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Engineering | Windkraftanlagen im Netzbetrieb

Windkraftanlagen im Netzbetrieb

Heier, Siegfried

1994, 172 S. 74 Abb.

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  • Über dieses Lehrbuch

Die Energieversorgung wird langfristig nur unter Einbindung erneuerbarer Res­ sourcen ökologisch verträglich gesichert werden können. Bei der Nutzung regene­ rativer Energien ist neben der bereits etablierten Wasserkraft die Windkraft tech­ nisch am weitesten vorangeschritten und dem wirtschaftlichen Durchbruch am nächsten. Ihr Einsatz wird sich - von wenigen Ausnahmen abgesehen - auf Elek­ trizitätsversorgungen konzentrieren. Eine zunehmend flächendeckende Einbindung von Windenergieanlagen in bereits gegebene oder neu aufzubauende Versorgungs­ strukturen wird in windreichen Gebieten in erhöhtem Maße Integrationsprobleme aufwerfen und verstärkt verhaltensorientierte Anforderungen an Gesamtsysteme stellen. Für die Lösung dieser Aufgaben sind Kenntnisse sowohl über Anlagende­ tails als auch über das Zusammenspiel der Komponenten bzw. deren gegenseitige Beeinflussungen von großer Bedeutung. Von der Windturbine ausgehend wird über das mechanisch-elektrische Energie­ wandlersystem bis zur Energieübergabe die Verhaltensweise der Komponenten im Hinblick auf ihr Zusammenwirken dargestellt. Darüber hinaus werden Möglichkei­ ten zur Nachbildung von Teilsystemen aufgezeigt, die es erlauben, in interessieren­ den Betriebsbereichen wie Teillast, Nennzustand, Kurzschluß o.a. mit Hilfe erheblicher Vereinfachungen und Abschätzungen wirklichkeitsnahe Ergebnisse zu erhalten. Turbinenseitig bilden die Antriebsmomentbestimmung über ein geschlossenes Rechenverfahren und Eingriffe zur Leistungsregulierung mit den dabei auftretenden Momenten einen Schwerpunkt. Bei der mechanisch-elektrischen Energiewandlung beschränken sich die Betrach­ tungen auf wesentliche Betriebsbereiche sowie auf statische und dynamische Drehmomente von Asynchron- und Synchrongeneratoren. Sie werden soweit möglich mit Messungen belegt. Hinweisen zu Auslegungsaspekten für Asynchron­ generatoren liegen umfangreiche Meßreihen von ausgewählten Maschinen zugrun­ de. Nicht einbezogen werden drehzahlvariable Generatorkonzeptionen wie z.B.

Content Level » Graduate

Stichwörter » Energie - Maschine - Regelung - Systeme - Verfahren - Wasserkraft - Windenergie - Windkraft - Windkraftanlage

Verwandte Fachbereiche » Technik

Inhaltsverzeichnis 

1 Einleitung.- 2 System zur Windenergiewandlung.- 2.1 Antriebsmoment am Windrad.- 2.1.1 Ein- und Ausgangsgrößen einer Windturbine.- 2.1.2 Leistungsentzug aus der Luftströmung.- 2.1.3 Leistungs- bzw. Antriebsmomentbestimmung nach der Blattelementmethode.- 2.1.4 Vereinfachung des Rechenverfahrens.- 2.2 Eingriffe an der Windturbine zur Leistungsregelung.- 2.2.1 Änderung der Durchströmfläche der Windturbine.- 2.2.2 Rotorblattverstellung.- 2.2.2.1 Momente am Rotorblatt.- 2.2.2.2 Struktur zur Rotorblattverstellung.- 2.2.2.3 Vereinfachte Struktur zur Rotorblattverstellung.- 2.2.3 Leistungsbegrenzung durch Stallbetrieb.- 2.2.4 Leistungsanpassung durch Drehzahleinstellung.- 2.3 Mechanischer Triebstrang.- 2.4 Windturbinen — Systemdaten.- 3 Mechanisch-elektrische Energiewandlung durch Generatoren.- 3.1 Randbedingungen und Anforderungen zum Generatoreinsatz.- 3.2 Energiewandlersysteme.- 3.3 Betriebsbereiche von Asynchron- und Synchrongeneratoren.- 3.4 Stationäre und dynamische Drehmomente auf der Generatorseite.- 3.4.1 Stationäre Drehmomente.- 3.4.1.1 Asynchronmaschinen.- 3.4.1.2 Synchronmaschinen.- 3.4.1.3 Generatoren mit Stromrichterkopplung.- 3.4.1.4 Generator- und Windturbinenmomente.- 3.4.2 Dynamische Drehmomente.- 3.4.2.1 Einschaltvorgänge.- 3.4.2.2 Generatorkurzschluß.- 3.4.2.3 Netzstörfälle.- 3.5 Nachbildung von Generatoren.- 3.5.1 Synchronmaschinen.- 3.5.2 Asynchronmaschinen.- 3.6 Auslegungsaspekte für Asynchrongeneratoren.- 4 Elektrische Energieübergabe an Versorgungsnetze.- 4.1 Netzschutz.- 4.1.1 Sicherungen und Netztrennung.- 4.1.2 Kurzschlußleistung.- 4.1.3 Isolierter Betrieb und Kurzunterbrechungen.- 4.1.4 Überspannungen bei Netzfehlern.- 4.2 Netzeinwirkungen.- 4.2.1 Allgemeine Verträglichkeit und Störungen.- 4.2.2 Leistungsvariationen.- 4.2.3 Spannungsunsymmetrien und Spannungsschwankungen.- 4.2.4 Oberschwingungen und Zwischenharmonische.- 4.3 Resonanzerscheinungen im Netzsystem bei Normalbetrieb.- 4.4 Netzregelung.- 5 Regelung von Windkraftanlagen.- 5.1 Inselbetrieb als Vorbetrachtung zum Verhalten an leistungsschwachen oder stark ausgelasteten Netzen.- 5.2 Netzbetrieb.- 6 Zusammenfassung.- Literatur.- Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen.

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