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Kameier 2013 0 Frank Kameier Lecture SET/ PEU Wind turbine technology Types of plants Meteorological data analysis Measurement.

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Präsentation zum Thema: "Kameier 2013 0 Frank Kameier Lecture SET/ PEU Wind turbine technology Types of plants Meteorological data analysis Measurement."—  Präsentation transkript:

1 Kameier 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

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

3 Kameier 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

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

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

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

7 Kameier

8 Kameier

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

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

11 Kameier Origin: Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006

12 Kameier 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 Kameier 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 Kameier 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 Kameier 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

16 Kameier Infra sound

17 Kameier

18 Kameier

19 Kameier …unknown background noise!

20 Kameier Simple CFD

21 Kameier 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

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

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

24 Kameier 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

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

26 Kameier Windkraftanlage mit Getriebe, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

27 Kameier Windkraftanlagen – Rotoren mit vertikaler Drehachse, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

28 Kameier Aufwindkraftwerk in Manzanares Spanien, Turmhöhe 200m, Turm Ø 10 m, Kollektordach Ø 250 m, Leistung 50 kW, aus Hau, Windkraftanlagen Gebaut 1982 – Einsturz durch Orkan 1989

29 Kameier

30 Kameier Darrieus-Windkraftanlage, Ø 19 m, 170 kW, Firma Flowind USA Darrieus-Windkraftanlage (H-Rotor), Ø 35 m, 300 kW, USA Origin: Hau, Windkraftanlagen patec/vertikale-drei-blatt- kleinwindkraftanlagen-darrieus- rotor html … Installation auf Hausdach …

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

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

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

34 Kameier Buch der Synergie – exotische Designs

35 Kameier Buch der Synergie – exotische Designs

36 Kameier Konzept eines 350 kW Meeresströmungsgenerators, Erneuerbare Energien 5/2000.

37 Kameier 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

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

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

40 Kameier Maximum der Leistung

41 Kameier Minimum für P gesuchtes Maximum Leistung der Windkraftanlage

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

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

44 Kameier Es folgt die Festlegung der An- und Abströmrichtungen.

45 Kameier Die Umfangsgeschwindigkeit und eine drallfreie Anströmung werden eingezeichnet.

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

47 Kameier Negativer Drall! Nur die Freistrahlturbine wird drallfrei angeströmt. c 2u

48 Kameier 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)

49 Kameier 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.

50 Kameier

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

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

53 Kameier WKA ohne Getriebe Origin:

54 Kameier Die Technik Mal mehr Energieertrag seit 1980 Origin: Bundesverband WindEnergie e.V.

55 Kameier Die gegenwärtig größten Windenergieanlagen der Welt. Enercon E-112Repower 5MMultibrid M5000 Nennleistung4,5 MW5 MW Nabenhöhe112 Meter120 Meter102,6 Meter Rotordurchmesser114 Meter126 Meter116 Meter Standorte5 Anlagen (Emden, Wilhelmshaven, etc.) 1 Anlagen (Brunsbüttel) 1 Anlagen (Bremerhaven) Origin: Bundesverband WindEnergie e.V.

56 Kameier 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

57 Kameier Vortex Hydro Energy (Michael Bernitsas, April 2010)


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