Origin: Wagner, Bareiß, Guidati, Wind Turbine Noise, Springer, Berlin, 1996 (primär) Rogers, A.L., University of Massachusetts, 2006 (sekundär) http://www.ceere.org/rerl/publications/published/Renewable.

Präsentation zum Thema: "Origin: Wagner, Bareiß, Guidati, Wind Turbine Noise, Springer, Berlin, 1996 (primär) Rogers, A.L., University of Massachusetts, 2006 (sekundär) http://www.ceere.org/rerl/publications/published/Renewable."—  Präsentation transkript:

0 Wind turbine technology
Frank Kameier Lecture SET/ PEU Wind turbine technology Types of plants Meteorological data analysis Measurement technique for wind speed Vibrations Aerodynamics – Rankine-Froude, Betz, Schmitz Noise Design of pols Mounting parts especially for small wind turbines roof top mounted on buildings CFD

1 Origin: Wagner, Bareiß, Guidati, Wind Turbine Noise, Springer, Berlin, 1996 (primär)
Rogers, A.L., University of Massachusetts, 2006 (sekundär)

2 Origin:. Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A
Origin: Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A. Brooks, WIND TURBINE NOISE MECHANISMS AND SOME CONCEPTS FOR ITS CONTROL, School of Mechanical Engineering, The University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia, Acoustics Australia Vol. 40, No. 1, April

3 Congruent blade flow - no flow separation in top and bottom position is impossible - 11 m/s mit z=0,4 8 m/s

4 Origin: Wagner, Bareiß, Guidati, Wind Turbine Noise, Springer, Berlin, 1996 (primär)
Rogers, A.L., University of Massachusetts, 2006 (sekundär)

5 Origin: Wagner, Bareiß, Guidati, Wind Turbine Noise, Springer, Berlin, 1996 (primär)
Rogers, A.L., University of Massachusetts, 2006 (sekundär)

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8 Origin:. Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006

9 Origin:. Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006

10 Origin:. Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006

11 Origin:. Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A
Origin: Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A. Brooks, WIND TURBINE NOISE MECHANISMS AND SOME CONCEPTS FOR ITS CONTROL, School of Mechanical Engineering, The University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia, Acoustics Australia Vol. 40, No. 1, April

12 Origin:. Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A
Origin: Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A. Brooks, WIND TURBINE NOISE MECHANISMS AND SOME CONCEPTS FOR ITS CONTROL, School of Mechanical Engineering, The University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia, Acoustics Australia Vol. 40, No. 1, April

13 Origin:. Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A
Origin: Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A. Brooks, WIND TURBINE NOISE MECHANISMS AND SOME CONCEPTS FOR ITS CONTROL, School of Mechanical Engineering, The University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia, Acoustics Australia Vol. 40, No. 1, April

14 Origin:. Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A
Origin: Con J. Doolan, Danielle J. Moreau and Laura A. Brooks, WIND TURBINE NOISE MECHANISMS AND SOME CONCEPTS FOR ITS CONTROL, School of Mechanical Engineering, The University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia, Acoustics Australia Vol. 40, No. 1, April

15 Infra sound

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18 …unknown background noise!

19 Simple CFD

20 Simple CFD simulation – overall parameters
Inlet flow free of swirl - 10m/s Axial flow speed component downstream of the rotor = 5m/s Rotational speed =28 rpm Rotordiameter - 27m Simulation-area (H/L) – 200m/275m Origin: Hammelstein, Bachelor Thesis, FH Düsseldorf, 2012

21 Increase of cross-section area of the stream tube
Origin: Hammelstein, Bachelor Thesis, FH Düsseldorf, 2012

22 Q-criterion for visualising blade vortex generation
Simple case study without pole! Origin: Hammelstein, Bachelor Thesis, FH Düsseldorf, 2012

23 Bahrain: Erste Windkraftanlagen in Gebäude integriert
240 Meter hohe Türme, 50 Stockwerke elliptisch geformte Türme sollen die Windgeschwindigkeit im Zwischenraum erhöhen (Windkonzentrator) Windkraftanlagen 29 m von der dänischen Firma Norwin sollen 12 Stunden am Tag laufen und bis zu 15 Prozent der Gesamtenergie des Gebäudes erzeugen drei Windkraftanlagen mit einer Leistung von je 46 kW in einer Höhe von 60, 98 und 136 m, n=38 U/min

24 Literaturhinweise und Internetlinks
Gasch, Twele: Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb, Teubner-Verlag 2005 ftp://ifs.muv.fh-duesseldorf.de/windpower_dk/ Hersteller:

25 Windkraftanlage mit Getriebe, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

26 Windkraftanlagen – Rotoren mit vertikaler Drehachse,
Windkraftanlagen – Rotoren mit vertikaler Drehachse, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

27 keine hohe Effizienz Gebaut 1982 – Einsturz durch Orkan 1989 Aufwindkraftwerk in Manzanares Spanien, Turmhöhe 200m, Turm Ø 10 m, Kollektordach Ø 250 m, Leistung 50 kW, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

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29 … Installation auf Hausdach …
Darrieus-Windkraftanlage (H-Rotor), Ø 35 m, 300 kW, USA Darrieus-Windkraftanlage, Ø 19 m, 170 kW, Firma Flowind USA Origin: Hau, Windkraftanlagen 1997.

