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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Arten von Windkraftanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Windkraftanlagen können an das Stromnetz angeschlossen sein und die erzeugte Energie an das lokale Stromnetz übertragen, oder sie können autonom arbeiten, wobei sich der Verbraucher in unmittelbarer Nähe der Windkraftanlage befindet. Autonome Stromversorgungssysteme Jedes autonome System, einschließlich Windkraftanlagen, arbeitet unabhängig vom zentralen Stromversorgungsnetz. Unter diesen Bedingungen kann eine Windkraftanlage unabhängig betrieben werden, als Ersatz für jeden anderen Generator verwendet werden oder in Kombination mit anderen Kraftwerken als Bestandteil eines kombinierten Stromversorgungssystems verwendet werden. Solche Systeme werden zum Heben von Wasser oder zur Stromversorgung von Häusern, Bauernhöfen oder kleinen Geschäftsräumen eingesetzt. Autonome Windkraftanlagen mit geringer Leistung erzeugen in der Regel Gleichstrom zum Laden der Batterie. Das System enthält einen Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom mit einer Spannung von 230 V. Derzeit sind in Russland solche Windkraftanlagen mit einer Leistung von bis zu 0,5 kW weit verbreitet. Prototypen von Windkraftanlagen mit einer Leistung von 2,5 wurden entwickelt und sind im Einsatz; 5; 8 und 10 kW. Größere Systeme, die beispielsweise mehrere Standorte mit Strom versorgen, erzeugen typischerweise Wechselstrom. In Russland gibt es langjährige positive Erfahrungen mit dem Einsatz von Wasserförderwindkraftanlagen auf Weiden in Steppen- oder Wüstengebieten ohne den Einsatz von Batterien und Notstromquellen (Benzin- oder Dieselkraftwerke). Die vorrangige Richtung für den Ausbau der Windenergie in Russland wird in naher Zukunft der autonome Einsatz kleiner und mittlerer Windkraftanlagen in abgelegenen Regionen des Hohen Nordens sein, denn Dort sind die wichtigsten Windenergieressourcen des Landes konzentriert, die Bevölkerungsdichte ist gering, es gibt keine großen Stromnetze und es gibt etwa 17 kleine Siedlungen, in denen es ratsam ist, Windparks zur Energieversorgung zu nutzen. 1996-1998 Die ersten autonomen Windkraftanlagen mit einer Leistung von 10 kW wurden in den Regionen Murmansk und Archangelsk installiert. Offensichtlich ist der Schlüsselfaktor für die Wahl zwischen der Nutzung eines autonomen Energiesystems und dem Bau von Stromübertragungsleitungen (PTL) von der Anlage zu zentralen Energieversorgungsnetzen die Wettbewerbsfähigkeit der Kostenmerkmale von Windkraftanlagen im Vergleich zum Anschluss an die Netzwerk. Hybrides Energiesystem Bei einem hybriden Energiesystem werden Windkraftanlagen in Verbindung mit anderen Energiequellen (Dieselgenerator, Solarmodule, Mikrowasserkraftwerke usw.) eingesetzt. Diese Energiequellen ergänzen Windkraftanlagen, um bei ruhigem Wetter eine unterbrechungsfreie Stromversorgung des Verbrauchers sicherzustellen. Wind-Diesel-Systeme Das Wind-Diesel-System besteht aus einer Windkraftanlage und einem dieselelektrischen System (DES) mit optimal ausgewählten Kapazitäten. Typischerweise wird ein Dieselgenerator in Kombination mit einer Windkraftanlage verwendet, wenn der Zweck der Nutzung letzterer darin besteht, Dieselkraftstoff einzusparen, dessen Kosten unter Berücksichtigung der Lieferkosten sehr hoch sein können. Das Leistungsverhältnis der Systemkomponenten hängt vom Lasterzeugungsmuster und den Windressourcen ab. Die Betriebsart des gleichzeitigen Parallelbetriebs von Windkraftanlagen und Dieselkraftwerken wird als nicht ausreichend effektive Möglichkeit zur Nutzung von Windkraftanlagen eingeschätzt, da der leistungsmäßige Anteil der Windkraftanlage am System 15-20 % der Leistung von nicht überschreiten sollte der Dieselgenerator. Solche Modi können verwendet werden, um in Hochleistungs-Hybridanlagen Kraftstoff zu sparen. Durch die getrennte Betriebsweise von Windkraftanlagen und Dieselkraftwerken ist es möglich, den Beteiligungsanteil einer Windkraftanlage auf 50-60 % oder mehr zu erhöhen. Allerdings ist in diesem Fall die Komplexität des Systems unvermeidlich, da ein Steuerungssystem, Wechselrichterausrüstung und Batterien eingeführt werden müssen, die die von der Windkraftanlage bei Betriebswindgeschwindigkeit erzeugte Energie speichern, um die Last bei ruhigem Wetter oder bei niedrigen Windgeschwindigkeiten mit Strom zu versorgen Windgeschwindigkeiten. Wann immer möglich, wird die Energie aus der Windkraftanlage bezogen und die Batterien werden kontinuierlich nachgeladen. In windstillen Zeiten, wenn die Batterieladung einen bestimmten Wert unterschreitet, wird automatisch (oder manuell) ein Dieselgenerator gestartet, um die Verbraucher mit Energie zu versorgen. Dieser Modus reduziert die Anzahl der Starts des Dieselgenerators erheblich und führt somit zu einer Reduzierung der Wartungs- und Kraftstoffkosten. Wind-Diesel-Anlagen dieser Art werden derzeit in den Regionen