Ingenieurwissenschaften Energietechnik – Windenergie
Karteikarten zum Thema „Ingenieurwissenschaften“ · 15 Karten · von atrio. Beispiele: Was besagt die Betz-Grenze für Windrotoren? · Wie wird der Tip Speed Rat…
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15 KartenWas besagt die Betz-Grenze für Windrotoren?
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Der maximale theoretische Leistungskoeffizient Cp beträgt 16/27 ≈ 59,3 % – ein Rotor kann kinetische Windenergie nie vollständig in mechanische Leistung umwandeln.
Wie wird der Tip Speed Ratio (TSR) definiert?
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TSR λ = v_Umfang / v_Wind = (ω × R) / v_Wind. Er beschreibt das Verhältnis von Blattspitzengeschwindigkeit zu anströmender Windgeschwindigkeit.
Welche drei charakteristischen Windgeschwindigkeiten kennzeichnen eine WEA?
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Cut-in (ca. 3–4 m/s, Start), Nennwindgeschwindigkeit (ca. 12–15 m/s, Volllast), Cut-out (ca. 25 m/s, Abschaltung zum Schutz).
Worin unterscheiden sich Pitch- und Stall-Regelung bei WEA?
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Pitch: Blätter drehen sich bei Starkwind aus dem Wind (aktive Leistungskontrolle). Stall: Profil strömt bei hohem Anstellwinkel ab (passiv, nur bei fixen Drehzahlen).
Wie lautet die Formel für die mechanische Rotorleistung?
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P_mech = ½ × ρ × A × v³ × Cp(λ,β) mit Luftdichte ρ, Rotorfläche A, Windgeschwindigkeit v und Leistungskoeffizient Cp.
Was beschreibt das Hellmann-Exponenten-Gesetz?
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v(h) = v_Ref × (h / h_Ref)^α. Es berechnet die Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe h aus einer Referenzmessung; α ≈ 0,14 (offenes Gelände) bis 0,4 (Stadt).
Welche Hauptkomponenten hat eine moderne Horizontalachsen-WEA?
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Rotor (Blätter, Nabe), Getriebe (oder Direktantrieb), Generator, Turm, Gondel mit Steuerung, yaw-System zur Nachführung, Bremse.
Was ist der Wake-Effekt in Windparks?
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Nachlaufwirbel hinter einer WEA reduzieren die Windgeschwindigkeit und erhöhen Turbulenz für nachgeordnete Anlagen – verringert Ertrag um 5–20 % und erhöht mechanische Lasten.
Welche Vorteile bietet ein Direktantrieb gegenüber Getriebe-WEA?
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Höhere Zuverlässigkeit (kein Getriebeverschleiß), geringere Wartung, besserer Teilastwirkungsgrad, aber schwerere Generatoren und höhere Kosten.
Wie berechnet man die Volllaststunden einer WEA?
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Volllaststunden = Jahresenergieertrag [kWh] / Nennleistung [kW]. Typisch: 2.000–2.500 h (Onshore), 3.500–4.500 h (Offshore).
Was versteht man unter 'Grid Code'-Anforderungen für WEA?
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Netzanschlussregeln: Fault Ride-Through (Spannungseinbrüche durchfahren), Blindleistungsbereitstellung, Frequenzstützung, Eigenschutz abschalten.
Worin unterscheiden sich Onshore- und Offshore-Windenergie technisch?
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Offshore: höhere/konstantere Windgeschwindigkeiten, größere Rotoren (15+ MW), korrosionsgeschützte Fundamente (Monopile, Jacket), höhere Investitions- und Wartungskosten.
Was ist der Leistungsbeiwert Cp in Abhängigkeit von λ und β?
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Cp(λ,β) ist eine charakteristische Kennfläche jeder Rotorbauart; Maximum bei optimalem λ (ca. 7–9 für Dreiflügel) und β = 0°; fällt bei Abweichung stark ab.
Wie wirkt sich die Luftdichte auf den Energieertrag aus?
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Leistung ist proportional zu ρ. Bei 15 °C und 1013 hPa beträgt ρ ≈ 1,225 kg/m³; in 1.000 m Höhe sinkt ρ um ~10 %, Ertrag sinkt entsprechend.
Welche Lebensdauer wird für moderne WEA angesetzt und was passiert danach?
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Konstruktive Lebensdauer 20–25 Jahre. Danach: Repowering (Austausch gegen größere Anlagen), Weiterbetrieb bei Gutachten, oder Rückbau inkl. Recycling (Blätter: Problemwerkstoff GFK/CFK).