Date post: | 05-Apr-2015 |
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Kleinwindanlagen - Untersuchung ihrer Eignung auf einem Gebäude der Fachhochschule DüsseldorfBachelorthesis S.Kröll 1
Kleinwindanlagen
Untersuchung ihrer Eignung auf einem
Gebäude der Fachhochschule Düsseldorf
SebastianKröll
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Aufgaben der Bachelor Thesis
Übersicht über verschiedene Windenergieanlagen
Grundlagen der Windenergienutzung Auswertung der Messwerte am
Standort der FH Düsseldorf CFD Simulation der Strömungen auf
dem Gelände der FH Düsseldorf
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Übersicht über verschiedene Windkraftanlagen
Horizontalläufer Vertikalläufer Mantelturbine Kitepower
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Übersicht zu verschiedenen Windenergieanlagen
Horizontalläufer
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Übersicht zu verschiedenen Windenergieanlagen
Vertikalläufer
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Übersicht zu verschiedenen Windenergieanlagen
Mantelturbine
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Übersicht zu verschiedenen Windenergieanlagen
Kitepower
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Windenergienutzung
Aufbau der AtmosphäreBodengrenzschicht (Prandtlschicht, Erkmanschicht) und Höhenströmung
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Windenergienutzung
Aufbau der AtmosphärePrandtlschicht, Erkmanschicht und Höhenströmung
11
z
MesshöheMesshöhe
hc c
h
Windprofil
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10 12
Geschwindigkeit [m/s]
Hö
he
[m]
Geschwindigkeit von 2,3 m/s
Geschwindigkeit von 8,4 m/s
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Windenergienutzung
Im Wind enthaltene Leistung
Schubkräfte
3
2P A c
2SF A c Wofür wichtig? Mastauslegung
=Betz Formel mit 16/27
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Auswertung der Messwerte
Windgeschwindigkeitsverlauf über einen Tag und höchste Geschwindigkeiten
Häufigkeitsverteilung Windrichtung Jahresgang
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Windgeschwindigkeitsverlauf an einem Tag
Geschwindigkeitsunterschiede am Tag und Nacht
Windgeschwindigkeitsverlauf am 23.02.2011 auf 22,25 m
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
00:00 02:24 04:48 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 00:00
Uhrzeit
Win
dg
es
chw
ind
igk
eit
[m/s
]
Windgeschwindigkeitsverhältnis am 12.11.2010 auf 22,25 m
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00
Uhrzeit
Win
dg
esch
win
dig
keit
[m
/s]
In der Regel: Nacht kleinere Windgeschw. (vielleicht wg. Thermik)
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Häufigkeitsverteilung
Häufigkeitsverteilung gibt die Anzahl der einzelnen Geschwindigkeiten wieder
(5 Minutenmittelwerte, ca.50000 Werte, für das Jahr 2010/11)
mittlere Jahresgeschwindigkeit von 2,3 m/s
Jahr
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Windgeschwindigkeitsklasse
rela
tive
Häu
fig
keit
[%
]
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Windrichtung
Windrichtung wird in 8 Klassen unterteilt
jede Klasse entspricht einem Bereich von 45°
die Hauptwindrichtung beträgt Südwest
Windrichtungsverteilung
0.0
5.0
10.0
15.0
20.01
2
3
4
5
6
7
8
Nord
West
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Jahresgang
Jahresgang gibt den Geschwindigkeitsverlauf über ein Jahr an (Monatsmittelung)Jahresgang der mittleren Windgeschwindigkeit
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
Sep Okt Nov Dec Jan Feb März April Mai Juni Juli Aug
Monat
Win
dg
esch
win
dig
keit
[m
/s]
Jahresgang Mittlere Jahreswindgeschwindigkeit
Ausreißer – Fehler Messtechnik
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CFD Simulation
Geometrie Netzgenerierung Setup Erstellung der Randbedingungen Ergebnis Problematik
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CFD Simulation Geometrie
Erstellung des Geländes über CAD Programm
Grundkörper Oktagon wegen der 8 Windrichtungen
Änderung an der Geometrie
Abbildung Fehler! Kein Text mit angegebener Formatvorlage im Dokument..1: Simulationsgelände Ansys
Hilton
Messstation
FH Neubau
Arbeitsamt
Wie wurden Gebäude vermessen?Stativ Lasergerät
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CFD Simulation Netzgenerierung
Automatische Netzgenerierung(unstrukturierte Tetraeder)
Einfügen von Prismenschichten (Netzverfeinerung am Boden und Gebäudewänden)
Kleinstes Y+ bedeutet wandnächste Schicht bei …
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CFD Simulation Setup
Festlegung der Ein- und Austritte Definition der Randbedingungen
EintrittswindgeschwindigkeitTurbulenzmodellReibung an Wänden keine Reibung am Himmel (welche
Höhe?)
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CFD Simulation Erstellung der Randbedingungen
Ausbildung der Bodengrenzschicht im Anlauf
Ermittlung der Eintrittswind-geschwindigkeit
(mittlere Eintrittsgeschw. ?)
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CFD Simulation Ergebnis
Darstellung des Strömungsverlaufes im Simulationsgebiet und der Windverhältnisse an einzelnen Punkten
Wo liegt der Messort?
Sekundärströmungsgebiete/Nachläufe der umströmten Gebäude
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CFD Simulation Problematik
Ergebnisse sind mit Vorsicht zu betrachten
Gelände und Gebäude stark vereinfacht Simulationen sind stationär – Realität ist
instationär Umgebung außerhalb des
Simulationsgebietes wird nicht berücksichtigt
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Fazit
Vorgehen hinsichtlich CFD wird als sinnvoll bewertet
empirisches Datenmaterial, das als Grundlage diente, erlaubt keine Bewertung hinsichtlich „Wirtschaftlichkeit“
bester Platz ist auf dem L-Takt – warum? c in m/s ZAHL in welcher Höhe ZAHL
vorliegende Studie lässt sich zu Anschauungszwecken nutzen (CFD und mögliche Versuchsanlage)