Robert Gasch

Offshore wind farms

In the future, wind energy will be playing a dominant role in raising the share of renewables in electricity generation. This will significantly reduce the emission of carbon dioxide and the use of fossil fuels. Land use limitations in areas with high population density are hindering the installation of new large wind farms. Offshore, however, there is an enormous wind resource that has the advantages of both abundant space and dense winds. In 1995, a study found that the exploitable offshore wind resource theoretically exceeds the total consumption of electricity in Europe (Fig. 16-1).

Mindestantriebsmoment zur Resonanzdurchfahrt von unwuchtigen elastischen Rotoren

ZusammenfassungIn der vorliegenden Arbeit wir das für die Resonanzdurchfahrt notwendige Mindestantriebsmoment der mit einer Scheibe besetzten biegeelastischen Welle (Laval-Läufer) untersucht Der Einfluß der inneren und äußeren Dämpfung, der Unrundheit der Welle und des Gewichtes wird dabei berücksichtigt. Zwei Methoden werden zur Untersuchung des Problems angewendet: das Verfahren von Kononenko und die Strörungsrechnung. Die Resultate der beiden Berechnungswege werden verglichen.

Blade geometry according to Betz and Schmitz

With the help of the Betz or the Schmitz (Glauert) theory [1, 2, 7], designing a wind turbine is relatively straightforward. These theories provide the blade chord and the blade twist relative to the radius, after the design tip speed ratio, the aerodynamic profile and the angle of attack or the lift coefficient have been specified.

Scaling wind turbines and rules of similarity

Wind turbines are used in a variety of applications with very different performance requirements. In terms of power supply, a small holiday cottage requires electrical energy of approx.1.5 to 2 kW, a medium-sized restaurant approx. 75 kW with a base load of approx. 15 to 25 kW, and a large farm approx. 50 to 100 kW. In the first case, given a rated wind speed of v = 9 m/s, a turbine with a rotor diameter of 3.5 m would be sufficient. For the base load of the restaurant, a rotor diameter of 7 to 8 m would be required, whereas for the 50 to 100 kW, a turbine rotor with a diameter of 15 to 20 m is needed. Large turbines with a diameter of 80 to 100 m, can supply power of up to 3 MW.

Wind turbines - design and components

Wind turbines are energy converters. Independent of their application, type or detailed design all wind turbines have in common that they convert the kinetic energy of the flowing air mass into mechanical energy of rotation. As already discussed in chapter 2, two aerodynamic principles are suitable for this purpose, the lift and the drag, see Fig. 3-1. Drag driven rotors reach only, as mentioned, moderate power coefficients and are of no major importance to the technical applications, apart from the anemometers.

Das Einschwingverhalten einfacher Rotorsysteme bei plötzlicher Unwucht (Schaufelbruch)

ZusammenfassungTritt bei einem Lavalrotor (Scheibe auf runder elastischer Welle) eine plötzliche Unwucht auf, so schwingt der Rotor mehr oder minder heftig, ehe sich die stationären Verhältnisse einstellen. Bei unterkritischem Lauf betragen die Überschwingbeiwerte (maximale Ausschläge bezogen auf stationäre Ausschläge) Rmax/Rs=2, wenn das System ungedämpft ist. Bei überkritischem Lauf nehmen sie linear mit der Drehzahl zu (Rmax/Rs=1+Ω/ω). Wie sich Dämpfung, Lageranisotropie, Wellenanisotropie und die Winkellage der Unwucht im Moment ihres plötzlichen Auftretens auf das Einschwingverhalten auswirken, wird in diesem Aufsatz erläutert.

Reduktion der Zahl der Freiheitsgrade

Zur genauen Erfassung des Schwingungsverhaltens von Strukturen mussen oft sehr viele Freiheitsgrade eingefuhrt werden, obwohl nur die ersten Eigenfrequenzen und Eigenformen interessieren. Beispielsweise wurde in Abb.(16.1) die Welle eines dreistufigen Radialverdichters als ebenes, biegeelastisches System von 28 Freiheitsgraden (14 FEM-Abschnitte) modelliert. Tatsachlich interessierten aber nur zwei oder drei Eigenformen und Eigenfrequenzen des Systems. Naheliegend ist es, grober zu modellieren, aber die vielen Durchmessersprunge in der Welle schreiben die feine Elementierung praktisch vor. Sie ist zur genauen Steifigkeitserfassung notwendig. Deshalb modelliert man zwar sorgfaltig, uberlegt aber vor dem Einstieg in die Berechnung, wie man Freiheitsgrade wieder abschutteln kann.

Concepts of electricity generation by wind turbines

Wind turbines for power generation may be characterized according to their type of application - Grid-connected wind turbines - Wind turbines for stand-alone operation and - Wind turbines for hybrid systems, e.g. wind-diesel or wind-photovoltaic systems. Grid-connected wind turbines, section 13.1, have the advantage that their produced power can be fed into the grid at all times. The storage problem for excess electrical energy, e.g. at night, is transferred to the grid and is solved there often by using hydro power plants with pump storage facilities. These have in Germany an installed capacity of approx.

Das System von einem Freiheitsgrad

Viele technische Systeme sind Schwinger von einem Freiheitsgrad. Auch recht komplizierte Strukturen lassen sich oft auf Systeme von einem Freiheitsgrad zuruckfuhren, wenn Symmetrien ausgenutzt werden. Daruber hinaus besteht die Bedeutung des Ein-Freiheitsgradsystems darin, dass an ihm alle wesentlichen Phanomene des Eigenverhaltens linearer Systeme erlautert werden konnen (Abschn. 1.3). Noch wichtiger wird das Ein-Freiheitsgradsystem schlieslich dadurch, dass sich Schwinger von n Freiheitsgraden immer auf n Schwinger von einem Freiheitsgrad zuruckfuhren lassen. Ein Schwingungssystem mag noch so kompliziert sein, es mag stark gedampft, schwach gedampft oder angefacht sein, die modale oder bimodale Zerlegung (Kap. 4 und 5), erlaubt den Ubergang zum System von einem Freiheitsgrad.

Planning, operation and economics of wind farm projects

This chapter is structured according to the chronology of the individual working phases of a wind farm project: preliminary and project planning, erection and operation. Each phase may be differentiated according to the following aspects: Technical aspects - Aspects of the permission regulation and - Economic aspects.