Verfügbarkeit: Windkraftanlagen | Technische Universität München

Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit

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Bibliographische Detailangaben
Beteilige Person:	Hau, Erich 1941- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer Vieweg 2014
Ausgabe:	5., neu bearb. Aufl.
Schlagwörter:	Windkraftwerk Windenergie Windturbine Erneuerbare Energien Lehrbuch
Links:	http://deposit.dnb.de/cgi-bin/dokserv?id=4419479&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm http://www.springer.com/springer+vieweg/energie+%26+umwelt/energietechnik/book/978-3-642-28876-0 http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=026825394&sequence=000002&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Beschreibung:	Ab 2000 Engl. Ausg. u.d.T.: Hau, Erich: Wind turbines
Umfang:	XXII, 969 S. Ill., graph. Darst., Kt. 25 cm
ISBN:	3642288766 9783642288760

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adam_text	Titel: Windkraftanlagen Autor: Hau, Erich Jahr: 2014 Inhaltsverzeichnis Häufig verwendete Symbole XXI 1 Windmühlen und Windräder 1 1.1 Über die Ursprünge der Windmühlen..................... 1 1.2 Europäische Windmühlentypen ........................ 4 1.3 Wirtschaftliche Bedeutung der Windmühlen................. 12 1.4 Wissenschaft und technische Entwicklung im Windmühlenbau ...... 14 1.5 Die amerikanische Windturbine....................... . 18 Literatur......................................... 22 2 Strom aus Wind - Die ersten Versuche 23 2.1 Poul La Cour - Ein Pionier in Dänemark................... 23 2.2 Windkraftwerke - Große Pläne in Deutschland............... 29 2.3 1250 kW aus dem Wind - Die erste Großanlage in den USA........ 33 2.4 Windkraftanlagen in den 50er Jahren - Vor der Energiekrise........ 36 2.5 Nach der Energiekrise - Aufbruch in die moderne Windenergienutzung . 44 2.6 Die großen Versuchsanlagen der 80er Jahre.................. 47 2.7 Der erste Erfolg der kleinen Windkraftanlagen in Dänemark........ 57 2.8 Die amerikanischen Windfarmen........................ 59 Literatur......................................... 64 3 Bauformen von Windkraftanlagen 67 3.1 Rotoren mit vertikaler Drehachse........................ 68 3.2 Horizontalachsen-Rotoren............................ 71 3.3 Windenergie-Konzentratoren.......................... 74 3.4 Begriffe und Bezeichnungen........................... 79 Literatur......................................... 80 4 Physikalische Grundlagen der Windenergiewandlung 81 4.1 Die elementare Impulstheorie nach Betz.................... 81 4.2 Widerstands- und auftriebsnutzende Windenergiewandler......... 86 Literatur......................................... 90 INHALTSVERZEICHNIS Aerodynamik des Rotors 91 5.1 Physikalisch-mathematische Modelle und Verfahren............. 92 5.1.1 Blattelementtheorie........................... 93 5.1.2 Wirbelmodell der Rotorströmung................... 98 5.1.3 Numerische Strömungssimulation .................. 100 5.1.4 Rotornachlaufströmung ........................ 102 5.2 Leistungscharakteristik des Rotors....................... 106 5.2.1 Rotorleistungskennfeld und Drehmomentenkennfeld........ 106 5.2.2 Leistungscharakteristiken verschiedener Rotorbauarten...... 108 5.3 Aerodynamische Leistungsregelung ...................... 110 5.3.1 Blatteinstellwinkelregelung....................... 111 5.3.2 Leistungsbegrenzung durch Strömungsablösung (Stall) ...... 116 5.3.3 Aktive Steuerung der Strömungsablösung.............. 121 5.3.4 Instationäre Effekte und Grenzschichtbeeinflussung ........ 122 5.3.5 Aus dem Wind drehen......................... 125 5.4 Das aerodynamische Profil ........................... 126 5.4.1 Charakteristische Eigenschaften.................... 126 5.4.2 Profilgeometrie und Systematik.................... 129 5.4.3 Laminarprofile.............................. 134 5.4.4 Einflußauf den Rotorleistungsbeiwert................. 138 5.5 Konzeptionelle Rotormerkmale und Leistungscharakteristik........ 140 5.5.1 Anzahl der Rotorblätter......................... 