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Windenerg1 (Wind Ressourcen, Konzepte+Physik der Windenergienutzung) Flashcards

(95 cards)

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1
Q

Entstehung des Windes

Wie entsteht Wind?

A

Entsteht durch die ungleichmäßige Sonneneinstrahlung (nimmt zu den Polen hin ab)

–> denn dadurch entsteht ein thermischer Potentialunterschied, welcher Druckunterschiede hervorruft.

–> es kommt daraufhin zu Ausgleichsströmungen (Wärme wird vom Äquator weg in Richtung der Pole transportiert

–> diese großflächigen Ausgleichströme bilden die Grundlage für die globalen Windsysteme

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2
Q

Entstehung des Windes

1) Was bildet die Grundlage für die globalen Windsysteme?

2) Wodurch werden sie beeinflusst?

A

1) Großflächige Ausgleichströmungen, in denen Wärme vom Äquator weg in Richtung der Pole transportiert wird

2) durch die Erdrotation (Corioliskraft: Geschwindigkeit am Äquator 1670 km/h und an den Polen: 0 km/h)

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3
Q

Wind entsteht durch die ungleichmäßige Sonneneinstrahlung (nimmt zu den Polen hin ab)

–> denn dadurch entsteht ein thermischer Potentialunterschied, welcher Druckunterschiede hervorruft.

–> es kommt daraufhin zu Ausgleichsströmungen (Wärme wird vom Äquator weg in Richtung der Pole transportiert

–> diese großflächigen Ausgleichströme bilden die Grundlage für die globalen Windsysteme

Die Luft bewegt sich immer von ?(1)? zu ?(2)?

A

(1) Hochdruckgebieten

(2) Tiefdruckgebieten

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4
Q

Entstehung des Windes

Auf der Erde existieren eine Vielzahl an unterschiedlichen Windsystemen.

Es kann in ?(1)? und ?(2)? Windsysteme (Winde) unterschieden werden.

A

(1) lokale

(2) globale

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5
Q

Entstehung des Windes

Globale Winde werden beeinflusst durch?

A

Druckgradienten und Gravitation (durch siehe slide 5)

Trägheit der Luft

Erdrotation

Reibungskräfte am Erdboden

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6
Q

Der Wind - Hoch- und Tiefdruckgebiete

Beschreibe die Entstehung Tiefdruck- und Hochdruckgebiet

A

Durch die Sonneneinstrahlung steigt warme Luft auf und hinterlässt am Boden ein Tiefdruckgebiet.(*)

Über dem Tiefdruckgebiet bildet sich ein Hochdruckgebiet.

Luft aus der Umgebung wird von dem Tiefdruckgebiet angezogen.

Die Luft bewegt sich in der Troposphäre vom Hoch- zum Tiefdruckgebiet und kühlt während des Transportes ab.

Nach ausreichender Abkühlung sinkt die Luft zu Boden, wo sie ein Hochdruckgebiet bildet.

(*) (Wasser hat eine geringere Wärmekapazität, weshalb sich der Landbereich stärker erwärmt bei gleicher Sonneneinstrahlung)

(SIEHE SLIDE 7!!!)

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7
Q

Der Wind - Druckgradient

Luftdruckgradient: Aufgrund des unterschiedlichen Druckes zwischen Hoch- und Tiefdruckgebiet, wirkt auf Luftpartikel eine Kraft in Richtung ?(1)?.

A

(1) Tiefdruckgebiet

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8
Q

Der Wind - Coriolis Kraft:

  • Ist eine Trägheitskraft, die einen Körper ?(1)? zu seiner Bewegungsrichtung ablenkt, wenn dieser sich in einem ?(2)? befindet
  • Die Richtung der Corioliskraft ist ?(3)? zur Bewegungsrichtung der Luft
  • Die Formel zur Berechnung der Corioliskraft lautet: ?(4)?
A

(1) quer

(2) rotierenden Bezugssystem

(3) rechtwinklig

(4) Fsubc = f * U mit:

  • U: Windgeschwindigkeit
  • f: Coriolis Parameter
    –> f = 2wsin(phi) mit:
    -> phi: geographische Breite
    -> w: Winkelgeschwindigkeit

(Abbildungen auf slide 8 ansehen + eigene Erklärungen!!!)

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9
Q

Erklärungen slide 9+10 ansehe

A

…

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10
Q

Am Anfang befindet sich die Luft noch in Ruhe und die Corioliskraft wirkt ?(1)? zum Druckgradienten.

Die resultierende Kraft verursacht eine Bewegung.

