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Einstieg in die Energieversorgung der Zukunft anhand der Windenergie

Hausarbeit 2003 29 Seiten

Umweltwissenschaften

Leseprobe

Inhalt

ABBILDUNGEN

TABELLEN

ABKÜRZUNGEN

1. Einleitung
1.1 Die Energie der Zukunft
1.2. Das Erneuerbare - Energien - Gesetz
1.3. Das Kyoto – Protokoll

2. Die horizontale Windenergieanlage
2.1. Ringgenerator
2.2.Rotor
2.3. Bremssystem
2.4. Sensorsystem
2.5. Anlagensteuerung
2.5 Türme
2.6. Netzanbindungssystem

3. Belastungen und Strukturbeanspruchungen
3.1. Windbeanspruchung
3.2. Turmumströmung
3.3. An- und Abfahrvorgänge
3.4. Rotorstillstand
3.5. Blitzschutz

4. Windenergie und Umweltschutz
4.1. Standort
4.2. Geräuschemissionen
4.3. Vogelschutz
4.4. Optische Veränderung des Landschaftsbildes
4.5. Flächenverbrauch
4.6. Schattenwurf
4.7. Emissionen

5. Wirtschaftlichkeit
5.1. Jahresenergielieferung
5.2. Amortisationszeit
5.3. Externe Kosten
5.4. Investitionskosten
5.5. Betriebskosten
5.6. Energieerzeugungskosten
5.6.1. Definition der Randbedingungen zur Kostenrechnung
5.6.2. Energieerzeugungskosten Einzel-WEA

6. Anhang
6.1. Beispiel
6.1.1. Bürgerwindpark-Konzept Freisen/Saarland Finanzierung
6.1.2. Einspeisevergütung Windkraftanlagen
6.1.3. Obergrenze für Einspeisevergütungen Windkraftanlagen

7. Literaturverzeichnis
Bücher
Internetquellen

ABBILDUNGEN

Abb. 1: Schema einer Horizontalachsen-Windenergieanlage

Abb. 2: Entwicklung der Preise für WEA in Windparks und für Einzel-WEA in Abhängigkeit des Aufstellungsjahres

Abb. 3: Anteile der verschiedenen Investitionsnebenkosten für WEA in Windparks und für Einzel-WEA für das Jahr 1998

Abb. 4: Entwicklung der Betriebskosten für WEA in Windparks und für Einzel-WEA in Abhängigkeit der Betriebsjahre

Abb. 5: Entwicklung der Reparatur- und Wartungskosten für WEA in Windparks und für Einzel-WEA in Abhängigkeit der Betriebsjahre

TABELLEN

Tab. 1: Daten von Windkraftanlagen mit elektrischer Leistung von 500 kW

Tab. 2: Energetische Amortisationszeit für Herstellung, Betrieb und Entsorgung

Tab. 3: Definition der Randbedingungen für die Berechnung der Energieerzeugungskosten

Tab. 4: Anlagentyp 600 kW, Nabenhöhe 50 m, Rotorfläche 1450 m2, Abschreibungszeitraum 15 Jahre

Tab. 5: Anlagentyp 600 kW, Nabenhöhe 50 m, Rotorfläche 1450 m2, Abschreibungszeitraum 15 Jahre, Ertrag 400 kWh/a

ABKÜRZUNGEN

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

1.1 Die Energie der Zukunft

Um unsere Energieversorgung nachhaltig zu machen, ist neben der Effizienzsteigerung eine deutliche Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energieträger notwendig.

Das Deutsche Windenergie-Institut ermittelte zum 31.12.2002 die Aufstellungszahlen für die neuinstallierten Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland. Zum 31.12.2002 waren in Deutschland insgesamt 13.759 WEA mit 12.001,22 MW installierter Leistung errichtet.

Gegenüber der Neuinstallation im Jahr 2001 von 2.658,96 MW bedeutet dies ein Zuwachs von 22 %. Die in den beiden Jahren erbaute durchschnittliche WEA-Größe erhöhte sich um ca. 9 % von 1.279 auf 1.395 kW, d.h. die WEA mit 1.500 kW und mehr installierter Leistung haben mit etwa 78 % Marktanteil die dominierende Rolle übernommen. Der gesamte Jahresumsatz der Windbranche auf dem deutschen Markt liegt damit bei über 3,5 Mrd. Euro. Mit dieser installierten Leistung ist die Windenergie in der Lage etwa 4,7 % des elektrischen Energieverbrauchs in Deutschland zu decken.[1]

1.2. Das Erneuerbare - Energien - Gesetz

Das Erneuerbare - Energien - Gesetz (EEG), vom 1. April 2000, verpflichtet Stromnetzbetreiber, Elektrizität aus Sonne, Wasser, Wind, Geothermie und Biomasse abzunehmen und dafür Mindestvergütungen zu zahlen. Das Gesetz verpflichtet, die jeweils nächstgelegenen Netzbetreiber, Strom aus erneuerbaren Energien aufzunehmen und zu vergüten. Die Mindestvergütungen an die Einspeiser sind abhängig von der Sparte der erneuerbaren Energien, von der Größe der Anlagen und von ihrem Standort. Sie orientieren sich an den tatsächlichen Stromgestehungskosten und sind degressiv, um die technische Entwicklung zu fördern.[2]

Die Höhe der Vergütung richtet sich danach, wie hoch die Herstellungskosten der Elektrizität sind. So gibt es für die Betreiber von Windrädern je nach Standort zunächst fest mit 9 Cent/kWh für die ersten 5 Jahre (Anfangsvergütung) und später mit 6,10 Cent/kWh.[3]