140 5.5.2 Optimale Form des Blattumrisses................... 142 5.5.3 Verwindung der Rotorblätter...................... 148 5.5.4 Blattdicke................................. 150 5.5.5 Auslegungsschnellaufzahl........................ 151 5.6 Ausgeführte Rotorblätter............................. 154 5.7 Windrichtungsnachführung des Rotors.................... 157 5.8 Aerodynamik der Vertikalachsen-Rotoren................... 161 5.9 Experimentelle Rotoraerodynamik....................... 166 5.9.1 Modellmessungen im Windkanal................... 166 5.9.2 Messungen an Originalanlagen.................... 169 Literatur......................................... 171 Belastungen und Strukturbeanspruchungen 173 6.1 Belastungsarten und ihre Wirkung auf die Windkraftanlage ........ 174 6.2 Koordinatensysteme und Bezeichnungen................... 176 6.3 Ursachen der Belastungen............................ 177 6.3.1 Eigengewicht, Zentrifugal- und Kreiselkräfte ............ 178 6.3.2 Gleichförmige, stationäre Rotoranströmung............. 179 6.3.3 Höhenprofil der Windgeschwindigkeit................ 183 6.3.4 Schräganströmung des Rotors..................... 184 6.3.5 Turmumströmung............................ 185 6.3.6 Windturbulenz und Böen ....................... 190 6.4 Lastannahmen .................................. 194 INHALTSVERZEICHNIS XI 6.4.1 Internationale und nationale Normen ................ 195 6.4.2 Klassifizierung der Windkraftanlagen und Windzonen....... 198 6.4.3 Normale Windbedingungen...................... 200 6.4.4 Extreme Windbedingungen...................... 200 6.4.5 Andere Umwelteinflüsse........................ 202 6.4.6 Sonstige externe Bedingungen..................... 203 6.4.7 Sicherheitsfaktoren........................... 204 6.5 Maschinenstatus und Lastfälle ......................... 205 6.5.1 Normaler Betrieb............................ 206 6.5.2 Technische Störungen.......................... 208 6.6 Strukturbeanspruchung und Dimensionierung................ 210 6.6.1 Beanspruchungsarten.......................... 210 6.6.2 Lastkollektive .............................. 212 6.7 Strukturdynamik................................. 215 6.7.1 Mathematische Modellierung der Windkraftanlage......... 215 6.7.2 Modellierung der Windturbulenz................... 216 6.7.3 Analytische Ansätze und numerische Simulation.......... 220 6.8 Konzeptmerkmale und Strukturbeanspruchungen.............. 223 6.8.1 Anzahl der Rotorblätter......................... 223 6.8.2 Rotornabengelenke beim Zweiblattrotor............... 225 6.8.3 Steifigkeit der Rotorblätter....................... 228 6.8.4 Regelungssystem ............................ 229 6.8.5 Drehzahlelastizität und drehzahlvariable Betriebsweise....... 232 6.9 Meßtechnische Erfassung der Strukturbeanspruchungen.......... 235 6.9.1 Prüfstandversuche mit Rotorblättern................. 236 6.9.2 Datenerfassungssysteme und Messungen an Originalanlagen ... 237 Literatur......................................... 240 Schwingungsverhalten 243 7.1 Anregenden Kräfte und Schwingungsfreiheitsgrade ............. 244 7.2 Aeroelastisches Verhalten der Rotorblätter................... 246 7.2.1 Statische Divergenz........................... 247 7.2.2 Eigenfrequenzen und Schwingungsformen.............. 248 7.2.3 Typische Rotorblattschwingungen................... 250 7.3 Torsionsschwingungen des Triebstrangs.................... 252 7.3.1 Mechanisches Ersatzmodell...................... 253 7.3.2 Ersatzmodeile für die elektrische Netzkopplung........... 256 7.3.3 Eigenfrequenzen und Eigenschwingungsformen........... 257 7.3.4 Schwingungsanregungen und Resonanzen.............. 260 7.4 Dynamik der Windrichtungsnachführung................... 262 7.4.1 Mechanisches Modell und Momente um die Hochachse...... 263 7.4.2 Schwingungsanregungen und Resonanzen.............. 265 7.5 Schwingungen der Gesamtanlage........................ 267 7.5.1 Turmsteifigkeit.............................. 267 7.5.2 Resonanzdiagramme ausgeführter Anlagen............. 