해당 내용은 Leibniz Universität Hannover의 Bauingenieurwesen(건축-토목공학) 과정에 참여하였을 당시 수업 내용을 개인적으로 정리한 것입니다.
저 스스로 복습의 의미도 가짐과 동시에, 독일에서 건축공학을 전공하시거나 특히 Leibniz Uni에서 건축공학을 공부하시는 분들께 조금이라도 도움이 되지 않을까 하는 마음으로 포스팅을 시작합니다.
1. Geschichte der Windenergienutzung
2. Windenergieentwicklungen des 20. Jahrhunderts
- 1960: In Deutschland wurde die erste große Windkraftanlage mit 100 kW gebaut
- 1980: Der erste große Windpark mit 576 MW am Altamont Pass, CA. Entwicklung von GROWIAN in Deutschland
- 1990 ~ 2000: Das EEG garantiert in Deutschland FIT für Energie aus erneuerbaren Quellen, Schlüsselfaktor für den Erfolg der Windenergie in Deutschland
- ca. 2010: Offshore wird ein wesentlicher Bestandteil der Zukunft der Windenergie sein - Hohe durchschnittliche Windgeschwindigkeiten, kontinuierliche Windversorgung. Mehr als 50 GW in Europa geplant. Weiter vom Ufer schwimmend?
3. Entwicklungen des 20. Jahrhunderts
4. Zwei Hauptkonzepte
1) Windkraftanlagen ohne Getriebe
- Der Akteur des Synchrongenerators ist direkt mit der Rotorwelle verbunden
- Die Regelung von Frequenz und Spannung erfolgt durch die Leistungselektronik
- Hauptvorteil im Vergleich zu WT mit Getriebe: Start bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten, niedrige Wartungskosten
- Marktführer: Enercon und Goldwind sowie Offshore
2) Windkraftanlagen mit Getriebe
- Aufgrund des schwankenden Windes sind die Getriebelasten relativ hoch und können zu häufigem Getriebeaustausch und damit zu steigenden Kosten führen
- Bewegliche Teile bergen immer die Gefahr, eine potenzielle Ursache für das Abschalten der Windkraftanlage zu sein, was zu Energieertragsverlusten (= finanziellen Verlusten) führt.
6. Bewertung der Technologie
a) Eignung für den Standort
b) Typenzertifizierung
c) Erfolgsbilanz des Turbinenmodells
d) Erfahrung des Herstellers
7. Typische Anforderungen
a) Vollständiges Typenzertifikat verfügbar
b) 100 ~ 2000 MW Windkraftanlagenkapazität, die hergestellt und installiert wurden
c) Referenzen, die mindestens (20 ~ 200) Windkraftanlagen desselben Typs oder derselben Basisversion zeigen, die zwei Jahre lang zufriedenstellend im kommerziellen Betrieb sind
d) Unabhängige zertifizierte Leistungskurve, Geräuschemissionen, elektrische Eigenschaften
e) Geeignetes Qualitätsmanagementsystem vorhanden
8. Netzverbindung
- Die Netzintegration moderner Windparks ähnelt der großer konventioneller Kraftwerke auf der Spannungsebene 380 kV.
9. Netzintegrations- / Stabilitätsstudien
a) Berechnung der Netzkapazitäten
b) Berücksichtigung anderer potenzieller und bestehender Windparks
c) Definition des Verbindungspunktes
d) Spannungspegel
e) Berechnung der Systemauswirkungen
f) Oberschwingungen
g) Leistungsfaktor
h) Definition der Zusammenschaltungsbedingungen
10. Verbindungsparameter
1) Anforderungen des Netzbetreibers
- Spannungsregelung
- Frequenzregelung
- Leistungsfaktor
- Energiemanagement
- Gittercodes
2) Spannungspegel
- Kleiner Windpark: MV (10 ~ 30 kV)
- Großer Windpark: HV (110 ~ 220 kV)
- Offshore-Windparks: HV (> 380 kV)
11. Windparkstationen
- Der Ausgangsspannungspegel einer Windkraftanlage liegt innerhalb des Niederspannungspegels. Damit der Strom genutzt werden kann, muss er über Stromleitungen transportiert werden. Daher muss der Pegel vom Niederspannungspegel auf den Mittel- oder Hochspannungspegel erhöht werden. Bei den meisten Windparks ist ein Umspannwerk installiert, um das Spannungsniveau zu erhöhen.
12. Elektrotechnik
13. Internes Kollektorsystemdesign
- Internes Kabeldesign
- Entwurf einer zivilen Unterstation
- Entwurf der elektrischen Unterstation
- Lastflussberechnung
- Kurzschlussberechnung
- Erdungsmessung / -berechnung
14. Vor- und Nachteile zwischen String und Circle internal Cabling Concepts
15. Zusammenfassung von internen Verkabelungskonzepten
- Kreise bieten mehr Sicherheit
- Kreise benötigen mehr Investitionen in Kabel und Steuerung
- Kabelschäden sind jedoch selten
- Geringes Risiko eines Produktionsausfalls bei höheren Kosten
- In den meisten Fällen wird eine String-Lösung verwendet
- Verlustberechnungen basierend auf der Weibull-Windverteilung
16. Erdung
- Erdung ist Teil des Blitzschutzsystems
- Flächenerdung wird ggf. durch Tiefenerdung ergänzt, um den Erdungswiderstand zu begrenzen, Richtwert : max. 10 Ohm.