Die Kosten legt das Gesetz auf alle Stromkunden in der Republik um. So werden die regionalen Unterschiede ausgeglichen und die Belastung für den Einzelnen bleibt gering. Gegenwärtig verteuert sich eine Kilowattstunde für die Endkunden um etwa 0,1 Cent, in einigen Jahren ist mit rd. 0,2 Cent zu rechnen. Wenn man allerdings berücksichtigt, dass die Nutzung von erneuerbaren Energien die Kosten vermeidet, die durch Umwelt- und Klimaschäden der konventionellen Energien entstünden, dann sind die erneuerbaren Energien volkswirtschaftlich kostengünstiger.[4]

1.3. Das Kyoto – Protokoll

Das Kyoto – Protokoll fordert eine Reduktion der sechs Treibhausgase (Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid, teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe, perfluorierte Kohlenwasserstoffe, Schwefelhexalfluorid) um 21 Prozent bis zur Periode 2008 – 2012 gegenüber 1990. Darüber hinaus hat die Bundesregierung weitere ziele für den Einsatz von Technologien und Energieträgern zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen festgelegt:

- Verdoppelung des Anteils der erneuerbaren Energien
- Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung
- Steigerung der Energieeffizienz in den kommenden Jahren
- Minderungsvorhaben für private haushalte und Gebäude, Energiewirtschaft, Industrie und Verkehr[5]

2. Die horizontale Windenergieanlage

WEA mit horizontaler Lage der Drehachse werden nahezu ausschließlich in der Propellerbauart verwirklicht. Diese Bauform, zu der die europäischen Windmühlen gehören, wie die amerikanische Windturbine oder die modernen Windkraftanlagen, stellt das beherrschende Konstruktionsprinzip in der Windenergietechnik dar.

Alle Anlagen bestehen aus dem Turm mit dem notwendigen Fundament, dem Rotor und einer Rotorbremse, häufig einer Windnachführung, fast immer einem Getriebe, dem Generator, Regelungssystemen, Hilfsaggregaten und dem Netzanschluss.

Abb. 1: Schema einer Horizontalachsen-Windenergieanlage

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Hau (1996), S. 52

Die maximale Leistung der Anlage wird bestimmt von der durchströmten Rotorfläche und ist zunächst unabhängig von der Anzahl der Flügel.[6]

2.1. Ringgenerator

Der Ringgenerator wird vom Anlagenrotor (Rotorblätter) direkt angetrieben. Der Generatorrotor ist direkt mit der Rotornabe verbunden und benötigt so keine eigene Lagerung. Der Generator liefert bereits bei einer Drehzahl von 38 Umdrehungen die Minute seine Nennleistung von 500 bzw. 600 kW. Hierfür wurde ein hochpoliger Generator eingesetzt, dessen Betriebsweise auf dem Prinzip einer Synchronmaschine basiert. Über den gesamten Arbeitsbereich des Generators wird ein Wirkungsgrad von 94 % erzielt.

Geringe Temperaturschwankungen während des Betriebs, niedrige Temperaturen bei Nennlast und die Vermeidung von Wechsellasten vermindern mechanische Spannungen und die damit verbundene Alterung des Generatormaterials.

Nach dem Einlegen des Blechpaketes erhält der Stator, den ersten Korrosionsschutz. Danach werden die Kupferwicklungen eingebracht. Zwischen Nuten und Wicklung findet ein Mehrschichtisolierstoff als Nutenisolation Verwendung. Dieser Isolierstoff besteht aus drei Lagen: die Innenlage ist eine Elektroisolierfolie und die Aussenlagen bestehen aus Aramidpapier. Diese Kombination garantiert geringe Feuchtigkeitsaufnahme sowie eine gute thermische und chemische Beständigkeit. Der Kupferdraht selbst ist durch einen hochwärmebeständigen Grundlack versehen und dann noch mit einer zusätzlichen Lackschicht auf Polyamidbasis geschützt. Die Gesamtisolation besteht aus einer Kombination von zwei verschiedenen Lackkomponenten. Durch diese Zweischichttechnik (Overcoattechnik) wird ein optimaler Schutzmantel für den Kupferdraht erzielt. Nach dem Wickeln wird der Stator in einer großen Vakuumtränkanlage mir Harz. Zum Schluss erhält die Wicklung noch einen speziellen zusätzlichen Überzugslack, der die Kupferwicklungen mechanisch und hydrostatisch schützt.

Eine komplette umfangreiche Prüfung der Wicklung schließt die Herstellung des Generators ab.[7]

2.2. Rotor

Der Rotor aus glasfaserverstärktem Epoxidharz ist mitbestimmend für den Ertrag der Windenergieanlage, sowie für ihre Schallemission. Vorgaben hierfür sind:

[...]


[1] vgl. BMU, Themenpapier: Windenergie (2002), S. 3 - 4

[2] vgl. BMU, Umweltbericht (2002), S. 63

[3] vgl. BMU, Themenpapier: Windenergie (2002), S. 3

[4] vgl. Greenpeace (2002), www.greenpeace.org/deutschland

[5] vgl. BMU, Damit weniger in die Luft geht (2000), S. 6 - 7

[6] vgl. Dittmann und Zschernig (1998), S. 355

[7] vgl. Enercon E-40 (1999), www.windkraftwerke.de

Details

Seiten
29
Jahr
2003
ISBN (eBook)
9783638277563
ISBN (Buch)
9783640868520
Dateigröße
613 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v25017
Note
1,7
Schlagworte
Einstieg Energieversorgung Zukunft Windenergie Umwelttechnik

Autor

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