Danach wirkt die Corioliskraft immer rechtwinklig zur ?(2)?.

Wenn die Corioliskraft dem Druckgradienten entgegenwirkt bewegt sich die Luft ?(3)? zu den ?(4)?.

Diese Luftbewegung, im Endzustand, wird ?(5)? genannt

A

(1) rechtwinklig

(2) Bewegungsrichtung der Luftströmung. ((lenkt diese also weiter zur seitlich ab))

(3) parallel

(4) Isobaren

(5) Geostrophischer Wind

(slide 10)

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11
Q

Der Wind - Was sind Isobaren in Bezug auf das Wetter?

A

Eine Isobare ist eine Linie auf der Wetterkarte, die alle Punkte gleichen Druckes verbindet.

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12
Q

Isobare, die einen Kreis beschreiben, beinhalten was?

A

Hoch- oder Tiefdruckgebiete (Gebiete sind mit H oder L markiert)
-> siehe slide 11!

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13
Q

Hochdruckgebiete verursachen meist ?(1)? Wetter und Tiefdruckgebiete meist ?(2)? Wetter

A

(1) sonniges

(2) regnerisches

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14
Q

Welchen Einfluss hat die Entfernung zwischen Isobaren auf die Winde?

A

Wenn die Isobaren dicht beieinander liegen treten HÖHERE WINDE auf als wenn diese weit voneinander entfernt sind!

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15
Q

Der Wind - Corioliskraft und Hoch- und Tiefdruckgebiete:

Luft beweg sich immer von einem Hoch- zu einem Tiefdruckgebiet

Situation auf der Nordhalbkugel:

  • Aufgrund der Corioliskraft wird die Luftströmung vom Hochdruckgebiet nach ?(1)? abgelenkt (Strömungsrichtung: ?(2)?)
  • Tiefdruckgebiet: Luft erfährt ebenfalls eine Ablenkung nach ?(1)?, jedoch ist sie ?(3)? gerichtet. (Strömungsrichtung: ?(4)?)
A

(1) rechts

(2) im Uhrzeigersinn raus

(3) in das Tiefdruckgebiet

(4) entgegen dem Uhrzeigersinn, nach innen gerichtet

–> slide 12!

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16
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Höhere Sonneneinstrahlung am Äquator, verursacht ein ?(1)? in der Region.

Luft in der Troposphäre ?(2)? und strömt teils Richtung ?(3)? und teils Richtung ?(4)?.

Die Luft ?(5)? und sinkt zu Boden; diese Luft strömt dann in den ?(6)? Richtung ?(7)? zurück.

Dies beschreibt die Situation nördlich und südlich des Äquators.

Würde es keine Erdrotation geben; gäbe es auch nur jeweils eine ?(8)?. (Stattdessen gibt es jeweils ?(9)?)

A

(1) Tiefdruckgebiet

(2) teilt sich auf

(3) Nordpol

(4) Südpol

(5) kühlt auf dem Weg ab

(6) unteren Schichten

(7) Äquator

(8) Zirkulations-Zone

(9) drei Zirkulations-Zonen/Zellen –> siehe slide 14+15

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17
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Es gibt drei Zellen, die sowohl auf der Nord- als auch auf der Südhalbkugel auftreten

Wie lauten diese und wie ist die Reihenfolge vom Äquator aus?

A

Äquator

–> Hadley-Zelle

–> Ferrel-Zelle

–> Polare Zelle

(siehe slide 15)

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18
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Hadley Zirkulation (Hadley-Zelle):

Höhere ?(1)? am Äquator, verursacht ein Tiefdruckgebiet in der Region.

Luft in der ?(2)? teilt sich auf und strömt teils Richtung Nordpol und teils Richtung Südpol.

Die Luft kühlt auf dem Weg ab und trifft in etwa ?(3)?° Breite auf einen anderen ?(4)? und sinkt ab; diese Luft strömt dann in den unteren Schichten als ?(5)? in Richtung ?(6)?.

Bodennahe strömt die Luft von ?(7)? nach ?(8)?. (Nordhalbkugel)

A

(1) Sonneneinstrahlung

(2) Troposphäre

(3) 30°

(4) Kaltstrom

(5) Passat

(6) Äquator zurück

(7) Nordost

(8) Südwest

-> slide 16!

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19
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Hadley Zirkulation (Hadley-Zelle):

Warum kommt es bereits beim 30.Breitengrad zu einem Absinken der Luftströmung?