269 XII INHALTSVERZEICHNIS 7.6 Rechnerische Simulation des Schwingungsverhaltens ............ 275 Literatur......................................... 278 8 Rotorblätter 281 8.1 Materialfragen .................................. 282 8.2 Vorbild: Flugzeugtragflügel ........................... 284 8.3 Frühere experimentelle Bauweisen von Rotorblättern............ 287 8.3.1 Genietete Aluminiumkonstruktionen................. 287 8.3.2 Stahlbauweisen ............................. 289 8.3.3 Traditionelle Holzbauweise....................... 293 8.3.4 Ältere Faserverbundbauweisen..................... 294 8.3.5 Holz-Epoxid-Verbundbauweise.................... 299 8.4 Moderne Rotorblätter in Faserverbundtechnik................ 300 8.4.1 Faserverbund-Technologie....................... 300 8.4.2 Konstruktive Auslegung der Rotorblätter............... 302 8.4.3 Fertigungsverfahren........................... 303 8.5 Blattanschlußan die Rotornabe......................... 307 8.6 Rotorblattbauweisen im Vergleich ....................... 311 8.7 Aerodynamische Bremsklappen......................... 315 8.8 Blitzschutz..................................... 316 8.9 Enteisung..................................... 317 Literatur......................................... 318 9 Mechanischer Triebstrang und Maschinenhaus 321 9.1 Grundsätzliche Überlegung zur Leistungsübertragung............ 322 9.2 Triebstrang mit Übersetzungsgetriebe..................... 325 9.2.1 Experimentelle Konzeptionen..................... 325 9.2.2 Heutige Bauweisen mit schnellaufendem Generator......... 327 9.2.3 Mittelschnellaufende Triebstrangauslegung.............. 331 9.3 Getriebelose Bauart ............................... 333 9.3.1 Ringgenerator mit elektrischer Erregung............... 333 9.3.2 Permanentmagnet-Generator..................... 334 9.4 Triebstrangkonzeptionen im Vergleich..................... 335 9.4.1 Triebstrangkonzeption und Baumasse................ 335 9.4.2 Perspektiven bei zunehmender Anlagengröße............ 338 9.5 Rotornabe..................................... 342 9.5.1 Ältere Nabenbauarten.......................... 342 9.5.2 Gegossene Rotornaben für Dreiblattrotoren............. 344 9.5.3 Rotornabenbauarten für Zweiblattrotoren.............. 345 9.6 Blattverstellmechanismus............................ 349 9.6.1 Rotorblattlagerung ........................... 351 9.6.2 Blattverstellsysteme mit hydraulischem Antrieb........... 353 9.6.3 Elektromotorische Blattverstellung.................. 358 9.6.4 Passive Blattverstellung......................... 360 9.6.5 Redundanz- und Sicherheitsfragen.................. 361 INHALTSVERZEICHNIS XIII 9.7 Rotorlagerung................................... 363 9.7.1 Lagerprobleme.............................. 364 9.7.2 Rotorwelle mit separaten Lagern ................... 366 9.7.3 Dreipunkt-Lagerung von Rotorwelle und Getriebe......... 368 9.7.4 Einlager -Konzeption......................... 369 9.7.5 Rotorlagerung auf einer feststehenden Achse ............ 371 9.8 Rotorbremse ................................... 373 9.9 Übersetzungsgetriebe .............................. 376 9.9.1 Getriebebauarten............................ 376 9.9.2 Äußere Belastungsvorgaben für die Getriebeauslegung....... 380 9.9.3 Innere Getriebedimensionierung und konstruktive Auslegung . . 383 9.9.4 Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung.............. 384 9.10 Drehzahlvariable Überlagerungsgetriebe.................... 387 9.11 Torsionselastizität im mechanischen Triebstrang............... 389 9.12 Einbau des elektrischen Generators ...................... 392 9.13 Maschinenhaus.................................. 395 9.13.1 Bauweise und statische Konzeption.................. 395 9.13.2 Hilfsaggregate und sonstige Einbauten................ 397 9.13.3 Äußere Form - ästhetische Gesichtspunkte ............. 401 9.14 Windrichtungsnachführung........................... 404 9.15 Funktionsprüfung und Serienfertigung .................... 408 Literatur......................................... 410 10 Elektrisches System 411 10.1 Generatorbauarten................................ 