Windkonverter: Bauarten, Wirkungsgrade, Auslegung

ISBN-13: 9783528033552 / Niemiecki / Miękka / 1987 / 363 str.

Winfried Schatter

Opis

Die Vorlage dieses Buches erfolgt in der Absicht, allen noch nicht mit der einschlagigen Materie vertrauten Angehorigen technisch-naturwissenschaftlicher Berufe, insbesondere auch den im Lehrbereich Tatigen und den Studierenden solcher Berufe, eine Einfuhrung in das Gebiet der Windenergie-Konverter zu geben. Nach einer Erorterung der fur eine Nutzung der Windenergie relevanten Voraussetzungen (technisch verwertbares Energiereservoir, Haufigkeitsverteilung und Hohenabhangigkeit der Windgeschwindigkeit) werden die grundlegenden physikalischen Konversionsprinzi pien behandelt, worauf sich jeweils eine Abschatzung des maximal moglichen Wirkungs grades anschliesst. Dieser einleitenden Darstellung folgt eine Ubersicht der drei klassischen Konverter-Gru ndtypen: Horizontalachsen-Auftriebskonverter, Vertikalachsen-Auftriebs konverter und Vertikalachsen-Widerstands-Konverter. Die Ausfuhrungen beinhalten die Berechnung von Leistungskennlinien bzw. die Abschatzung maximaler Leistungsbeiwerte ebenso wie die Besprechung von Dimensionierungskriterien und sinnvollen Einsatzbe reichen, wobei theoretische Ergebnisse - soweit verfugbar - anhand experimentellen Materials aufgearbeitet wird. Die theoretischen Betrachtungen zum Horizontalachsen-Auftriebskonverter folgen den Arbeiten von Betz und Hutter. Im Falle des Vertikalachsen-Auftriebskonverters wird gezeigt, dass trotz des im Vergleich zum Horizontalachsen-Auftriebskonverter noch nicht ganz befriedigenden Erkenntnis stands zumindest eine realitatsnahe Abschatzung des maximalen Leistungsbeiwertes mog lich ist. Die fruheren Rechnungen von Just werden in ihrem Ansatz durch numerische Un tersuchungen gerechtfertig und in modifizierter Form nachvollzogen. Durch Anwendung der von Betz fur das idealisierte Windrad erhaltenen Resultate auf die Stromungsverhalt nisse des Vertikalachsen-Auftriebskonverters lasst sich mithilfe eines einfachen Ansatzes das Justsche Ergebnis fur den maximalen Wirkungsgrad bestatigen, welches allerdings nur fur den geradflugeligen Vertikalachsen-Auftriebskonverter (sog. "H-Darrieus") Gultigkeit besit

Spis treści

1. Abschätzung des nutzbaren Leistungsangebots der Atmosphäre.- 1.1 Globales Windpotential.- 1.2 Europäisches Windpotential.- 1.3 Windpotential über der Bundesrepublik.- 2. Windmeßdaten und daraus resultierende Erkenntnisse.- 2.1 Meßmethoden.- 2.2 Meßergebnisse.- 2.2.1 Globale Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit.- 2.2.2 Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit in Europa.- 2.2.3 Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit in der BRD.- 2.3 Funktionale Zusammenhänge der Meßergebnisse.- 2.3.1 Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit.- 2.3.2 Höhenabhängigkeit der mittleren Windgeschwindigkeit.- 2.4 Schätzung des Windleistungspotentials der BRD aus Meßdaten.- 3. Die grundlegenden physikalischen Konversionsprinzipien und ihr Wirkungsgrad.- 3.1 Energieumsetzung nach dem Widerstandsprinzip.- 3.2 Energieumsetzung nach dem Auftriebsprinzip.- 4. Die wichtigsten Windenergie-Konverter (WEK) und ihre Eigenschaften.- 4.1 Typenübersicht der Windenergie-Konverter.- 4.2 Der Horizontalachsen-WEK nach dem Auftriebsprinzip.- 4.2.1 Vereinfachte Darstellung der Eigenschaften eines Horizontalachsen-Auftriebskonverters (HAK) nach Betz.- 4.2.1.1 Eigenschaften eines Tragflügels.- 4.2.1.2 Vorgänge am Flügel eines Windrades.- 4.2.1.3 Dimensionierungsbeispiele.- 4.2.1.4 Leistungs-und Momentenbeiwerte.- 4.2.2 Darstellung der Eigenschaften eines Horizontalachsen-Auftriebs-konverters nach Hütter.- 4.2.2.1 Verhalten eines Radelements.- 4.2.2.2 Charakteristik des Rades.- 4.2.2.3 Das ganze Rad.- 4.2.3 Zusammenfassende Betrachtung des Horizontalachsen-Auftriebs-konverters.- 4.3 Der Vertikalachsen-WEK nach dem Auftriebsprinzip.- 4.3.1 Varianten des Vertikalachsen-Auftriebskonverters (VAK).- 4.3.2 Abschätzung des Wirkungsgrades für den geradflügeligen Vertikal-achsen-Auftriebskonverter.- 4.3.3 Bisherige Ergebnisse und Erkenntnisse.- 4.4 Der Vertikalachsen-WEK nach dem Widerstandsprinzip.- 4.4.1 Konverter mit diskreten Widerstandselementen (Anemometer-Typen).- 4.4.4.1 Das idealisierte Anemometer.- 4.4.4.2 Das reale Anemometer.- 4.4.2 Konverter mit kontinuierlich verteilten Widerstandselementen (Kompaktrotoren).- 4.4.2.1 Berechnung von Vertikalachsen-Widerstandskonvertern auf der Basis eines gleichförmigen Anströmprofils.- 4.4.2.2 Vergleich experimenteller Daten mit den rechnerischen Ergebnissen für gleichfärmiges Anströmprofil.- 4.4.2.3 Überprüfung der Leistungsbilanz für Schnellaufzahlen 1 (Schnellaufkorrektur).- 4.4.2.4 Leistungskennlinien von Vertikalachsen-Widerstands-konvertern für lineares Anströmprofil.- 4.4.2.5 Leistungskennlinien von Vertikalachsen-Widerstands-konvertern für parabolisches Anströmprofil.- 4.4.2.6 Einfluß von Lagerreibungsverlusten auf die Hauptbetriebs-kenngrößen des VWKs.- 4.4.2.7 Betrachtungen zur praktischen Dimensionierungeines VWKs.- 4.4.2.8 Zusammenfassende Wertung des Vertikalachsen-Widerstands-konverters.- 4.5 Spezielle Konvertertypen.- 4.5.1 Der Tandem-Konverter.- 4.5.2 Die Mantelturbine.- 4.5.3 Die induzierte Mantelturbine.- 4.5.4 Der Auftriebskonverter mit wirbelstrominduziertem Sog.- 4.5.5 Der Heißluft-Auftriebskonverter.- 4.5.6 Der A.G.-Rotor.- 4.5.7 Der ummantelte Savonius-Rotor.- 4.5.8 Der Savonius-Rotor mit Hindernis-Konzentrator.- 4.5.9 Der Hansen-Rotor.- 5. Abschlußbetrachtungen.- Literaturhinweise.- Symbolverzeichnis.- Sachwortverzeichnis.