A

Weil es aufgrund der Corioliskraft zu einer Abweichung des eigentlichen Druckgradientenweges kommt und eine viel längerer Strömungsweg vorliegt.

–> Luftströmungen gelangen folglich nicht in einer Zelle bis zum Nord-/Südpol!

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20
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Ferrel Zirkulation (Ferrel-Zelle):

Zwischen welchen Breiten befindet sich die Ferrel-Zelle?

A

Zwischen 30° Breite und 50° - 60° Breite.

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21
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Ferrel Zirkulation (Ferrel-Zelle):

Diese Zirkulation teilt sich die südliche, absinkende Seite mit der ?(1)? und die nördliche aufsteigende Seite mit der ?(2)?.

Bodennahe strömt der Wind von ?(3)? nach ?(4)?. (auf Nordhalbkugel)

A

(1) Hadley Zirkulation

(2) Polar-Zone

(3) Südwest

(4) Nordost

(siehe slide 17!)

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22
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Polar-Zone (Polar-Zelle)

Zwischen welchen Breiten befindet sie sich?

A

Zwischen 50°-60° Breite und den jeweiligen Polen

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23
Q

Der Wind - globale Windsysteme

Polar-Zone (Polar-Zelle):

Bodennahe strömt der Wind von ?(1)? nach ?(2)?. (Nordhalbkugel)

A

(1) Nordost

(2) Südwest

-> slide 17

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24
Q

Es ist wenig sinnvoll direkt am Äquator Solarzellen zu positionieren. Warum?

A

Weil Tiefdruckgebiete meist regnerisches Wetter verursachen und am Äquator ständig ein Tiefdruckgebiet vorhanden ist.
–> Oft Wolkenbildung und Regen