412 10.1.1 Synchrongenerator........................... 412 10.1.2 Asynchrongenerator .......................... 416 10.1.3 Permanentmagnet-Generatoren.................... 420 10.2 Beurteilungskriterien für den Einsatz elektrischer Generatoren in Windkraftanlagen............................... 422 10.3 Drehzahlfeste Generatoren mit direkter Netzkopplung............ 425 10.3.1 Synchrongenerator mit direkter Netzkopplung ........... 426 10.3.2 Asynchrongenerator mit direkter Netzkopplung........... 427 10.3.3 Asynchrongenerator mit variablem Schlupf............. 429 10.3.4 Drehzahlgestufte Generatorsysteme.................. 430 10.4 Drehzahlvariable Generatorsysteme mit Frequenzumrichter ........ 432 10.4.1 Frequenzumrichter........................... 433 10.4.2 Generator mit Vollumrichter...................... 436 10.4.3 Asynchrongenerator mit übersynchroner Stromrichterkaskade . . 438 10.4.4 Doppeltgespeister Asynchrongenerator................ 439 10.5 Direkt vom Rotor angetriebene drehzahlvariable Generatoren....... 442 10.5.1 Synchrongenerator mit elektrischer Erregung............ 442 10.5.2 Generator mit Permanentmagnet-Erregung............. 446 10.6 Elektrische Gesamtausrüstung der Windkraftanlage............. 450 10.6.1 Große Anlagen ............................. 450 XIV INHALTSVERZEICHNIS 10.6.2 Kleine und mittlere Anlagen...................... 452 10.7 Elektrotechnische Konzeptionen im Vergleich................. 454 Literatur......................................... 456 11 Regelung und Betriebsführung 459 11.1 Betriebsdatenerfassung.............................. 462 11.1.1 Betriebswindmeßsystem........................ 463 11.1.2 Elektrische Leistungsmessung..................... 465 11.1.3 Sonstige Betriebsdaten......................... 466 11.2 Technologie und Charakteristik der Regler.................. 467 11.3 Windrichtungsnachführung........................... 469 11.4 Leistungsregelung mit Blatteinstellwinkelregelung.............. 471 11.4.1 Mathematische Modellierung..................... 471 11.4.2 Drehzahlfeste Generatoren im Netzparallelbetrieb ......... 474 11.4.3 Netzparallelbetrieb mit drehzahlvariablen Generatorsystemen . . . 479 11.4.4 Inselbetrieb ohne Drehzahlführung durch das Netz......... 481 11.5 Leistungsbegrenzung durch den aerodynamischen Stall........... 483 11.5.1 Netzparallelbetrieb mit festem Blatteinstellwinkel.......... 483 11.5.2 Inselbetrieb mit festem Blatteinstellwinkel.............. 484 11.5.3 Stall-Regelung mit verstellbarem Blatteinstellwinkel......... 485 11.6 Betriebszyklus und Sicherheitssystem..................... 488 11.6.1 Betriebszustände ............................ 489 11.6.2 Sicherheitssystem............................ 491 11.7 Bauliche Realisierung des Regelungssystems ................. 492 11.8 Zusammenwirken mit dem Stromnetz..................... 494 Literatur......................................... 497 12 Turm und Fundament 499 12.1 Turmbauarten und Varianten.......................... 500 12.2 Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen .................. 505 12.3 Turmauslegung nach deutschen Bauvorschriften............... 506 12.4 Freitragende Stahlrohrtürme.......................... 507 12.4.1 Steifigkeit und Baumasse........................ 508 12.4.2 Konstruktion und Fertigungstechnik................. 510 12.4.3 Aufstiegshilfen und Einbauten..................... 514 12.5 Gittertürme.................................... 517 12.6 Betontürme.................................... 520 12.6.1 Ortbeton-Bauweise........................... 521 12.6.2 Beton-Fertigteilbauweise........................ 522 12.7 Beton/Stahl-Hybridtürme............................ 524 12.8 Turm-Konzeptionen im Vergleich ....................... 527 12.9 Optimale Turmhöhe............................... 529 12.10 Fundament.................................... 532 12.10.1 Dimensionierende Lasten und Bodenbeschaffenheit........ 532 12.10.2 Fundamentbauarten .......................... 