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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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1 Kameier 2013 0 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 1 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

3 Kameier 2013 2 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2012 - 7

4 Kameier 2013 3 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 8 m/s 11 m/s mit z=0,4 Congruent blade flow - no flow separation in top and bottom position is impossible -

5 Kameier 2013 4 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

6 Kameier 2013 5 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

7 Kameier 2013 6 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de

8 Kameier 2013 7 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de

9 Kameier 2013 8 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Origin: Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006 http://www.ceere.org/rerl/publications/published/Renewable

10 Kameier 2013 9 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Origin: Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006 http://www.ceere.org/rerl/publications/published/Renewable

11 Kameier 2013 10 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Origin: Rogers, Manwell, Wright: Wind Turbine Acoustic Noise, 2006 http://www.ceere.org/rerl/publications/published/Renewable

12 Kameier 2013 11 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2012 - 7

13 Kameier 2013 12 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2012 - 7

14 Kameier 2013 13 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2012 - 7

15 Kameier 2013 14 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2012 - 7

16 Kameier 2013 15 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Infra sound

17 Kameier 2013 16 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de

18 Kameier 2013 17 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de

19 Kameier 2013 18 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de …unknown background noise!

20 Kameier 2013 19 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Simple CFD

21 Kameier 2013 20 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 21 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Increase of cross-section area of the stream tube Origin: Hammelstein, Bachelor Thesis, FH Düsseldorf, 2012

23 Kameier 2013 22 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Q-criterion for visualising blade vortex generation Origin: Hammelstein, Bachelor Thesis, FH Düsseldorf, 2012 Simple case study without pole!

24 Kameier 2013 23 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 http://www.heise.de/tp/blogs/2/106296 http://de.wikipedia.org/wiki/Bahrain_World_Trade_Center 05.05.2011

25 Kameier 2013 24 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Literaturhinweise und Internetlinks Gasch, Twele: Windkraftanlagen. Grundlagen, Entwurf, Planung und Betrieb, Teubner-Verlag 2005 http://www.windpower.org/de/tour/wres/index.htm ftp://ifs.muv.fh-duesseldorf.de/windpower_dk/ Hersteller: http://www.enercon.de http://www.suzlon.com http://www.ge.com/de/ourBusiness/infrastructure/energy/wind.html

26 Kameier 2013 25 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Windkraftanlage mit Getriebe, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

27 Kameier 2013 26 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Windkraftanlagen – Rotoren mit vertikaler Drehachse, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

28 Kameier 2013 27 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Aufwindkraftwerk in Manzanares Spanien, Turmhöhe 200m, Turm Ø 10 m, Kollektordach Ø 250 m, Leistung 50 kW, aus Hau, Windkraftanlagen 1997. Gebaut 1982 – Einsturz durch Orkan 1989

29 Kameier 2013 28 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de http://www.welt.de/wissenschaft/article1922564/Bochumer_bauen_das_hoechste_Bauwerk_der_Welt.html

30 Kameier 2013 29 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Darrieus-Windkraftanlage, Ø 19 m, 170 kW, Firma Flowind USA Darrieus-Windkraftanlage (H-Rotor), Ø 35 m, 300 kW, USA Origin: Hau, Windkraftanlagen 1997. http://www.archiexpo.de/prod/ro patec/vertikale-drei-blatt- kleinwindkraftanlagen-darrieus- rotor-62272-160011.html … Installation auf Hausdach …

31 Kameier 2013 30 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Forschungsschiff Alcyone (Jacques-Yves Cousteau 1985) mit Flettner-Rotor als Segelantrieb, Origin: Greenpeace.

32 Kameier 2013 31 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Japanische Windenergieanlage zur Ausnutzung besonders niederiger Windgeschwindigkeiten (ab 2,5 m/s), Die Welt 29.04.99.

33 Kameier 2013 32 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Hong Kong: 40 Turbinen mit in der Summe 960 W bei 5,5 m/s Windgeschwindigkeit November 2006 http://www.motorwavegroup.com/new/motorwind/it2.html

34 Kameier 2013 33 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Buch der Synergie – exotische Designs http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_08_11_windenergie_neue_designs.htm

35 Kameier 2013 34 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Buch der Synergie – exotische Designs http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_08_11_windenergie_neue_designs.htm

36 Kameier 2013 35 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Konzept eines 350 kW Meeresströmungsgenerators, Erneuerbare Energien 5/2000.

37 Kameier 2013 36 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 www.itpower.co.uk/itpmarin.htm.

38 Kameier 2013 37 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Leistungsberechnung einer WKA (siehe auch Schade/Kunz/Paschereit/Kameier Strömungslehre, LE 6.5) Freistrahlturbine

39 Kameier 2013 38 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Leistung einer Strömungsmaschine mit und - mittlere Geschwindigkeit vor und hinter dem Rotor

40 Kameier 2013 39 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Maximum der Leistung

41 Kameier 2013 40 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Minimum für P gesuchtes Maximum Leistung der Windkraftanlage

42 Kameier 2013 41 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Die Leistung der Windkraftanlage steigt mit der dritten Potenz. mit oder Eine Windkraftanlage kann theoretisch maximal 60 % der vorhandenen Windenergie nutzen.

43 Kameier 2013 42 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Geschwindigkeitsdreiecke einer Windkraftanlage Die Skizze geht aus von den Beträgen der Geschwindigkeiten im Absolutsystem.

44 Kameier 2013 43 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Es folgt die Festlegung der An- und Abströmrichtungen.

45 Kameier 2013 44 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Die Umfangsgeschwindigkeit und eine drallfreie Anströmung werden eingezeichnet.

46 Kameier 2013 45 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Das Schaufelprofil wird gemäß An- und Abströmung konstruiert, der Drall am Austritt ist negativ. Nur die Freistrahlturbine wird drallfrei angeströmt.

47 Kameier 2013 46 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Negativer Drall! Nur die Freistrahlturbine wird drallfrei angeströmt. c 2u

48 Kameier 2013 47 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 48 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 49 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de

51 Kameier 2013 50 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Aufbau einer Gondel - mit Getriebe Origin: Bundesverband WindEnergie e.V. http://www.wind-energie.de/

52 Kameier 2013 51 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Aufbau einer Gondel – ohne Getriebe Origin: Bundesverband WindEnergie e.V. http://www.wind-energie.de/

53 Kameier 2013 52 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de WKA ohne Getriebe Origin: www.enercon.de

54 Kameier 2013 53 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Die Technik - 500 Mal mehr Energieertrag seit 1980 Origin: Bundesverband WindEnergie e.V. http://www.wind-energie.de/

55 Kameier 2013 54 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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. http://www.wind-energie.de/

56 Kameier 2013 55 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 http://www.superwind.com/swe/index.htm

57 Kameier 2013 56 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Vortex Hydro Energy (Michael Bernitsas, www.memagazine.org, April 2010) http://www.vortexhydroenergy.com/


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