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25
Der Wind - lokale Winde: Lokale Winde entstehen aufgrund von?
lokalen, kleineren Hoch- und Tiefdruckgebieten
26
Der Wind - lokale Winde See- und Landbriese: 1) Wie kommt es zu Seewind? 2) Wie kommt es zu Landwind?
1) Tagsüber erwärmt sich das Land stärker als die Wasseroberfläche aufgrund der höheren spezifischen Wärmekapazität des Wassers In den unterschiedlich temperierten Luftmassen darüber entsteht ein Druckgefälle vom Meer in Richtung Land, wodurch es zu einer landeinwärts gerichteten, kühlen und feuchten Strömung kommt. (Seewind) 2) Druckgefälle vom Land in Richtung Meer (z.B. nachts, weil Landmasse schneller abkühlt als die See) --> slide 18!
27
Warum ist es sinnvoll in der Nähe von großen Seen oder Meeren Windkraftanlagen zu positionieren?
Weil die guten Windverhältnisse aufgrund der See- und Landbriese genutzt werden können.
28
Der Wind - lokale Winde Monsun ist ebenfalls eine ?(1)?
(1) See-Land Zirkulation
29
Der Wind - lokale Winde Wie kommt es zum Monsun?
Durch die im Sommerhalbjahr erhöhte Sonneneinstrahlung, weshalb sich die Luft über dem Land stärker erwärmt --> es bildet sich ein Tiefdruckgebiet auf der Landmasse und in der Höhe über dem Land ein Hochdruckgebiet aufgrund der aufsteigenden warmen Luft --> dieses Hochdruckgebiet möchte sich ausgleichen in Richtung eines weiteren Tiefdruckgebietes, welches sich in der Höhe über den Ozeanen befindet (haben also in der Höhe eine Strömung vom Land in Richtung Ozeanen) --> Die Luft kühlt sich währenddessen ab und sinkt ab, weshalb sich bodennah über dem Ozean ein weiteres Hochdruckgebiet bildet --> auch dieses Hochdruckgebiet möchte sich wieder ausgleichen in Richtung des Tiefdruckgebietes, welches sich auf dem Land befindet --> deshalb bewegen sich während dieser Jahreszeit dann feuchte Luftmassen vom Meer zum Land (starke Regenfälle sind die Folge) (In den Wintermonaten ist es dann genau anders herum -> siehe Abb. slide 19 (bzw. 18) unten links)
30
Der Wind - lokale Winde Erkläre die Berg-Tal-Zirkulation!
Starke Erwärmung der besonnten Berghänge --> damit verbunden tritt ein thermischer Auftrieb der hangnahen Luft ein (Hangaufwind) --> bei weiterer Erwärmung des Tals, wird diese Strömung durch eine talaufwärts gerichtete Strömung abgelöst Während der Nacht kühlt sich der Boden stärker ab als die Luft in freier Atmosphäre, was einen kalten Hangabwind erzeugt. (siehe slide 20 (bzw.19)
31
Der Wind - lokale Winde Erkläre den Föhn/Chinook!
Der Föhn entsteht, wenn Luft gezwungen wird über Berge zu strömen. Die noch warme Luft strömt dann entlang der windzugewandten Seite des Berges und kühlt ab. Sollte die Luft noch feucht sein kommt es zur Wolkenbildungen (Regenseite) Auf der Leeseite sinkt die Luft und bildet ein Hochdruckgebiet. --> Es bilden sich trockene warme Winde (Temperaturerhöhungen von mehr als 20°C in einer Stunde sind möglich)
32
Der Wind - lokale Winde Santa Ana Winde: Entstehen, wenn das große Becken im Osten von Sierra Nevada abkühlt; es entsteht ein lokales Hochdruckgebiet. Ausgleichswinde entstehen in Richtung Ozean, wo sich ein Tiefdruckgebiet befindet aufgrund der höheren Wassertemperatur. Die Luftmassen wärmen sich entlang des Hanges auf. Santa Ana Winde entstehen häufig am Ende von Kaliforniens langem, heißem Sommer. Die warme Luft trocknet die Region noch weiter aus. Waldbrände können sich aufgrund der warmen Winde schnell ausbreiten. (Abb. slide 22)
...
33
Der Wind - lokale Winde Nenne lokale Winde?
See- und Landpriese (Spezialfall: Monsun) Berg-Tal-Zirkulation Föhn/Chinook Santa Ana Winde
34
Wind Ressourcen in der EU --> siehe slide 23 (bzw. 22)!
...
35
Windgeschwindigkeiten ändern sich mit der Höhe. Wahr/Falsch?
WAHR
36
Was versteht man unter der Atmosphärischen Grenzschicht?
Ist die unterste Schicht der Atmosphäre und ist beeinflusst durch die Erdoberfläche
37
Atmosphärischen Grenzschicht 1) Am Boden liegt kaum eine Luftbewegung vor. Warum? 2) Wie verhält sich der Wind und Turbulenzen mit steigender Höhe?
1) Wegen der Reibung --> deshalb ist auch die Windgeschwindigkeit am Boden nahe 0 2) Windgeschwindigkeit erhöht sich mit der Höhe --> die Luftbewegung ist dabei von Turbulenzen und Reibung geprägt Die Turbulenz nimmt mit der Höhe ab und der Wind nähert sich der Richtung und Geschwindigkeit des Geostrophischen Windes an
