Kapitel 1-4 Flashcards
(31 cards)
Nennen Sie die 2 Hauptmechanismen der Windentstehung!
- Erdrotation
- Druckunterschiede in der Atmosphäre
Nennen Sie 2 grundsätzliche Rotorbauformen
- Horizontale Rotorachse (Auftrieb nutzende)
- Vertikale Rotorachse (Widerstand nutzende)
Zeichnen Sie qualitativ eine Häufigkeitsverteilung (Summe und relative Häufigkeit) der Windgeschwindigkeit
Was sagt der Formparameter k der Weibullfunktion zur Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit aus?
Große K-Werte -> konstante Windverhältnisse
Kleine K-Werte -> unstetige Windverhältnisse
Wie nennt man den bodennahen Bereich im Zusammenhang mit der Windgeschwindigkeit?
bodennahen Schicht (bis ca. 60 m), die als Prandtl Schicht bezeichnet wird
Wie ist der Leistungsbeiwert für eine Windkraftanlage definiert und wie groß kann dieser nach Betz maximal sein?
Nach welchen beiden Luftkräften kann man Windenergiewandler unterscheiden?
- Widerstandläufer
- Auftriebsläufer
Wie ist die Schnelllaufzahl definiert?
Die Schnelllaufzahl λ (lambda) ist eine wichtige Kennzahl für die Auslegung von Windkraftanlagen (WKA).
Sie gibt das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit u des Rotors zur Windgeschwindigkeit ν an und ist definiert als
Nennen Sie einen Vorteil und einen Nachteil eines sog. Widerstandsläufers!
Vorteil:
Er ist unabhängig von der Windrichtung
Nachteil:
Der Wind drückt gleichzeitig auf einen oder mehrere Flügel
Was ist der sog. Magnus-Effekt?
Luft wird in der Querrichtung beschleunigt und sorgt für einen Unterdruck (2.).
Luft wird gegen die Drehrichtung gebremst und erzeugt einen Überdrück (1.).
Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktionsweise eines Savonius-Rotors!
Ein Savonius Rotor ist ein Widerstandsläufer mit zwei oder mehr schaufelförmigen Flügeln. (Siehe Bild Aufgabe 9)
Zeichnen Sie die Winddreiecke an einem Rotorblatt eines Auftrieb nutzenden Windenergiewandlers mit horizontaler Rotorachse an der Spitze, in der Mitte und an der Nabe!
Welche der Kräfte am Rotorblatt tragen zur mechanischen Leistung bei?
Die Umfangskraft trägt zur mechanischen Leistung bei.
Nennen Sie drei aerodynamische Verluste, die Betz in seiner Theorie nicht berücksichtigt hat und beschreiben Sie diese kurz!
TIP-Verluste:
An der Spitze des Rotorblattes strömt die Luft von der Druck- zur Saugseite.
Profilverluste:
Aerodynamischer Widerstand des Rotorblattprofils
Drallverluste:
Die Rotordrehung verursacht einen Drall in der Rotornachlaufströmung (Energieverlust)
Zeichnen Sie ein Diagramm Leistungsbeiwert über Schnelllaufzahl mit der Kennlinie eines 3-Blatt-Rotors und mit den Leistungsbeiwerten nach Betz und Schmitz!
Warum erreichen sog. Auftriebsläufer höhere Leistungsbeiwerte als Widerstandsläufer?
Bei den Widerstandsläufern wird in der Regel auch die Gegenseite angeströmt. (Siehe Bild: Aufgabe 9 Nachteile)
CA > CW
Wozu dient die aerodynamische Leistungsregelung an einer Windkraftanlage?
Sie dient zum Überlastungsschutz der Windenergieanlagen bei hohen Windgeschwindigkeiten.
Weiterhin dient sie zur Drehzahlregulierung bei unterschiedlichen Windstärken.
Welche Möglichkeiten der aerodynamischen Leistungsregelung kennen Sie? Beschreiben Sie kurz die Wirkungsweise!
Rotorblattwinkelverstellung:
Verdrehen des Rotorblattes um somit eine Anpassung des Anströmungswinkels zu erreichen
Strömungsablösung:
Durch den Strömungsabriss wird ein geringerer Auftrieb generiert
Aus dem Wind drehen:
Mit dem herausdrehen aus dem Wind wird die wirksame Rotoroberfläche verringert
Was ist eine Rotornachlaufströmung?
Der Strömungsbereich hinter bzw. nach der Windkraftanlage
Wie ist die Auftriebskraft definiert?
Der dynamische Auftrieb ist die Kraftkomponente senkrecht zur Strömungsrichtung.
CA : Auftriebsbeiwert
ρ: Dichte
υ: Anströmgeschwindigkeit
A: Auftriebsfläche/Tragfläche
Skizzieren Sie den Profilquerschnitt eines Rotorblattes mit dem dazugehörigen Geschwindigkeitsdreieck, der Widerstandkraft und der Auftriebskraft!
An welcher Stelle des Rotorblattes ist die Umfangsgeschwindigkeit am größten?
Die Umfangsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmendem Abstand zur Rotorachse bei Vertikal Läufern zu. Sie ist an der Rotorblattspitze am höchsten.
Beschreiben Sie den Vorgang der Strömungsablösung an einem Rotorblatt einer Windkraftanlage.
Wird der Winkel der Anströmung am Rotorblatt zu steil, dann „haftet“ die Strömung nicht mehr am Profil, was einen Strömungsabriss und somit eine Verringerung der Auftriebskraft zur Folge hat.
Wieviel Leistung steckt im Wind und wovon hängt diese ab? Formel PWind?
P=1/2*ρ*A*v3
P: Leistung des Konverters
ρ: Dichte der Luft
A: Querschnittsfläche des Rotors
V: mittlere Geschwindigkeit der Luft
