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CEwind eG (Hrsg.)
Einführung in die Windenergietechnik
Vorwort
6
Inhalt
9
1 Die Geschichte der Windenergie (Jos Beurskens)
20
1.1 Einleitung
20
1.2 Die ersten Windmühlen: 600–1890
21
1.3 Stromerzeugung durch Windmühlen: Windkraftanlagen 1890–1930
30
1.4 Der erste Innovationszeitraum: 1930–1960
37
1.5 Der zweite Innovationszeitraum und die volle Kommerzialisierung: 1960 bis heute
46
Literatur
63
2 Die internationale Entwicklung der Windenergie (Klaus Rave)
65
2.1 Der Beginn der modernen Energiedebatte
65
2.2 Zur Erneuerung der Energiemärkte
68
2.3 Zur Bedeutung der Stromnetze
70
2.4 Die erneuerte Wertschöpfungskette
74
2.5 Internationale Perspektiven
76
2.6 Der Ausbau in ausgewählten Ländern
79
2.7 Zur Rolle der EU
81
2.8 Internationale Institutionen und Organisationen
84
2.9 Global Wind Energy Outlook 2010 – Der globale Blick in die Zukunft
87
2.10 Aktualisierung auf der Basis von 2011
88
2.10.1 Die Marktentwicklung in ausgewählten Ländern
88
Literatur
92
3 Windressourcen, Standortbewertung, Ökologie (Hermann van Radecke)
95
3.1 Einleitung
95
3.2 Windressourcen
95
3.2.1 Globales Windsystem und Bodenrauigkeit
95
3.2.2 Höhenprofil und Rauigkeitslänge
96
3.2.3 Rauigkeitsklassen
99
3.2.4 Höhenlinien und Hindernisse
101
3.2.5 Windressource mit WAsP, WindPRO, Windfarmer
104
3.2.6 Bestimmung Windpotenzial mit Mesoskala-Modellen und Reanalysedaten
106
3.2.6.1 Reanalysedaten
106
3.2.6.2 Windmapping
107
3.2.6.3 Windatlas
108
3.2.7 Wind im Windpark
113
3.2.8 Häufigkeitsverteilung Wind
116
3.2.9 Standortbewertung und Jahresenergieertrag
118
3.2.10 Referenzertrag und Dauer der erhöhten Vergütung
121
3.3 Schall
123
3.3.1 Einheit dB(A)
123
3.3.2 Schallquelle
125
3.3.3 Ausbreitung durch die Luft
126
3.3.4 Immissionsort und Richtwerte
127
3.3.5 Frequenzanalyse, Tonzuschlag, Impulszuschlag
128
3.3.6 Schallreduktionsmaßnahmen
128
3.3.7 Abstandsregeln
129
3.4 Schatten
129
3.5 Turbulenz
131
3.5.1 Natürliche Umgebungsturbulenz
131
3.6 Zwei Anwenderprogramme zur vollständigen Planung von Windparks
133
3.7 Technische Richtlinien, FGW-Richtlinien und IEC
134
3.8 Umwelteinflüsse, Bundes-Immissionsschutzgesetz und Genehmigungsverfahren
135
3.8.1 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG)
136
3.8.2 Genehmigungsverfahren
137
3.8.3 Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP)
138
3.8.3.1 Screening
138
3.8.3.2 Standortbezogene Vorprüfung
138
3.8.3.3 Allgemeine Vorprüfung
140
3.8.3.4 UVP-Untersuchungsrahmen
140
3.8.4 Einzelaspekte im Verfahren
141
3.8.4.1 Antrag auf immissionsschutzrechtliche Genehmigung
141
3.8.4.2 Erteilung der Genehmigung
141
3.8.4.3 Schwierigkeiten des Genehmigungsverfahrens
142
3.8.4.4 Geräusche sind Immissionen im Sinne des § 3 (2) BImSchG
142
3.8.4.5 Optische Immissionen: Lichtblitze, periodischer Schattenwurf
143
3.8.4.6 Turbulenzen im Nachlauf von Windenergieanlagen
143
3.8.4.7 Kennzeichnung von WEA als Luftfahrthindernisse
143
3.8.5 Akzeptanz
144
3.8.6 Überwachung und Klärung anlagenspezifischer Daten
144
3.9 Übungsaufgaben
144
3.10 Lösungen zu den Übungsaufgaben
147
Literatur
147
4 Aerodynamik und Blattentwurf (Alois Schaffarczyk)
150
4.1 Zusammenfassung
150
4.2 Einleitung
150
4.3 Horizontalanlagen
151
4.3.1 Allgemeines
151
4.3.2 Aerodynamische Grundbegriffe
151
4.4 Integrale Impulsverfahren
154
4.4.1 Impulstheorie der Windturbine: der Betz'sche Grenzwert
154
4.4.2 Änderung der Luftdichte durch Temperatur und Höhe
155
4.5 Impulstheorie der Blattschnitte
160
4.5.1 Die Formulierung
160
4.5.2 Beispiel einer Implementierung: WT-Perf
161
4.6 Vertikalanlagen
165
4.6.1 Allgemeines
165
4.6.2 Aerodynamik der H-Rotoren
167
4.6.3 Aeroelastik der Vertikalrotoren
171
4.6.4 Ein 50-kW-Rotor als Beispiel
172
4.6.5 Entwurfsregeln für Kleinwindanlagen nach dem H-Darrieus-Typ
172
4.6.6 Zusammenfassung: Vertikalrotoren
173
4.7 Windangetriebene Fahrzeuge mit Rotor
173
4.7.1 Einleitung
173
4.7.2 Zur Theorie der windgetriebenen Fahrzeuge
174
4.7.3 Ein Zahlenbeispiel
174
4.7.4 Das Kieler Auslegungsverfahren
175
4.7.5 Auswertung
175
4.7.6 Realisierte Fahrzeuge
177
4.7.7 Zusammenfassung: Windautos
178
4.8 Übungsaufgaben
179
Literatur
180
5 Rotorblätter (Lothar Dannenberg)
186
6 Der Triebstrang (Sönke Siegfriedsen)
225
7 Turm und Gründung (Torsten Faber)
278
8 Leistungselektronik-Generatorsysteme für Windenergieanlagen (Friedrich Fuchs)
299
9 Steuerung und Regelung von Windenergiesystemen (Reiner Johannes Schütt)
364
10 Netzintegration (Sven Wanser, Frank Ehlers)
395
11 Offshore-Windenergie (Lothar Dannenberg)
435
Index
484
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