38
Atmosphärische Grenzschicht Die Turbulenz nimmt mit der Höhe zu und der Wind nähert sich der Richtung und Geschwindigkeit des Geostrophischen Windes an. Wahr/Falsch?
FALSCH --> Die Turbulenz nimmt mit der Höhe ZU und der Wind nähert sich der Richtung und Geschwindigkeit des Geostrophischen Windes an.
39
Zeichne und Beschrifte Abbildung auf slide 27 (bzw. 24)!
...
40
Was versteht man unter dem Geostrophischen Wind?
Es ist der idealisierte theoretische Wind.
41
Die Turbulenzauswirkungen des Bodens haben keinen Einfluss auf den Geostrophischen Wind. Wahr/Falsch?
Wahr
42
Der Geostrophische Wind zeigt im Idealfall (Gleichgewicht zwischen ?(1)? und ?(2)? in Richtung der ?(3)?.
(1) Druckgradient (2) Corioliskraft (3) Isobaren
43
Geostrophischer Wind Die Höhe in der man den Geostrophischen Wind vorfindet variiert aufgrund der: ?? (5)
Rauigkeit des Bodens vertikale Temperaturprofil (also die Temperaturänderung mit der Höhe) Windgeschwindigkeit
44
Die Stärke des Geostrophischen Windes wird durch den ?? bestimmt.
Druckgradienten
45
Geostrophischer Wind und Einflussfaktor Rauigkeit des Bodens. Eine starke Bebauung oder Wald verursacht erhebliche Turbulenzen, sodass es länger dauert bis sich diese Turbulenzen abgebaut haben und erst in höher gelegenen Höhen der Geostrophische Wind vorliegt. Wahr/Falsch?
Wahr
46
Geostrophischer Wind und Einflussfaktor vertikales Temperaturprofil (also die Temperaturänderung mit der Höhe) Wenn eine sehr starke Variation der Temperatur entlang der Höhe vorliegt, dann existieren höhere Ausgleichsströmungen zwischen den vertikalen Schichten (aufgrund des höheren Temperaturgradientens), wodurch auch eine stärkere Vermischung der unterschiedlichen Schichten vorliegt und entsprechend höhere Turbulenzen.
...
47
Geostrophischer Wind und Einflussfaktor Windgeschwindigkeit Höhere Windgeschwindigkeiten sorgen bei gleicher Bodenrauigkeit für ?(1)? Turbulenzen als niedrigere Windgeschwindigkeiten. Entsprechend ist der Abbau der Turbulenzen bei höheren Windgeschwindigkeiten ?(2)? und es ist bereits in ?(3)? Höhen ein Geostrophischer Wind vorzufinden.
(1) geringere (2) schneller (3) niedrigeren
48
1) In klaren, windigen Nächten kann man Geostrophischen Wind bereits in ungefähr welcher Höhenlage vorfinden? 2) Im Sommer mit geringeren Windgeschwindigkeiten lässt sich der Geostrophische Wind erst in circa welcher Höhenlage vorfinden?
1) z.B. in 100m über dem Boden (höhere Windgeschwindigkeiten verursachen geringere Turbulenzen) 2) z.B. in 2000m über dem Boden
49
Der Wind - Effekt der Bodenrauigkeit Die Bodenrauigkeit verursacht Turbulenz. Wie kommt es dazu?
Aufgrund der Energieerhaltung verlangsamt sich die Strömungsgeschwindigkeit --> dadurch nimmt der Einfluss der Corioliskraft ab, wodurch der Wind die Isobaren kreuzt und in Richtung Tiefdruckgebiet strömt. Die Reibungskraft ist entgegen der Windgeschwindigkeit gerichtet. --> siehe slide 29 (bzw. 26)
50
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Das vertikale Windprofil kann durch was beschrieben werden?
durch das Potenzgesetz von Hellman
51
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Das vertikale Windprofil kann durch das Potenzgesetz von Hellman wie folgt beschrieben werden: ??
v(z1) / v(z2) = (z1 / z2)^alpha alpha: Höhenexponent v(zn): Windgeschwindigkeit in Höhe n zn: Höhe
52
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Das vertikale Windprofil kann durch das Potenzgesetz von Hellman wie folgt beschrieben werden: v(z1) / v(z2) = (z1 / z2)^alpha alpha: Höhenexponent v(zn): Windgeschwindigkeit in Höhe n zn: Höhe 1) Wovon ist der Höhenexponent alpha abhängig? (4) 2) Was folgt daraus?
1) Abhängig von: - der Höhe - der Rauigkeit - der atmosphärischen Schichtung - der Geländestruktur 2) Daraus folgt, dass der Höhenexponent sehr spezifisch für den jeweiligen Ort und die Betrachtungshöhe ist --> eine Übertragbarkeit ist nicht gegeben
53
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Das vertikale Windprofil kann durch das Potenzgesetz von Hellman wie folgt beschrieben werden: v(z1) / v(z2) = (z1 / z2)^alpha alpha: Höhenexponent v(zn): Windgeschwindigkeit in Höhe n zn: Höhe Welche weitere physikalische Beschreibung des vertikalen Verlaufes der mittleren Windgeschwindigkeit gibt es?
