an der HTW Dresden Einbeziehung der Windenergie in die Lehre
Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
Beitrag zur Entwicklung kleiner Windkraftanlagen an der HTW Dresden
Autoren: Di l I Dipl.-Ing. (FH) M....
Beitrag zur Entwicklung kleiner Windkraftanlagen an der HTW Dresden
Autoren: Di l I Dipl.-Ing. (FH) M. M Eckart E k t Prof. Dr.-Ing. N. Michalke Prof. Dr.-Ing. T. Burkhardt Prof Dr.-Ing. Prof. Dr Ing C C. Spensberger M.Sc. S. Miersch Workshop Kleinwindanlagen der EESA / SAENA
08.05.2009
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Einbeziehung der Windenergie in die Lehre
• steigende Nachfrage der Industrie nach qualifizierten Ingenieuren Æ Vorlesungsreihe „regenerative regenerative Energiequellen“ Energiequellen • Windenergie • Photovoltaik y g ((Wasserkraft)) • Hydroenergie • Solarthermie und Geothermie • Biomasse
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Grundlagen: Leistung des Windes
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m 2 ⋅v 2
E Energie i
E=
L i t Leistung
1 P = E = ⋅ m ⋅ v 2 2
M Massestrom t
m = AW ⋅ ρ L ⋅ x = AW ⋅ ρ L ⋅ v L
Windleistung
Pw =
ρL 2
⋅ AW ⋅ v L
3
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Grundlagen: Leistungsbeiwert nach Betz
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PR = c p ⋅ PW
A1
AR
v1
vR
c p ,max 08.05.2009
m W = const
A2 v2
16 = ≈ 0,59 0 59 27
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Grundlagen: Leistungsbeiwerte versch. Bauformen
c p ≤ 50% [Wilson, 1974]
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Forschungsprojekte an der HTWD
• „Windkraftanlagen Windkraftanlagen in hybriden regenerativen Systemen kleiner Leistung“ Dr.-Ing. Ing. N. Michalke • Prof. Dr. • gefördert durch das sächsische SMWK • Laufzeit: 01.04.2007 – 31.12.2008 • „Erschließung von Leistungsreserven hochpoliger, permanentmagneterregter Synchronmaschinen“ Synchronmaschinen • Prof. Dr.-Ing. T. Burkhardt • gefördert durch das BMBF • Laufzeit: 01.06.2008 – 31.05.2011 • Kooperation K ti mit it Fa. F Heyde H d Wi Windtechnik dt h ik 08.05.2009
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Forschungsschwerpunkte
• Entwurf eines Synchrongenerators für KWEA – permanentmagneterregter Außenläufer – Bemessungsleistung 4 kW – erhöhte Effizienz und Zuverlässigkeit – fluide und thermische Berechnungen zur Kühlung – Simulation von Magnetkreis / Temperaturfeld mit FEM
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Forschungsschwerpunkte
• Untersuchung verschiedener für KWEA geeigneter Generatoren auf dem Laborprüfstand – elektromotorische Prüfung nach DIN VDE 0530 – thermische Untersuchungen – Simulation verschiedener Kühlbedingungen – Prüfung bis 7,5 kW / 204 Nm und 36 kW / 941 Nm
[HTWD, 2008]
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Forschungsschwerpunkte
• Strömungsmodelluntersuchungen zur Kühlung des Generators – Einfluss des Gehäuses – Einfluss der Helikopterstellung • Di Diplomarbeit l b it zur Pitchregelung Pit h l – Fakultät Maschinenbau der HTWD – Leistungsbegrenzung L i t b – Aerodynamische Bremseinrichtung – Problem: hohe Stellgenauigkeit S bei hohen mechanischen Lasten
[HTWD, 2009]
[HTWD, 2009]
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Freifeldversuche
• Errichtung einer eigenen KWEA – 3 bis 4 m Durchmesser – 2,5 2 5 bis 4 kW • Vermessung verschiedener Repeller Generator Kombination Repeller-Generator-Kombination • Statistische Auswertung der Windverhältnisse und Ableitung des Betriebsverhaltens
[HTWD, 2008]
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Freifeldversuche
• Errichtung einer eigenen KWEA – 3 bis 4 m Durchmesser – 2,5 2 5 bis 4 kW • Vermessung verschiedener Repeller Generator Kombination Repeller-Generator-Kombination • Statistische Auswertung der Windverhältnisse und Ableitung des Betriebsverhaltens
Pel / Pn [%]
Pel = f(vWind)
120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 0
2
4
6
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vWind [m/s]
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Freifeldversuche
• Errichtung einer eigenen KWEA – 3 bis 4 m Durchmesser – 2,5 2 5 bis 4 kW • Vermessung verschiedener Repeller-Generator-Kombination Repeller Generator Kombination • Statistische Auswertung der Windverhältnisse und Ableitung des Betriebsverhaltens
Häufigkeit
Windklassenhäufigkeit
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
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vWind [m/s]
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Auszug studentischer Projektarbeiten und Abschlussarbeiten
Parameterbestimmung und Vergleich der WärmeWärme • „Parameterbestimmung quellennetzmodelle kleiner Windkraftanlagen mit Innenund Außenläufergeneratoren“ • „Berechnung des magnetischen Kreises eines kleinen Windkraftgenerators mittels Finite Elemente Methode“ • „Analyse von möglichen Umrichterschaltungen für den speziellen Einsatz in kleinen Windkraftanlagen“ • „Auslegungskriterien für Synchrongeneratoren für Windkraft im kleinen Leistungsbereich“ • „Thermische Untersuchungen an einem Generator für kleine Windkraftanlagen mit dauermagneterregtem Außenläufer“ Außenläufer 08.05.2009
