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

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

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 2012 - 7

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

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

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

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

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

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

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 2012 - 7

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 2012 - 7

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 2012 - 7

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 2012 - 7

Infra sound

…unknown background noise!

Simple CFD

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

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

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

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

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

Windkraftanlage mit Getriebe, aus Hau, Windkraftanlagen 1997.

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

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.

http://www.welt.de/wissenschaft/article1922564/Bochumer_bauen_das_hoechste_Bauwerk_der_Welt.html

… Installation auf Hausdach … Darrieus-Windkraftanlage (H-Rotor), Ø 35 m, 300 kW, USA Darrieus-Windkraftanlage, Ø 19 m, 170 kW, Firma Flowind USA http://www.archiexpo.de/prod/ropatec/vertikale-drei-blatt-kleinwindkraftanlagen-darrieus-rotor-62272-160011.html Origin: Hau, Windkraftanlagen 1997.

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

Japanische Windenergieanlage zur Ausnutzung besonders niederiger Japanische Windenergieanlage zur Ausnutzung besonders niederiger Windgeschwindigkeiten (ab 2,5 m/s), Die Welt 29.04.99.

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

Buch der Synergie – exotische Designs http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_08_11_windenergie_neue_designs.htm

Buch der Synergie – exotische Designs http://www.buch-der-synergie.de/c_neu_html/c_08_11_windenergie_neue_designs.htm

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

  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.

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

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

Maximum der Leistung

Minimum für P gesuchtes Maximum Leistung der Windkraftanlage

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

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

Es folgt die Festlegung der An- und Abströmrichtungen.

Die Umfangsgeschwindigkeit und eine drallfreie Anströmung werden eingezeichnet.

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

c2u Negativer Drall! Nur die Freistrahlturbine wird drallfrei angeströmt.

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)

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.

Aufbau einer Gondel - mit Getriebe Origin: Bundesverband WindEnergie e.V. http://www.wind-energie.de/

Aufbau einer Gondel – ohne Getriebe Origin: Bundesverband WindEnergie e.V. http://www.wind-energie.de/

WKA ohne Getriebe Origin: www.enercon.de

Die Technik - 500 Mal mehr Energieertrag seit 1980 Origin: Bundesverband WindEnergie e.V. http://www.wind-energie.de/

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. http://www.wind-energie.de/

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 http://www.superwind.com/swe/index.htm

FH Düsseldorf verfolgt eigene Vortex Hydro Energy (Michael Bernitsas, www.memagazine.org, April 2010) FH Düsseldorf verfolgt eigene Idee - z.B. für Rhein http://www.vortexhydroenergy.com/