die Gleichung für das logarithmische Windprofil (nach Prandtl): v(z) = (usub*/kappa) x (ln(z/z0)) mit: - usub*: Schubspannungsgeschwindigkeit - z: Höhe über dem Boden - z0: Rauigkeitslänge - kappa: Kármánkonstante für die üblicherweise der Wert kappa ≈ 0,4 angesetzt wird
54
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Das vertikale Windprofil kann durch das Potenzgesetz von Hellman wie folgt beschrieben werden: v(z1) / v(z2) = (z1 / z2)^alpha alpha: Höhenexponent v(zn): Windgeschwindigkeit in Höhe n zn: Höhe Eine weitere physikalische Beschreibung des vertikalen Verlaufes der mittleren Windgeschwindigkeit liefert die Gleichung für das logarithmische Windprofil (nach Prandtl): v(z) = (usub*/kappa) x (ln(z/z0)) mit: - usub*: Schubspannungsgeschwindigkeit - z: Höhe über dem Boden - z0: Rauigkeitslänge - kappa: Kármánkonstante für die üblicherweise der Wert kappa ≈ 0,4 angesetzt wird Ist die Rauigkeitslänge bekannt, kann folgender Ansatz verwendet werden: ??
v2(z2) = v1(z1) x (ln(z2/z0) / ln(z1/z0)) --> Mit dieser Formel ist man in der Lage die Windgeschwindigkeit auf einer Höhe zu berechnen, wenn man die Windgeschwindigkeit auf einer anderen Höhe kennt. Dafür werden die jeweiligen Höhen benötigt und man braucht Informationen zum Boden/zur vorliegenden Rauigkeit am Boden (z0)
55
v2(z2) = v1(z1) x (ln(z2/z0) / ln(z1/z0)) Worin liegt der Nutzen in der Formel? Also in der Möglichkeit eine Windgeschwindigkeit mit Hilfe einer anderen Windgeschwindigkeit berechnen zu können?
Es ist möglich eine Windgeschwindigkeitsbestimmung (z.B. auf Nabenhöhe der Windkraftanlage) zu machen ohne das wir auf der Höhe messen müssen. --> Moderne Windkraftanlagen haben durchaus Nabenhöhen von über 100m. Für die Ertragsberechnung wird die einströmende Windgeschwindigkeit benötigt, welche möglichst genau sein sollten. --> Um den Bau eines Messmastes auf der entsprechenden Nabenhöhe umgehen zu können, kann stattdessen ein Messmast in geringerer Höhe aufgestellt werden und dann die Windgeschwindigkeit in der Höhe für ca. 1 Jahr gemessen werden --> mit Hilfe der ermittelten Windgeschwindigkeit in der niedrigeren Höhe und der Formel kann dann die Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe berechnet werden(!) --> Kostenersparnis (siehe slide 33!!)
56
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Unterschiedliche vertikale Windprofile für verschiedene Rauigkeitslängen --> siehe slide 34 (bzw. 31)!! (Annahme für Geostrophischen Wind)
...
57
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Annahme: gleiche Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe aber unterschiedliche einströmende Windprofile. Sea, Sand hat geringere Windgeschwindigkeitsänderungen im Rotorfeld als ein Windprofil, dass nach einer Stadt anliegt. --> Die Änderung der Windgeschwindigkeit verursacht ganz unterschiedliche Belastungszustände, je nach dem ob man sich bspw. ganz oben an der Spitze oder ganz unten an der Spitze des Rotorblattes befindet. Die Abbildung auf slide 35 (bzw. 32) ermöglicht eine gute Veranschaulichung der unterschiedlich hervorgerufenen Lasten durch die verschiedenen Profile. --> siehe slide 35 (bzw. 32)!! (Annahme für Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe)
...
58
Warum ist die Information über die Änderung der Windgeschwindigkeit über das Rotorfeld hinweg wichtig?
Weil die unterschiedlichen Belastungszustände besser abgeschätzt werden können
59
Der Wind - Atmosphärische Grenzschicht Unterschiedliche ?(1)? können ebenfalls eine Veränderung des Höhenprofils verursachen. Bei Hügel: Windgeschwindigkeit nimmt auf der ?(2)? Seite zu. Es kann sich jedoch eine ?(3)? hinter der Anhöhe bilden.
(1) Bodenstrukturen (2) windzugewandten (3) Ablöseblase (turbulente Ablösung) --> slide 36 (bzw. 33)
60
Vor dem Bau einer Windkraftanlage sollte man sich die Geländestruktur genauer ansehen und besonders was betrachten?
Rauigkeit Geländeneigungen (turbulente Ablösungen nicht sehr geeignet)
61
Windmessung Was sind die wichtigsten Parameter sowohl für die Berechnung des erwarteten Energieertrages (quantitative Bewertung der Eignung eines Standortes) als auch für die Entscheidung darüber welche der angebotenen Windkraftanlagen besonders geeignet sind? (3)
Größe des Windes zeitlicher Verlauf des Windes Richtung des Windes (wird über längeren Zeitraum gemessen, meist über ein ganzes Jahr)
62
