechnung, Konstruktion, Stand der Forschung

Autorentext

Prof. Dr.-Ing. Robert Gasch lehrte am Institut für Luft- und Raumfahrt an der Technischen Universität Berlin
und koordiniert mit Dr.-Ing. Jochen Twele eine Autorengemeinschaft aus Praxis und Forschung.

Inhalt
1 Einleitung.- 1.1 Windenergie im Jahr 2005.- 1.2 Energie-und Strombedarf.- 1.3 Energiepolitische Instrumente der Regierungen.- 1.4 Technologische Entwicklung.- 2 Aus der Geschichte der Windräder.- 2.1 Windräder mit vertikaler Achse.- 2.2 Windräder mit horizontaler Achse.- 2.3 Die Physik der Windenergienutzung.- 3 Konstruktiver Aufbau von Windkraftanlagen.- 3.1 Rotor.- 3.2 Triebstrang.- 3.3 Hilfsaggregate und sonstige Einrichtungen.- 3.4 Turm und Fundament.- 3.5 Fertigung.- 3.6 Daten von Windkraftanlagen.- 4 Der Wind.- 4.1 Entstehung des Windes.- 4.2 Atmosphärische Grenzschicht.- 4.3 Ermittlung von Leistung, Ertrag und Belastungsgrößen.- 4.4 Windmessung und Auswertung.- 4.5 Prognosemethoden.- 5 Auslegung von Windturbinen nach Betz und Schmitz.- 5.1 Was lässt sich aus dem Wind an Leistung entnehmen?.- 5.2 Die Tragflügeltheorie.- 5.3 Anströmverhältnisse und Luftkräfte am rotierenden Flügel.- 5.4 Die Betzsche Optimalauslegung.- 5.5 Verluste.- 5.6 Die Schmitzsche Auslegung unter Berücksichtigung der Drallverluste.- 5.6.1 Drallverluste.- 5.7 Praktisches Vorgehen bei der Dimensionierung von Windturbinen.- 5.8 Schlussbemerkung.- 6 Kennfeldberechnung und Teillastverhalten.- 6.1 Berechnungsverfahren (Blattelementmethode).- 6.2 Dimensionslose Darstellung der Kennlinien.- 6.3 Dimensionslose Kennlinien eines Schnellläufers.- 6.4 Dimensionslose Kennlinien eines Langsamläufers.- 6.5 Turbinenkennfelder.- 6.6 Anströmverhältnisse.- 6.7 Verhalten von Schnellläufern bei Pitchverstellung.- 6.8 Erweiterung des Berechnungsverfahrens.- 6.9 Grenzen der Blattelementmethode und dreidimensionale Berechnungsverfahren.- 7 Modellgesetze und Ähnlichkeitsregeln.- 7.1 Anwendungen der Ähnlichkeitstheorie.- 7.2 Biegespannungen.- 7.3 Zugspannungen in der Flügelwurzel aus denFliehkräften.- 7.4 Biegespannungen in der Flügelwurzel aufgrund des Gewichts.- 7.5 Veränderung der Eigenfrequenzen des Flügels und der Frequenzverhältnisse.- 7.6 Luftkraftdämpfungen.- 7.7 Grenzen des Skalierens Wie großkönnen Windturbinen werden?.- 8 Strukturdynamik.- 8.1 Dynamische Anregungen.- 8.2 Freie und erzwungene Schwingungen von Windturbinen Beispiele, Phänomenologie.- 8.3 Simulation der Gesamtdynamik.- 8.3.1 Modellbildung in Simulationsprogrammen.- 8.3.2 Einsatz von Simulationsprogrammen.- 8.4 Validierung durch Messungen.- 9 Richtlinien und Nachweisverfahren.- 9.1 Zertifizierung.- 9.2 Nachweiskonzepte.- 9.3 Beispielnachweis Stahlrohrturm einachsiger Spannungszustand und isotropes Material.- 9.4 Nachweis der Rotornabe für mehrachsigen Spannungszustand und isotropes Material.- 9.5 Nachweis der Rotorblätter für einachsigen Spannungszustand und orthotropes Material.- 10 Windpumpsysteme.- 10.1 Charakteristische Anwendungen.- 10.2 Bauarten windgetriebener Pumpen.- 10.3 Zusammenwirken von Windturbine und Pumpe.- 10.4 Auslegung von Windpumpsystemen.- 11 Windkraftanlagen zur Stromerzeugung Grundlagen.- 11.1 Die Wechselstrommaschine (Dynamomaschine).- 11.2 Drehstrommaschinen, ihr Aufbau und die 3-phasige Synchronmaschine.- 11.2.1 Die Drehstrom-Asynchronmaschine.- 11.3 Leistungselektronische Komponenten von Windkraftanlagen Umrichter.- 12 Steuerung, Regelung und Betriebsführung von Windkraftanlagen.- 12.1 Möglichkeiten auf den Triebstrang einzuwirken.- 12.2 Sensoren und Aktoren.- 12.3 Regler und Regelsysteme.- 12.4 Regelungsstrategie einer drehzahlvariablen Anlage mit Blattwinkelverstellung.- 12.5 Zum Reglerentwurf.- Anhang I.- Anhang II.- 13 Anlagenkonzepte.- 13.1 Netzeinspeisende Anlagen.- 13.2 Einzel- und Inselanlagen.- 13.3Verbundanlagen.- 14 Betrieb von Windkraftanlagen im elektrischen Verbundnetz.- 14.1 Das elektrische Verbundnetz.- 14.2 Windkraftanlagen im elektrischen Verbundnetz.- 15 Planung, Betrieb und Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen.- 15.1 Planung und Projektierung von Windparks.- 15.2 Bau und Betrieb von Windkraftanlagen.- 16 Offshore-Windparks.- 16.1 Umweltbedingungen auf See.- 16.2 Entwurfsanforderungen für Offshore-Anlagen.- 16.3 Windenergieanlage.- 16.4 Tragstruktur und Installation auf See.- 16.5 Netzintegration und Layout von Windparks.- 16.6 Betrieb und Wartung.- 16.7 Wirtschaftlichkeit.- Stichwortverzeichnis.