Kleinwindkraft in der Praxis

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Methodik

3. Geschichte der Windkraft

3.1 Die Ursprünge der Nutzung der Windenergie

3.1.1 Windmühlen

3.1.2 Westernräder

3.1.3 Strom aus Wind – die ersten Kleinwindkraftanlagen

3.2 Moderne Windkraft – Neustart in den 1970ern

4. Aktuelle Zahlen aus der Windkraft

4.1 Windkraft International

4.2 Windkraft in Österreich

5. Meteorologische und physikalische Grundlagen

5.1 Ursprung der Windenergie – globale Zirkulation

5.2 Einteilung der Windressourcen und Windschichten

5.2.1 Eckmann-Schicht

5.2.2 Prandtl-Schicht

5.2.3 Bodennahe, turbulente Schicht

5.2.4 Spezielle, lokale Winde

5.2.5 Diskussion zu Windressourcen und Windschichten

5.3 Einflussgrößen auf die Wind-Energie

5.3.1 Luftdichte

5.3.2 Windgeschwindigkeit

5.3.3 Rotorfläche

5.4 Wichtige Begriffe bei der Windenergie-Nutzung

5.4.1 Rauhigkeitslängen und Rauhigkeitsklassen

5.4.2 Windscherung

5.4.3 Das Betz’sche Gesetz

5.4.4 Standort-Effekte

5.4.5 Weibull-Verteilung

5.4.6 Windrose und Rauhigkeitsrose

5.4.7 Die Leistungskurve einer Windkraftanlage

5.4.8 Schnelllaufzahl

5.4.9 Der Leistungsbeiwert bzw. Wirkungsgrad

5.4.10 Der Auslastungsfaktor

5.5 Stetigkeit des Windes

5.5.1 Tagesgang

5.5.2 Jahreszeitliche Unterschiede

5.5.3 Langfristige Schwankungen des Windpotenzials

6. Technische Grundlagen von Windkraftanlagen

6.1 Einteilung nach verschiedenen Bauformen

6.1.1 Widerstandsläufer und Auftriebsläufer

6.1.2 Langsamläufer und Schnellläufer

6.1.3 Vertikal- und Horizontalläufer

6.1.4 Luv- oder Lee-Läufer

6.2 Eigenschaften verschiedener Rotorbauformen

6.3 Baumaterialen für Rotorblätter

6.4 Windnachführung des Rotors

6.4.1 Windfahnen

6.4.2 Leeseitige Ausrichtung

6.4.3 Seitenräder

6.4.4 Aktive Azimut-Regelung

6.5 Leistungsregelung von Windkraftanlagen

6.5.1 Blattwinkelregelung (Pitch-Regelung)

6.5.2 Stall-Regelung (Strömungsabriss)

6.5.3 Aktive Stall-Regelung

6.5.4 Azimut-Regelung (Rotor aus dem Wind drehen)

6.6 Weitere wichtige Komponenten einer Windkraftanlage

6.6.1 Generator

6.6.2 Getriebe

6.6.3 Turm und Fundament

6.6.4 Steuereinheit und Frequenzumrichter

6.7 Betriebssicherheit von Windkraftsystemen

7. Kleinwindkraft

7.1 Abgrenzung von Mikro-, Klein- und Großwindkraft

7.1.1 Mikrowindkraftanlagen (MWA)

7.1.2 Kleinwindkraftanlagen (KWA)

7.1.3 Großwindkraftanlagen (GWA)

7.2 Definition von MWA, KWA und GWA

7.2.1 Mikrowindkraftanlagen

7.2.2 Kleinwindkraftanlagen

7.2.3 Großwindkraftanlagen

7.3 Kosten und Wirtschaftlichkeit von KWA

7.4 Potenzial von KWA

7.5 Rechtlicher Rahmen bei der Errichtung von KWA

7.5.1 Gesetzeslage zur Kleinwindkraft in NÖ

7.5.2 Gesetzeslage zur Kleinwindkraft in OÖ

7.6 Diskussion zu Kleinwindkraftanlagen

7.6.1 Spezial-Segment „Urban Wind Turbines“

7.6.2 Kleinwindkraft im historischen Kontext

7.6.3 Kleinwindkraft und Photovoltaik

8. Spielen mit dem Wind: Eine Marktanalyse

9. Kleinwindkraftanlagen von Austrowind

9.1 Firmenchronologie

9.2 Technische Beschreibung der Austrowind-Produkte

9.2.1 Generator

9.2.2 Rotor

9.2.3 Wechselrichter und Steuereinheit

9.2.4 Kippmasten

9.2.5 Fundament

9.2.6 Betriebsdaten

9.3 Anlagekosten und Wirtschaftlichkeit

10. Austrowind im einjährigen Praxistest

10.1 Standortbeurteilung bei Kleinwindkraftanlagen

10.1.1 Professionelle Wind-Potenzialanalyse

10.1.2 Wind-Potenzialanalyse in der Kleinwind-Praxis

10.2 Standortbeurteilung des Standortes in Altenberg

10.3 Ertragsprognose für den Standort Altenberg

10.3.1 Ermittlung der Weibull-Verteilung

10.3.2 Ermittlung des theoretischen Jahresertrages

10.3.3 Kontrolle der Ertragsprognose

10.3.4 Alternative Ertragsprognose mit der Aventa AV-7

10.4 Tatsächlich erbrachte Erträge im ersten Jahr

10.5 Erkenntnisse aus dem einjährigen Praxistest

10.5.1 Zur Windmessung

10.5.2 Zum Standort in Altenberg

10.5.3 Zur Technik der Anlage

10.5.4 Zur Dimensionierung

10.5.5 Zur Wirtschaftlichkeit

11. Schlussfolgerungen für den Standort St. Valentin

12. Resümee zur Kleinwindkraft im Allgemeinen

Zielsetzung & Themen

Die vorliegende Arbeit definiert den Begriff Kleinwindkraft, analysiert meteorologische sowie technische Grundlagen und untersucht in einem einjährigen Praxistest an Standorten in Ober- und Niederösterreich die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Kleinwindkraftanlagen, um potenziellen Kunden eine fundierte Entscheidungshilfe zu bieten.