533 INHALTSVERZEICHNIS XV 12.10.3 Einbindung des Turmes im Fundament ............... 534 12.10.4 Typische Ausführungsbeispiele .................... 536 Literatur......................................... 538 13 Windverhältnisse 539 13.1 Ursachen des Windes und Energieinhalt.................... 539 13.2 Globale Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeiten.......... 542 13.3 Windverhältnisse in Europa und in Deutschland............... 549 13.4 Charakteristische Größen und Gesetzmäßigkeiten.............. 553 13.4.1 Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit und Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeiten...................... 553 13.4.2 Zunahme der Windgeschwindigkeit mit der Höhe......... 556 13.4.3 Stetigkeit des Windes.......................... 559 13.4.4 Windturbulenz und Böen ....................... 566 13.5 Lokale Windverhältnisse - Topographie und Hindernisse.......... 568 13.6 Ermittlung der Windgeschwindigkeit ..................... 570 13.6.1 Messungen mit Anemometern und stationärem Windmeßmast . 572 13.6.2 SODAR und LIDAR .......................... 576 13.6.3 Ermittlung der Winddaten und der Energielieferung nach dem Europäischen Windatlas.................. 577 13.6.4 Numerische Modelle zur Simulation von dreidimensionalen Windfeldern............................... 580 13.6.5 Über das Windenergiepotential.................... 582 Literatur......................................... 587 14 Leistung und Energielieferung 589 14.1 Vom Rotorleistungskennfeld zur effektiven Anlagenleistung......... 590 14.1.1 Installierte Generatorleistung und Rotordrehzahl.......... 590 14.1.2 Leistungsverluste durch Regelung und Betriebsführung...... 595 14.1.3 Verluste im mechanisch-elektrischen Triebstrang.......... 596 14.1.4 Leistungsbeiwerte ausgeführter Anlagen............... 599 14.2 Leistungskennlinie................................ 601 14.2.1 Normierte Leistungskennlinie..................... 601 14.2.2 Vermessung der Leistungskennlinie.................. 603 14.3 Aufstellortbezogene Einflüsse auf die Leistungskennlinie.......... 609 14.3.1 Schwieriges Gelände .......................... 609 14.3.2 Luftdichte ................................ 610 14.3.3 Turbulenz ................................ 613 14.3.4 Sonstige wetterbedingte Einflüsse................... 615 14.3.5 Verschmutzung und Abnutzung der Rotorblätter.......... 615 14.3.6 Schallreduzierter Betrieb........................ 616 14.4 Gleichförmigkeit der Leistungsabgabe..................... 618 14.5 Jahresenergielieferung.............................. 620 14.5.1 Berechnungsverfahren......................... 620 14.5.2 Näherungsweise Ermittlung der Energielieferung.......... 622 XVI INHALTSVERZEICHNIS 14.5.3 Sensitivität bezüglich der Winddaten................. 625 14.5.4 Technische Verfügbarkeit und Kapazitätsfaktor........... 626 14.5.5 Energielieferungsprognosen für Projektfinanzierungen....... 630 14.6 Wichtige Entwurfsparameter und Energielieferung.............. 631 14.6.1 Anlagen-Leistungsbeiwert....................... 632 14.6.2 Rotordurchmesser............................ 633 14.6.3 Optimale Rotordrehzahl und Drehzahlvariabilität.......... 635 14.6.4 Leistungsregelung............................ 638 14.6.5 Installierte Generatorleistung ..................... 639 14.6.6 Nabenhöhe des Rotors......................... 641 14.6.7 Betriebswindgeschwindigkeitsbereich................. 642 14.6.8 Die Windkraftanlage als Energiewandler - eine grundsätzliche Betrachtung.................... 643 Literatur......................................... 644 15 Umweltverhalten 647 15.1 Gefahren für die Umgebung........................... 648 15.1.1 Wie weit kann ein Rotorblatt fliegen?................. 648 15.1.2 Risikobetrachtungen.......................... 651 15.2 Schallemissionen................................. 652 15.2.1 Akustische Kenngrößen und zulässige Immissionswerte...... 652 15.2.2 Geräuschquellen bei Windkraftanlagen................ 653 15.2.3 Schalleistungspegel........................... 657 15.2.4 Schallausbreitung............................ 