Windmessung Üblicherweise wird eines der folgenden 3 Messgeräte verwendet: ??
Schalenkreuzanemometer Ultraschallanemometer SODAR
63
Windmessung - Schalenkreuzanemometer: 1) Lediglich zur Messung von was? 2) Erzeugt was?
1) Windgeschwindigkeit (Windfahne nötig für Windrichtungsmessung) 2) ein analogen oder digitales Signal, das proportional der Windgeschwindigkeit ist --> es wird durch die Rotation entweder mittels eines Tachogenerators eine Spannung erzeugt (proportional zur Drehzahl) oder es werden Impulse pro Umdrehung erzeugt, die pber ein bestimmtes Zeitintervall gezählt werden. (slide 39 (bzw. 36)!!)
64
Windmessung - Ultraschallanemometer Die Windgeschwindigkeitskomponente in der Richtung des Sondenpaares überlagert sich dem Schall und führt zu verschiedenen Laufzeiten für Hinweg und Rückweg. Bis zu drei Paar Sonotroden (Lautsprecher-Mikrofon-Kombinationen) Ultraschallimpulse von 100 kHz bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit zwischen den Sonotroden. Messung der ?(1)? und der ?(2)? möglich Es kann eine Ablenkung des Windes an den Sonotroden erfolgen, was ein fehlerhaftes Signal verursachen kann.
(1) Windgeschwindigkeit (2) Windrichtung (Abb. slide 40 bzw. 37)
65
Windmessung - SODAR: SODAR steht für SOnic Detecting and Ranging Welches Prinzip wird genutzt? (2)
Radar- oder Echolotprinzip
66
Windmessung - SODAR (SOnic Detecting and Ranging): Das SODAR sendet kurze, scharf gebündelte ?(1)? im hörbaren Bereich aus. Dieses Signal wird an ?(2)? unterschiedlicher Brechzahl infolge von Temperatur- und Feuchtigkeitsdifferenzen reflektiert, die sich entsprechend der ?(3)? fortbewegen. Frequenz des zurückgestreuten Signals ist gegenüber dem emittierten Signal ?(4)?. Die Verschiebung ist ?(5)? zur Windgeschwindigkeit.
(1) Schallsignale (2) Luftschichtgrenzen (3) Windgeschwindigkeit (4) verschoben (5) proportional (Abb. slide 41 (bzw. 38))
67
Was ist das Problem von SODAR und der Grund warum statt der Nutzung von SODAR immer noch der Bau von Messmasten mit entweder Schalenkreuzanemometer in Kombination mit Windfahne oder Ultraschallanemometern bevorzugt werden?
SODAR im Vergleich zu einem Ultraschallanemometer oder Schalenkreuzanemometer sehr teuer und sie stehen über einen längeren Zeitraum unbewacht auf einer freien Fläche.
68
Schwankungen in der Windgeschwindigkeit Die Schwankungen der Windgeschwindigkeit in der Atmosphäre gehören zu Prozessen mit Zeitintervallen von weniger als ?(1)? bis zu einigen ?(2)? und räumlichen Strukturen von einigen ?(3)? bis zu mehreren ?(4)?
(1) 1 Sekunde (2) Tagen (3) Millimetern (4) Kilometern (siehe slide 43 (bzw. 39))
69
Was beschreibt die Turbulenzintensität?
Schwankungen der Windgeschwindigkeit in einem kurzen Zeitintervall (meist 10min.)
70
Wofür ist die Kenntnis der Turbulenz und der Böigkeit in erster Linie erforderlich?
Für Lastberechnungen der Windkraftanlage
71
Allgemein kann ein Windfeld durch was beschrieben werden? (2)
Windgeschwindigkeit Turbulenzintensität --> siehe Abb. slide 44 (bzw. 40)
72
Wie wird die Turbulenzintensität (Isubv) berechnet?
Isubv = Standardabweichung (der Windgesch.) (sigmasubv) / mittlere Windgeschw. Details siehe slide 45 (bzw. 39) !!!!
73
Turbulenzintensität Grob gesehen sind die turbulenten Fluktuationen ?(1)? mit der ?(2)? um den ?(3)?
(1) Gaußverteilt (2) Standardabweichung (sigmasubv) (3) Mittelwert
74
Die Turbulenzintensitität liegt in einem Bereich von ?(1)? bis ?(2)?
(1) 0,05 (2) 0,40
75
Dreidimensionales Windfeld für die Windkraftanlage umfasst alle wichtigen Informationen wie: ??
Mittlerer Höhengradient (Bodengrenzschicht) Schräganströmung Turmvorstau Mittlere Windgeschwindigkeit Turbulenz (siehe slide 46 (bzw. 42)!)
76
Konzepte der Windenergienutzung Es kann grundlegend unterschieden werden in Windräder mit ?(1)? und Windräder mit ?(2)?
(1) vertikaler Achse (2) horizontaler Achse
77
Konzepte der Windenergienutzung Windräder mit horizontaler Achse können weiter unterteilt werden in? (2)
Schnell und langsam drehende Windräder mit Horizontalachse
78
Konzepte der Windenergienutzung Windräder mit vertikaler Achse umfassen zum Beispiel: ??
Windräder mit Darrieus Rotor Windräder mit Savonius Rotor (Abbildungen slide 49 (bzw. 45) zsm. mit H Rotor!)
79
Konzepte der Windenergienutzung Neben Windrädern mit vertikaler Achse und Windrädern mit horizontaler Achse existiert ein weiteres Konzept zur Windenergienutzung
