Flashcards
Windkraft Bauformen und Antriebskonzepte
Cards in this deck (19)
- 1Rotor Anforderungen:› Möglichst hohen Anteil der die Rotorkreisfläche durchströmenden
Windenergie in mechanische Arbeit umsetzen
› Fluktuierendes Windangebot in möglichst gleichförmiges Drehmoment
umsetzen
àMinimierung dynamische Belastungen für andere Anlagenteil - 2Aerodynamische Eigenschaften des Rotors› Rotoreigenschaften haben Auswirkungen auf gesamte WEA
› Grundlage für Auslegung von Rotoren:
Aerodynamische Rotortheorie - 3Warum 3 Blätter?» Leistung: Optimales Verhältnis von Leistungsbeiwert und
Schnelllaufzahl und damit vom Energieertrag bei 3 Blättern
» Lasten und Dynamik: 3 Blätter ermöglichen gleichmäßigere
Belastung à 3-Blattrotoren laufen dynamisch und optisch
runder
» Gewicht: 1-Blattrotor benötigt Gegengewicht, 2-Blattrotor
zeigt geringste Gewichtbelastung (aber ungünstige Dynamik)
» Kosten: Die Rotorkosten betragen 20-25% der
Gesamtsystemkosten einer modernen WEA (jedes
zusätzliche Blatt kostet!)
» Schallemissionen: Rotoren mit hoher Schnelllaufzahl
verursachen mehr Geräusch - 4Drehzahlen von RotorenJe größer die Anlage, desto langsamer die Rotordrehzahl:
» Sehr kleine WEAS:
› 1000 U/min für 1kW-Klasse
› bis 500 U/min für 6kW-Klasse
› Bis 350 U/min für 10kW-Klasse
» Größere WEAS:
› 12-32 U/min bis 1MW-Klasse
› 10-20 U/min bis 2MW-Klasse
› 5-18 U/min ab 3MW-Klasse - 5Rotor: Bauweisen und Herstellungsverfahren » Sandwichbauweise:Dünne Außenhaut
aus Verbundmaterial, innere Struktur aus
leichtem druckfesten Stützmaterial - 62 Getriebe Arten:Stirnradgetriebe
Planetengetriebe - 7Getriebe (III): Kombinierte Getriebe ein Beispiel» Bosch-Rexroth GPV Serie
- 8Bremse» Mechanische Bremse
› auf der schnellen
Welle montiert;
› zur Fixierung der
Rotorblätter;
› zur NotAbschaltungen;
› zum manuellen
Stopp bei Wartung
und Reparatur - 9Drehstromgenerator
- 10Unterscheidung nach Generator + Netzanbindung
- 11Asynchrongenerator mit direkter Netzkopplung» Aufgrund der starrer Netzanbindung, fester Drehzahl und starrer
Nabe (= fest montiertes Blatt) hohe mechan. Beanspruchung und
niedriger Leistunsbeiwert
» Erfüllen nicht mehr die akt. Anforderungen an die Netzverträglichkeit
- 12Asynchrongenerator variabler Schlupf» Leichte Variation der Drehzahl über einen gewissen Zeitraum
möglich (Läuferwiderstände)
» Größere Lastsprünge und die damit verbundene Netzbelastung
können abgemindert werden - 13Synchrongenerator mit direkter Netzkopplung» Kein Blindleistungsproblem (wird über Erregerstrom geregelt)
» Absolut konstante Drehzahl, Lastsprünge können nicht über Schlupf
abgefangen werden und werden ungedämpft ins Netz abgegeben
» Starke Netzbelastung und starke mechanische Belastung
⇒ Kaum Anwendung !
- 14Synchrongenerator indirekte Netzkopplung» Netzkopplung erfolgt über Umrichter und Zwischenkreis
(Gleichstromzwischenkreis und Frequenzumrichter)
» Drehzahl ist über einen großen Bereich variabel und kann optimal
an die Windgeschwindigkeit angepasst werden
- 15Doppelt gespeister Asynchrongenerator mit indirekter Netzanbindung» Drehzahlvariabel, kann übersynchron und untersynchron (im
Vergleich zum Netz) betrieben werden
⇒ Nur ein Teil des Stroms bzw. der Leistung muss mit dem Umrichter an
die gewünschte Frequenz und Leistung angepasst werden
⇒ Blindleistungsbedarf darüber regelbar
- 16Take-Home-Message (I)» Moderne WEAs besitzen i.d.R Dreiblattrotoren und können ein
getriebeloses oder ein Antriebskonzept mit Getriebe aufweisen
» Moderne Rotorblätter werden i.d.R aus GFK-Verbundstoffen in
Sandwichbauweise gefertigt
» Moderne Getriebe in Windkraftanlagen sind häufig komb. StirnradPlanetengetriebe
» Ind. gekoppelte Synchrongeneratoren & doppelt gespeiste
Asynchrongeneratoren weisen eine größere Netzverträglichkeit auf
und finden daher heute überwiegend Anwendung
› Ind. gekoppelte Synchrongeneratoren werden können mit und ohne
Getriebe verwendet werden
› Anlagenkonzepte mit Direktantrieb können durch Permanentmagneten
oder fremderregt werden
› Permanentmagneten in Windkraftanlagen enthalten in der Regel die
seltene Erde Neodym (Fe-B-Nd Verbindung - 17Größenvergleich von : Generator Rotor NH bei starkwindgroß
klein
niedrig - 18Größenvergleich von : Generator Rotor NH bei Schwachwindklein
groß
hoch - 19Welche Generatoren haben am meisten Anwendung heutzutage? und Warum?gekoppelte Synchrongeneratoren & doppelt gespeiste
Asynchrongeneratoren weisen eine größere Netzverträglichkeit auf