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Windkraft

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on 19 February 2016

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Transcript of Windkraft

Gliederung
1. Physikalische Grundlagen
2. Arten, Prinzip des Auftriebs, Aufbau einer Anlage, Funktionsweise
3. Netzauslastung
4. Vorstellung des Versuchs
5. Ökonomische Perspektiven
6. Ökologische Perspektiven
7. Vergleich Windkraft - Photovoltaik
8. Fazit/Bezug zur Leitfrage
Image by goodtextures: http://fav.me/d2he3r8
Die effizienteste regenerative Energiequelle?
Windkraft
Anlagearten
Widerstandsläufer
Fw
Nutzung des Luftwiderstands -> Bewegung einer Fläche
Wind übt auf senkrechten Rotor eine Kraft [Fw] aus
Wirkungsgrad = 0,16 = 16%
Bekanntes Modell: Persisches Windrad (700n. Chr.)
Kraftausgleich durch gegenüberstehender Flügel -> Mauer
Auftriebsläufer
Nutzung der Auftriebskraft am Flügel
Auftriebskraft liegt senkrecht zur Anströmgeschwindigkeit
Anströmgeschwindigkeit [c] höher als Windgeschwindigkeit [Vw]
Leistungsbeiwert: max. 0,593
Auftrieb: Oberseite größere Geschwindigkeiten als an der Unterseite -> Unterdruck bzw. Überdruck
Aufbau
Funktionsweise der Energieumwandlung
Rotorblätter - Antriebswelle - Getriebe - Generator - Strom - Transformator - Energienetz
Windgeschwindigkeit erreicht bestimmte Mindestgröße -> 5-10 m/s
Wind drückt auf Rotorblätter -> Bewegung
mehrstufiges Getriebe
automatische Abschaltung bei <25 m/s
Netzauslastung
Problem: Netzschwankungen bei Stromeinspeisung -> Über- o. Unterlast im Stromnetz
Netzbetreiber muss Frequenz (50Hz) stabil halten -> hohe Flexibilität
Zuschaltung konventioneller Energieerzeuger
Versuch
Versuchsaufbau
Durchführung
Rechnung
Windkraft in Deutschland
Windverteilung
Windkraftanlagen
Ökologische Perspektiven
Contra
Beinträchtigung des Landschaftsbildes & Tierwelt
Versiegelung von Naturflächen
Lärmbelästigung
Brände durch Überlastung o. Blitzschlag
Pro
Pro
wesentlicher Bestandteil einer Nachhaltigen Energiewirtschaft
keine Gefahren wie bei Atomkraft
Einsparung von 40 Mio. Tonnen Treibhausgasen (2011)
kein Verbrauch vorhandener Ressourcen
Pro
Keine Abfälle oder Reststoffe
Wind ist erneuerbar!
Fazit
JA!
Es ist die effizienteste regenerative Energiequelle.
Denn es ist: sicher, klimaverträglich, bezahlbar.
Vergleich
Photovoltaik
Windkraft
-Wirkungsgrad-
Jedoch:
Energienetz ausbauen
Speichertechnologien fördern
flächendeckende Nutzung bedenken

... für eine sichere Zukunft
Physikalische Grundlagen
Entnommene Leistung
(Differenz der Windgeschwindigkeiten)


Leistungsbeiwert
[Cp]= max. 0,593
Bildquellen
Strommix in Deutschland [7]
[externes Video]
Ergebnis
Pn= 0,51

Po= 2,42
Cp = 0,21 = 21%
Skizze eines persischen Windrades [1]
Modell Persische Windmühle [2]
Wirkende Kräfte am Windanlagenflügel [3]
Prinzip des Auftriebs [4]
Aufbau einer Windkraftanlage [5]
Energieumwandlungskette [6]
Vollständiger Aufbau [8]
Messung Windgeschwindigkeit [8]
Windverteilung in Deutschland [9]
Verteilung Windkraftanlagen in Deutschland [10]
Vergleich Wirkungsgrad vesch. Energien [11]
[1] https://www.wind-energie.de/sites/default/files/download/publication/unterrichtseinheit-physik/physikbroschuere.pdf
[2] http://www.windgigant.eu/wg/images/stories/persische_windmhle.jpg
[3] http://www.windgigant.eu/wg/images/stories/persische_windmhle.jpg
[4] http://www.flugplatz-melle.de/SFC-Melle_Bilder/Auftrieb.jpg
[5] http://www.energienpoint.de/fileadmin/templates-energienpoint/Aufbau_eines_Windrades.png
[6] http://www.hellfirez.de/web/referate/inhalte/Physik_Energie-Dateien/image010.jpg
[7]http://www.unendlichvielenergie.de/media/image/5228.AEE_Strommix_Deutschland_2014_ Dez14_Web_72dpi.jpg
[8] Smartphonekamera von Anton
[9] https://www.imk-tro.kit.edu/img/content/BRD_Boen_5_cut.jpg
[10] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Windkraftanlagen_in_Deutschland.png
[11] http://www.axel-eisenhuth.de/mig-fonds/wp-content/uploads/Wirkungsgrad.png
[12] http://intern.ipv.uni-stuttgart.de/content/web8/file/windenergie.pdf
[13] http://www.windwaerts.de/fileadmin/user_upload/grafiken/windenergie-bundeslaender-vergleich-2013.png
Quellen
https://www.wind-energie.de/publikationenbroschueren-flyer

https://www.wind-energie.de/publikationen/laenderflyer

https://www.uni-muenster.de/fachbereich_physik/technik_didaktik/windkonverter.pdf

Fachliteratur: „Investitionsanreize für Erneuerbare
Energien“, herausgegeben von R.Schirmeister

Fachliteratur: „Steuerungspotentiale im Kontext nat
urschutzrelevanter Auswirkungen erneuerbarer
Energien“, publiziert von A. Mengel und A. Reiß

Interview: Lion Osterloh, ehemaliger Praktikant beim BWE
Leistungsbeiwerte zur Schnellaufzahl [3]
Querschnitt Windturbine [12]
Bundesländervergleich
Anzahl erwirtschafteter kWh in 2014/Bundesland [13]
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