Aufwindkraftwerk (Up stream power station) Stellt allerdings kein reines Windenergiekonzept dar
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Das Aufwindkraftwerk (Up stream power station) stellt nicht ein reines Windenergiekonzept dar, sondern beruht auf der Kombination von?
Solarthermischer Nutzung und Windnutzung (Konzept wird bei Solarthermie vorgestellt)
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Was stellt einen erheblichen Vorteil der Windräder mit vertikaler Achse dar?
Die Komponenten sind direkt am Fuße der Windanlagen und damit leichter zu warten.
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Windräder mit vertikaler Achse sind heutzutage eher in der Kleinwindnutzung und nicht in Großanlagen vorzufinden. Wahr/Falsch?
Wahr
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Windräder mit horizontaler Achse stellen das heutzutage hauptsächlich vorzufindende Konzept dar. Wahr/Falsch?
Wahr
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Windräder mit horizontaler Achse --> Aufbau mit jeweiligen Komponenten auf slide 51! Benenne die Komponenten in der Abbildung!!
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Windräder mit horizontaler Achse Entwicklung der max. Nennleistung, max. Rotordurchmesser, überstrichene Rotorfläche, max. Nabenhöhe und max. Jahresenergieertrag von 1980 bis 2020. Siehe slide 52 (bzw. 48)!
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Windräder mit horizontaler Achse Nenne Möglichkeiten der Triebstranganordnung! (6)
Getriebe und Generator im Maschinenhaus (Standardbauweise) Getriebe horizontal angeordnet und Generator senkrecht im Turmkopf Konzepte, die entwickelt wurden, um Wartungsarbeiten besser durchführen zu können: Getriebe und Generator im Turmfuß (mit Rotorumlenkung) Getriebe im Turmkopf, Generator im Turmfuß Generator im Turmfuß und Aufteilung des Getriebes Direkt vom Rotor angetriebener Generator ohne Getriebe (Abbildungen jeweils auf slide 53 (bzw. 49)!!!)
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Windräder mit horizontaler Achse - Möglichkeiten der Triebstranganordnung Was ist die Standardbauweise?
Getriebe und Generator im Maschinenhaus
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Windräder mit horizontaler Achse Nenne die beiden heutzutage am häufigsten genutzte Möglichkeiten der Triebstranganordnung!
Getriebe und Generator im Maschinenhaus (Standardbauweise) Direkt vom Rotor angetriebener Generator ohne Getriebe
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Windräder mit horizontaler Achse Abbildung von Windkraftanlage auf Nabenhöhe (mit Triebstranganordnung: Getriebe und Generator im Maschinenhaus)! Benenne die einzelnen Komponenten!! (siehe slide 54 (bzw. 50))
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Windräder mit horizontaler Achse -> Modell Enercon E-66 -> Triebstranganordnung: Direkt vom Rotor angetriebener Generator ohne Getriebe Benenne die Komponenten! (slide 56 (bzw. 52))!!
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Modell NEG Micon 52/900 Benenne die Komponenten! (slide 55 (bzw. 51)!)
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Warum kann der Generator bei einer Windkraftanlage mit Getriebe kleiner dimensioniert werden?
Da das Getriebe das sehr hohe Drehmoment mit einer langsamen Drehgeschwindigkeit in eine hohe Drehgeschwindigkeit mit geringerem Drehmoment übersetzt.
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Windkraftanlagen mit direkt am Rotor angetriebenem Generator ohne Getriebe benötigen einen deutlich größeren Generator (Ringgenerator), was den Generator deutlich teurer macht.
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Windräder mit horizontaler Achse Windnachführung Benenne Komponenten auf slide 57 (bzw. 53)!
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Warum sind bei Windkraftanlagen mit horizontaler Achse meist nur 3 Umdrehungen möglich? (beim Verstellen in der Plattform in die Windrichtung)
Weil Kabelstränge durch den Turm zum Turmfuß verlaufen. Die Platform kann sich darum nicht beliebig oft um sich herum drehen. --> es gibt daher meist eine Nullposition von der aus oftmals 3 Umdrehungen möglich sind --> nach den Umdrehungen muss sich die Anlage erstmal wieder entdrehen

Umw (27 decks)

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