660 15.3 Schattenwurf................................... 664 15.4 Störungen von Funk und Fernsehen...................... 667 15.5 Störungen der Vogelwelt............................. 669 15.6 Landverbrauch.................................. 670 15.7 Optische Beeinträchtigung der Landschaft .................. 673 15.8 Windenergienutzung und Klimaschutz .................... 674 15.8.1 Einflußauf das Umgebungsklima................... 674 15.8.2 Nutzung der Windkraft und C02-Emissionen............ 676 Literatur......................................... 678 16 Anwendungskonzeptionen und Einsatzbereiche 681 16.1 Windkraftanlagen im Inselbetrieb ....................... 682 16.1.1 Autonome Stromversorgung mit Windenergie - die Speicherpro- blematik ................................. 683 16.1.2 Heizen mit Windenergie........................ 689 16.1.3 Wasserpumpen ............................. 692 16.1.4 Entsalzen von Meerwasser....................... 695 16.2 Inselnetze mit Dieselgeneratoren und Windkraftanlagen .......... 698 16.3 Windkraftanlagen im Verbund mit dem Stromnetz.............. 702 16.3.1 Einzelanlagen im Netzparallelbetrieb................. 703 16.3.2 Windfarmen und Windparks ..................... 704 INHALTSVERZEICHNIS XVII 16.4 Windkraftanlagen im Kraftwerksverbund................... 708 16.4.1 Die Regelungsproblematik....................... 709 16.4.2 Das Verbundnetz ............................ 711 16.4.3 Beitrag zur gesicherten Leistung.................... 713 16.5 Windkraftanlagenindustrie und Absatzmärkte................ 714 16.5.1 Historische Entwicklung der Absatzmärkte ............. 715 16.5.2 Die Windkraftanlagenhersteller.................... 717 16.5.3 Zuliefererindustrie und Dienstleistungsunternehmen........ 720 Literatur......................................... 723 17 Windenergienutzung im Küstenvorfeld der Meere 725 17.1 Technische Probleme der Offshore-Aufstellung von Windkraftanlagen . . 726 17.1.1 Technische Anforderungen an die Windkraftanlagen........ 726 17.1.2 Gründung auf dem Meeresgrund................... 729 17.1.3 Elektrische Konzeption......................... 738 17.2 Transport und Montage............................. 743 17.3 Betrieb von Offshore-Windkraftanlagen.................... 746 17.3.1 Wetterbedingte Zugänglichkeit .................... 746 17.3.2 Wartung und Instandsetzung..................... 747 17.4 Offshore-Windenergienutzung im Bereich der Nord- und Ostsee..... 749 17.4.1 Ozeanographische Bedingungen und Windverhältnisse ...... 750 17.4.2 Völkerrechtliche Situation....................... 754 17.4.3 Kriterien für das Genehmigungsverfahren.............. 756 17.4.4 Die ersten Offshore-Windparks.................... 758 17.5 Offshore-Windenergie in Europa........................ 761 17.6 Strom aus der Nordsee für Deutschland.................... 766 17.7 Offshore-Projekte Weltweit ........................... 769 Literatur......................................... 771 18 Planung, Errichtung und Betrieb 773 18.1 Projektentwicklung................................ 774 18.2 Genehmigungsverfahren............................. 776 18.2.1 Gesetze und Regelwerke........................ 776 18.2.2 Planerische Vorgaben der Gemeinden und regionalen Gremien . . 779 18.2.3 Genehmigung von Windkraftprojekten nach BImSchG ...... 780 18.2.4 Baugenehmigung für einzelne Anlagen................ 783 18.3 Technische Auslegung von Windparks..................... 783 18.3.1 Aerodynamik der Feldaufstellung................... 783 18.3.2 Interne elektrische Verkabelung und Stichleitung zum Netz .... 788 18.3.3 Netzanschluß .............................. 793 18.4 Tiefbauarbeiten am Aufstellort......................... 798 18.5 Transportprobleme................................ 803 18.6 Errichtung am Aufstellort............................ 806 18.6.1 Standardverfahren............................ 807 18.6.2 Errichtung ohne schwere Hebezeuge................. 812 XVIII INHALTSVERZEICHNIS 18.6.3 Die Montage des Maschinenhauses am Aufstellort......... 