• Definition und Abgrenzung von Mikro-, Klein- und Großwindkraft.
• Meteorologische und technische Grundlagen der Windenergienutzung.
• Analyse der Marktentwicklung und rechtlicher Rahmenbedingungen.
• Einjährige Praxisbeobachtung und Ertragsanalyse von Anlagen.
• Bewertung der Wirtschaftlichkeit und Ableitung von Verbesserungspotenzialen.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Motivation und Entstehung der Diplomarbeit auf Basis der Marktsituation für Kleinwindkraftanlagen.

2. Methodik: Gliederung der Arbeit in einen theoretischen Teil zur Windenergienutzung und einen Praxisteil mit Standortanalyse und Ertragsmessung.

3. Geschichte der Windkraft: Historische Entwicklung von der frühen Windmühlennutzung bis zum modernen Comeback der Windenergie.

4. Aktuelle Zahlen aus der Windkraft: Internationale und nationale Marktdaten sowie Zielsetzungen für den Ausbau der Windkraft.

5. Meteorologische und physikalische Grundlagen: Erläuterung der physikalischen Parameter und meteorologischen Zusammenhänge, die für die Windenergieernte relevant sind.

6. Technische Grundlagen von Windkraftanlagen: Überblick über Bauformen, Rotorik und Regelungstechniken von modernen Windkraftanlagen.

7. Kleinwindkraft: Abgrenzung und Definition der Größenklassen sowie rechtliche Rahmenbedingungen.

8. Spielen mit dem Wind: Eine Marktanalyse: Marktübersicht und Typisierung der vielfältigen Konzepte für Kleinwindanlagen.

9. Kleinwindkraftanlagen von Austrowind: Technische Beschreibung der Produkte und Firmenchronologie des Herstellers.

10. Austrowind im einjährigen Praxistest: Detaillierte Auswertung des einjährigen Testbetriebs an realen Standorten, inklusive Ertragsprognosen.

11. Schlussfolgerungen für den Standort St. Valentin: Übertragbarkeit der Erkenntnisse aus Altenberg auf ein weiteres Projektbeispiel.

12. Resümee zur Kleinwindkraft im Allgemeinen: Abschließende kritische Einschätzung zur Zukunft und Wirtschaftlichkeit der Branche.

Schlüsselwörter

Kleinwindkraft, Windenergie, Ertragsprognose, Standortanalyse, Windpotenzial, Windgeschwindigkeit, Wirtschaftlichkeit, Windkraftanlagen, Windmessung, Windschichten, Rotorfläche, Leistungsbeiwert, Ökostrom, Energiewende, Praxisbeobachtung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit?

Die Masterarbeit befasst sich mit der Rolle der Kleinwindkraft in der modernen Stromversorgung, wobei Grundlagen, Marktsituation, technisches Potenzial und die wirtschaftliche Realität beleuchtet werden.

Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?

Die Arbeit deckt die Historie, die meteorologischen Grundlagen, technische Details von Anlagenbauformen, eine Marktanalyse sowie eine umfassende wirtschaftliche Bewertung von Kleinwindprojekten ab.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das Ziel ist es, ein besseres Verständnis für die Leistungsfähigkeit von Kleinwindkraftanlagen an typischen Standorten zu schaffen und eine Hilfestellung für die Entscheidungsfindung potenzieller Kunden zu bieten.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit kombiniert eine theoretische Literaturanalyse mit einem einjährigen, empirischen Praxistest an realen Standorten, gestützt durch Windmessungen und darauf basierende Prognosemodelle.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in meteorologische Grundlagen (wie Windscherung und Weibull-Verteilung), technische Details zur Anlagenkonfiguration und eine tiefgehende Analyse der Austrowind-Anlagen im einjährigen Praxistest.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit ist durch Begriffe wie Kleinwindkraft, Windpotenzial, Standortanalyse, Wirtschaftlichkeit, Ertragsprognose und Windenergienutzung charakterisiert.

Wie zuverlässig sind herkömmliche Wetterstationen für die Windmessung?

Der Praxistest zeigt, dass günstige Wetterstationen aus dem Elektrofachhandel für eine professionelle Standortanalyse ungeeignet sind, da sie das Windaufkommen oft massiv falsch einschätzen und technisch anfällig sind.

Ist ein wirtschaftlicher Betrieb einer Kleinwindkraftanlage derzeit realistisch?

Nach den Ergebnissen der Arbeit ist ein wirtschaftlicher Betrieb bei aktuellen Marktpreisen und fehlender spezieller Tarifförderung für Kleinwindanlagen an den meisten Standorten sehr schwierig zu erreichen.