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Seminar Windkraftanlagen 16.April 2007 HTBLuVA Wiener Neustadt DI Christof Flucher Vestas Österreich GmbH.

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Präsentation zum Thema: "Seminar Windkraftanlagen 16.April 2007 HTBLuVA Wiener Neustadt DI Christof Flucher Vestas Österreich GmbH."—  Präsentation transkript:

1 Seminar Windkraftanlagen 16.April 2007 HTBLuVA Wiener Neustadt DI Christof Flucher Vestas Österreich GmbH

2 -Vestas als Anlagenhersteller -Windenergieanlagen von Vestas -Antriebskonzepte und Netzeinspeisung

3 3 Vestas Geschichte - Meilensteine : Das Jahr, als alles begann. Der Schmied H. S. Hansen eröffnete seine erste Werkstatt in Lem, Dänemark. 1945: VEstjysk STålteknik A/S wird gegründet (Haushalts- und Land- wirtschaftsmaschinen etc.) 1979: Erste Windener- gieanlage auf dem Markt 1987: Vestas Wind Systems A/S wird gegründet 1998: Börsennotierung an der Kopenhagener Börse 2004: Zusammenschluss von NEG Micon A/S und Vestas Wind Systems A/S

4 4 VESTAS - Hauptaktivitäten Entwicklung, Produktion, Vertrieb, Marketing und Wartung von Anlagen, die mit Windenergie Strom erzeugen Forschung und Ent- wicklung Produk- tion und Tests Instal- lation Service Wartung Trans- port Vertrieb Planung

5 5 Windenergieanlagen in über 50 Märkten Australien Griechenland Norwegen Dänemark USA DeutschlandChina

6 6 Development of Vestas turbines

7 7 Steigerung des Energieertrages mit größerer Rotorfläche *hub height

8 8 Anlagen Modelle (Serienprod. 2006) V MW, Germany Kilowatt -Klasse V kW Megawattklasse 1.5 MW V MW Megawattklasse 2.0 MW V MW V MW V MW V MW Megawattklasse 3.0 MW V MW

9 9 Installierte Vestas Turbinen -nach Modellen

10 10 Niederlassungen global

11 11 Maschinenhausproduktion Maschinenteile Dänemark Nabengussteile, etc. Norwegen Schweden Deutschland Generatoren Deutschland (China) Montage Australien Dänemark Indien Italien Schottland Spanien (China)

12 12 Rotorblattproduktion Dänemark England Italien Deutschland Australien China USA Spanien

13 13 Turmproduktion Dänemark Schottland

14 14 Dänemark Spanien Steuerungsproduktion

15 15 Transport per LKW

16 16 Transport per Zug

17 17 Transport per Schiff

18 18 Warum Offshore? Vorteile bessere Windverhältnisse geringere Turbulenzen viele große unerschlossene Gebiete keine physikalischen Grenzen in Bezug auf Größe und Gewicht Es gibt keine Menschen in der Umgebung, die sich belästigt fühlen Nachteile Installation und Wartung sind komplizierter und kostenintensiver V80-2,0 MW, England

19 19 Entwicklung der jährlichen kumulierten installierten Leistung

20 20 Source: BTM Consult ApS Weltmarkt Anteile 2005

21 Einführung in die Technik einer Windenergieanlage

22 22 Inhaltsverzeichnis Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert Grundelemente einer WEA Antriebskonzepte, Anlagenregelung, Stromeinspeisung und Stromaufbereitung

23 23 Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert Die Erde dreht sich um ihre eigene Achse. Schon dadurch werden Winde erzeugt. Durch die Sonneneinstrahlung wird die Erde unterschiedlich erhitzt. Warme Luft strömt vom Äquator zu den Polen.

24 24 Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert Die Luft erwärmt sich schneller über dem Land als über dem Meer. Warme Luft steigt auf und kühlt sich hoch im Himmel wieder ab. Über dem Meer drückt die abgekühlte Luft die Luft darunter gegen das Land - Wind

25 25 Preise für fossile Energieträger steigen Dagegen wird die Technik der WEA effizienter Windenergie - eine saubere Energienutzung Größere Unabhängigkeit von Ölimporten (Ölpreis – Ölförderung) Was ist Wind, und warum sind wir daran interessiert

26 26 Grundelemente einer WEA

27 27 Grundelemente einer WEA Gondel Turm Fundament Trafo Rotor

28 28 Grundelemente einer WEA Das Herzstück der Windenergieanlage:

29 29 Grundelemente einer WEA Nabe mit hydraulischer Blattverstellung Trans- formator Schnelle Welle Hauptwelle Rotor Anemometer Getriebe Generator

30 30 Maschinenhaus der V90-3,0 MW Maschinen- haus Transformator Generator Turm Nabe Rotor Getriebe

31 Leistungsbegrenzung und Antriebskonzepte

32 32 Art der Leistungsbegrenzung STALL-EFFEKT Leistungsbegrenzung durch Strömungsabriss (Stall) Die Stall-Regelung ist die einfachste und das älteste Regelungssystem

33 33 Art der Leistungsbegrenzung PITCH-EFFEKT Leistungsbegrenzung durch Verdrehung der Rotorblätter (Pitch) Die Regelung der Leistung ist bei pitch-geregelten Windkraftanlagen durch das Verdrehen der Rotorblätter gewährleistet.