816 18.6.4 Große Experimentalanlagen mit Zweiblattrotor........... 818 18.7 Inbetriebnahme.................................. 823 18.7.1 Kommerzielle Anlagen und Windparks................ 824 18.7.2 Versuchsanlagen und Prototypen................... 825 18.8 Technische Betriebsführung........................... 826 18.8.1 Erfassung der Betriebsdaten...................... 827 18.8.2 Überwachung und Steuerung mit SCADA-Systemen........ 830 18.8.3 Technische Zustandsüberwachung - Condition Monitoring .... 832 18.9 Betriebssicherheit................................. 833 18.9.1 Technische Sicherheitssysteme..................... 834 18.9.2 Gefahren durch extreme Wetterlagen................. 839 18.10 Wartung und Instandsetzung.......................... 843 18.10.1 Reguläre Wartung............................ 845 18.10.2 Schadensursachen und Reparaturrisiken............... 846 18.10.3 Statistische Auswertungen....................... 850 Literatur......................................... 851 19 Kosten von Windkraftanlagen und Anwendungsprojekten 853 19.1 Herstellkosten und Verkaufspreise von Windkraftanlagen.......... 854 19.1.1 Spezifische Kosten und Bezugsgrößen................ 855 19.1.2 Die Baumasse als Grundlage zur Ermittlung der Herstellkosten . . 857 19.1.3 Baumassen ausgeführter Windkraftanlagen............. 862 19.1.4 Ermittlung der Herstellkosten mit massenbezogenen Kostenwerten 865 19.1.5 Herstellkosten der heutigen Windkraftanlagen ........... 868 19.1.6 Konzeptionelle Merkmale und Herstellkosten............ 874 19.1.7 Kostendegression in der Serienfertigung............... 876 19.1.8 Kostensenkung durch technische Weiterentwicklung........ 878 19.1.9 Alternative technische Konzeptionen................. 879 19.1.10 Über die Entwicklungskosten von Windkraftanlagen........ 881 19.1.11 Entwicklung der Verkaufspreise.................... 882 19.2 Investitionskosten von schlüsselfertigen Projekten.............. 885 19.2.1 Projektentwicklung........................... 885 19.2.2 Technische Infrastruktur........................ 886 19.2.3 Sonstige Kosten............................. 889 19.2.4 Typische Kostenbeispiele........................ 891 19.3 Betriebskosten .................................. 894 19.3.1 Wartung und Instandsetzung..................... 895 19.3.2 Versicherungen ............................. 897 19.3.3 Sonstige Betriebskosten......................... 898 19.3.4 Jährliche Betriebskosten........................ 899 19.4 Offshore-Projekte................................. 900 19.4.1 Bestimmende Faktoren für die Investitionskosten.......... 900 19.4.2 Entwicklung der Investitionskosten seit 1990............. 902 19.4.3 Typische Kostenbeispiele........................ 903 INHALTSVERZEICHNIS XIX 19.4.4 Betriebskosten.............................. 906 19.4.5 Ausblick ................................. 907 Literatur......................................... 908 20 Wirtschaftlichkeit der Stromerzeugung aus Windenergie 909 20.1 Unternehmensformen und Finanzierung ................... 910 20.2 Statische Berechnung der Stromerzeugungskosten.............. 913 20.2.1 Einzelne Anlagen und Windparks................... 914 20.2.2 Offshore-Windparks .......................... 919 20.3 Dynamische Berechnung der Wirtschaftlichkeit ............... 921 20.3.1 Kapital- oder Barwertmethode .................... 922 20.3.2 Kapitalflußprognose für einen Windpark............... 924 20.4 Stromerzeugungskosten aus Windenergie im Vergleich zu anderen Energiesystemen .......................... 928 20.5 Energetische Amortisation von Windkraftanlagen.............. 931 20.6 Beschäftigungseffekt der Windkraftnutzung.................. 932 20.7 Bedeutung der energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Nutzung der erneuerbaren Energien.................. 933 Literatur......................................... 935 Glossar - englische Fachausdrücke 937 Deutsch - Englisch................................... 937 Englisch - Deutsch................................... 948 Sachverzeichnis 959
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