30 Forschungsschiff Alcyone (Jacques-Yves Cousteau 1985) mit
Forschungsschiff Alcyone (Jacques-Yves Cousteau 1985) mit Flettner-Rotor als Segelantrieb, Origin: Greenpeace.

31 Japanische Windenergieanlage zur Ausnutzung besonders niederiger
Japanische Windenergieanlage zur Ausnutzung besonders niederiger Windgeschwindigkeiten (ab 2,5 m/s), Die Welt

32 Hong Kong: 40 Turbinen mit in der Summe 960 W bei 5,5 m/s Windgeschwindigkeit
November 2006

33 Buch der Synergie – exotische Designs

34 Buch der Synergie – exotische Designs

35 in der Nordsee umgesetzt - möglicherweise für Rhein geeignet -
Konzept eines 350 kW Meeresströmungsgenerators, Erneuerbare Energien 5/2000.

36 400 kW Wellenkraftwerk, Kvaerner Brug A.S., Oslo (1985), mit Wells-Turbine, die unabhängig von der Durchströmungsrichtung in die selbe Richtung rotiert. (Origin: VDI 1985) oder

37 Leistungsberechnung einer WKA
(siehe auch Schade/Kunz/Paschereit/Kameier Strömungslehre, LE 6.5) Freistrahlturbine

38 Leistung einer Strömungsmaschine
und mit - mittlere Geschwindigkeit vor und hinter dem Rotor

39 Maximum der Leistung

40 Minimum für P gesuchtes Maximum Leistung der Windkraftanlage

41 Die Leistung der Windkraftanlage steigt mit der dritten Potenz.
oder Eine Windkraftanlage kann theoretisch maximal 60 % der vorhandenen Windenergie nutzen.

42 Geschwindigkeitsdreiecke einer Windkraftanlage
Die Skizze geht aus von den Beträgen der Geschwindigkeiten im Absolutsystem.

43 Es folgt die Festlegung der An- und Abströmrichtungen.

44 Die Umfangsgeschwindigkeit und eine drallfreie Anströmung werden eingezeichnet.

45 Das Schaufelprofil wird gemäß An- und Abströmung konstruiert, der Drall am Austritt ist negativ.
Nur die Freistrahlturbine wird drallfrei angeströmt.

46 c2u Negativer Drall! Nur die Freistrahlturbine wird drallfrei angeströmt.

47 Geschwindigkeitsdreiecke nach der Theorie von Schmitz und Betz, in Anlehnung an Gasch (2007)/1/, rot=Eintritt, grün=Rotorebene(fiktiv), blau=Austritt (Steinberg, Bachelor-Thesis, FHD, 2013)

48 Die vom Rotor erfasste Stromröhre hat gemäß der Kontinuitätsgleichung stromauf des Rotors einen kleineren Querschnitt als stromab des Rotors: Bild aus: Spurk, Aufgaben zur Strömungslehre, 1996.

49

50 Aufbau einer Gondel - mit Getriebe
Origin: Bundesverband WindEnergie e.V

51 Aufbau einer Gondel – ohne Getriebe
Origin: Bundesverband WindEnergie e.V

52 WKA ohne Getriebe Origin:

53 Die Technik - 500 Mal mehr Energieertrag seit 1980
Origin: Bundesverband WindEnergie e.V

54 Die gegenwärtig größten Windenergieanlagen der Welt.
Enercon E-112 Repower 5M Multibrid M5000 Nennleistung 4,5 MW 5 MW Nabenhöhe 112 Meter 120 Meter 102,6 Meter Rotordurchmesser 114 Meter 126 Meter 116 Meter Standorte 5 Anlagen (Emden, Wilhelmshaven, etc.) 1 Anlagen (Brunsbüttel) (Bremerhaven) Origin: Bundesverband WindEnergie e.V

55 Einschaltgeschwindigkeit 3,5 m/s (=12,6 km/h)
Kleine Windenergieanlage für das Testfeld der FH Düsseldorf (Neubau Derendorf) 350 Watt  1,22 m Einschaltgeschwindigkeit 3,5 m/s (=12,6 km/h) typische Masthöhe 6 m

56 FH Düsseldorf verfolgt eigene
Vortex Hydro Energy (Michael Bernitsas, April 2010) FH Düsseldorf verfolgt eigene Idee - z.B. für Rhein