34 34 Entwicklung der Leistungsbegrenzng

35 35 Antriebskonzeptze netzparalleler WKA Die wichtigsten Konzepte netzeinspeisender WKA sind folgende: ältestes Konzept: Stall, Asynchronmaschine (dänisches Konzept) ältestes Konzept: Stall, Asynchronmaschine (dänisches Konzept) Eine verbesserte Variante des dänischen Konzepts ist die Verwendung des Asynchrongenerators mit Schlupfregelung Eine verbesserte Variante des dänischen Konzepts ist die Verwendung des Asynchrongenerators mit Schlupfregelung indirekte Netzeinspeisung mit Synchrongenerator über Umrichter indirekte Netzeinspeisung mit Synchrongenerator über Umrichter Indirekte Netzeinspeisung mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator Indirekte Netzeinspeisung mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator

36 36 Dänisches Konzept (Stall-Anlage mit ASM-Kurzschlußläufer)

37 37 Asynchrongenerator mit Schlupfregelung Hier wird der Rotor durch eine Blattverstellung geregelt und arbeitet in einem begrenzten Bereich drehzahlvariabel. Der Asynchrongenerator kann durch eine Schlupferhöhung bei Böen oder starkem drehzahlweich rotieren, um Belastungen für die Struktur stark zu reduzieren. Hierbei kann die Böe in eine Drehzahl- und damit in eine Schlupferhöhung umgesetzt werden, welche dann durch eine Blattwinkelverstellung der Rotorblätter aufgefangen wird. Die dabei entstehende Verlustleistung wird als Wärme an die Umgebung abgegeben und kann nicht als Energieertrag genutzt werden.

38 38 Drehzahlvariable Anlage mit Synchrongenerator

39 39 Drehzahlvariable WKA mit doppelt- gespeistem Asynchrongenerator

40 40 Marktanteil der Antriebskonzepte

41 41 Stromproduktion einer WKA Generatoren Der Generator ist ein Energiewandler und wandelt die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie um. Bauarten heutzutage: Für Windgeneratoren gibt es im wesentlichen zwei unterschiedliche Bauarten: SYNCHRONGENERATOR ASYNCHRONGENERATOR Asynchrongeneratoren (und besonders die doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren) werden in der Windindustrie sehr häufig verwendet.

42 42 Strom, Spannung, Transformation Windkraftanlagen produzieren 3-Phasen- Wechselstrom wie jedes elektrische Kraftwerk. Die Spannung hängt von der Leistungsklasse der Windkraftanlage ab: 400 V bei kleinen Anlagen (bis max. 600 kW) 690 V bei sehr großen Anlagen (0,5 bis 2,5 MW) 1000 V bei sehr großen Anlagen (z.B. bei der V MW)

43 43 (Frequenz)Umrichter Generatoren wandeln die mechanische Energie des Rotors in elektrische Energie um. Konzepte mit Starrer Drehzahl sind mit Asynchrongeneratoren ausgestattet und können ins Netz direkt einspeisen: ein Umrichter ist bei diesem Konzept nicht nötig. Heute wird jedoch die große Mehrheit der Windkraftanlagen mit variabler Rotordrehzahl betrieben. Hierfür ist ein Umrichter nötig. Abb: Schema eines Umrichters

44 44 Spannungsanpassung Diese Spannung wird mit einem Transformator auf kV hochtransformiert, in Abhängigkeit von der lokalen Netzspannung. Der Transformator kann sich in der Gondel, im Turm oder in einer Trafostation neben der Anlage befinden. Bei den großen Vestas- Anlagen ist er in der Gondel situiert. Die Mehrheit der errichteten Anlagen ist mit frequenzvariablen Generatoren ausgerüstet. Dieser Strom wird dann mit Hilfe eines Umrichters an die gewünschte angepasst (50 Hz in Europa, 60 Hz in Amerika).

45 45 Die Windkraftanlage V MW Beschreibung Grundriß im Turmfuß Blitzschutz- und Erdungskonzept Übersichtsschaltbild Generatordaten VMP-Controller Mittelspannungsanschluß Netzüberwachung

46 46 Diskussion

47 47 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


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