Archangelsk und Murmansk in Russland eingesetzt. Hybride Wind-Diesel-Systeme mit einer Leistung von 2 bis 500 kW unterschiedlicher Bauart und Einsatzzweck werden derzeit im Rahmen des Bundesprogramms „Energieversorgung abgelegener Gebiete im hohen Norden der Russischen Föderation“ getestet, entwickelt oder zur Umsetzung geplant. " In der Regel sind diese Hybridsysteme darauf ausgelegt, autarke Verbraucher zuverlässig mit Strom zu versorgen und gleichzeitig flüssigen Kraftstoff einzusparen. Große Hybridkraftwerke sollen für das lokale Netzwerk nördlicher Dörfer funktionieren. Der Einsatz eines modernen Wind-Diesel-Systems kann unter Berücksichtigung der routinemäßigen Wartung sehr kostengünstig sein, wenn in dem Gebiet, in dem die Windkraftanlage installiert ist, ausreichend Windressourcen vorhanden sind. Wind-Solar-Systeme Durch die Umwandlung von Sonnenstrahlung mit Photovoltaik-Batterien (PV) kann elektrische Energie gewonnen werden. Trotz der derzeit recht hohen Kosten von FBs kann ihr Einsatz in Verbindung mit Windkraftanlagen in einigen Fällen effektiv sein. Da im Winter ein großes Windpotenzial besteht und im Sommer an klaren Tagen mit FB die maximale Wirkung erzielt werden kann, erweist sich die Kombination dieser Ressourcen als vorteilhaft für den Verbraucher. Die Nutzung von Windkraftanlagen in Verbindung mit Kleinstwasserkraftwerken Windkraftanlagen können in Kombination mit Mikrowasserkraftwerken eingesetzt werden, die über einen Wassertank verfügen. In solchen Systemen treibt eine Windkraftanlage bei Wind die Last an und überschüssige Energie wird verwendet, um Wasser von flussabwärts nach flussaufwärts zu pumpen. In windstillen Zeiten wird Energie durch Kleinstwasserkraftwerke erzeugt. Solche Systeme sind besonders effektiv, wenn die Wasserkraftressourcen gering sind. An das Stromnetz angeschlossene Anlagen Bei netzgekoppelten Windkraftanlagen handelt es sich um einen Anschluss an ein bestehendes Energienetz, das die Windkraftanlage mit Wirk- und Blindleistung versorgt, um die Inbetriebnahme, den Betrieb und die Steuerung der Windkraftanlage sicherzustellen. Das bedeutet, dass der von der Windkraftanlage erzeugte Strom direkt ins Netz eingespeist wird. Windkraftanlagen beginnen ab einer bestimmten Windgeschwindigkeit Energie zu erzeugen – bei den meisten modernen Anlagen beträgt sie normalerweise etwa 4 m/s. Der Erregerstrom wird aus dem Netz entnommen und zur Synchronisierung des Windkraftgenerators verwendet. Das bedeutet, dass die Windkraftanlage bei einer Trennung vom Netz keinen Strom produzieren kann. Netzgekoppelte Windkraftanlagen werden in Gebieten mit guten Windenergieressourcen installiert, um Strom für den Verkauf an Energieunternehmen zu erzeugen. Eine Gruppe solcher Anlagen bildet einen sogenannten „Windpark“. Ein Windpark ist ein Komplex aus Windkraftanlagen, die oft in Reihen angeordnet sind, die senkrecht zur vorherrschenden Windrichtung stehen. Bei der Entwicklung eines solchen Projekts muss die Verfügbarkeit von Straßen für den Zugang zu den Einheiten, Umspannwerken sowie Überwachungs- und Kontrollsystemen berücksichtigt werden. Typischerweise wird ein für einen Windpark vorgesehenes Grundstück auch für andere Zwecke genutzt, beispielsweise für die Landwirtschaft. Typischerweise werden in Windparks große Windkraftanlagen mit einer Leistung von 200 kW bis 1,5 MW und mehr eingesetzt. In diesem Fall kann die Gesamtleistung eines Windparks Dutzende und Hunderte von Megawatt erreichen. Im Bundesstaat Kalifornien (USA) beispielsweise produzieren Windparks genug Strom, um den Energiebedarf einer Großstadt wie San Francisco ein Jahr lang zu decken. Solche Systeme erfreuen sich zunehmender Beliebtheit in europäischen Ländern, in denen laut Kyoto-Protokoll das Ziel der Reduzierung der Treibhausgasemissionen festgelegt ist. Firmen oder Privatpersonen installieren eine oder mehrere große Windkraftanlagen, schließen diese an das Stromnetz an und verkaufen Strom mit gutem Gewinn an Energieunternehmen. In Fällen, in denen Energie direkt für den Produktionsbedarf aufgewendet wird und gleichzeitig die von Windkraftanlagen erzeugte Energie nicht ausreicht, besteht die Möglichkeit, diese aus dem Netz zu beziehen. Versorgt die Windkraftanlage bei einem Überschuss die Produktion vollständig mit dem benötigten Strom, wird die überschüssige Energie ins Netz eingespeist. Anschluss der Windkraftanlage an das Stromnetz Wenn Sie eine Windkraftanlage an ein zentrales Energienetz anschließen möchten, müssen Sie herausfinden, ob das Netz über genügend Leistung verfügt, um Energie von der Windkraftanlage zu empfangen. Hierzu müssen Sie sich an Ihren örtlichen Stromversorger wenden. Abhängig von der Leistung des Stromnetzes wird die Leistung der Windkraftanlage ausgewählt. Normalerweise sollte die maximale Leistung einer Windkraftanlage 20 % der Kapazität des Stromnetzes nicht überschreiten. Dies ist notwendig, um die Stabilität des Systems sowie der Frequenz- und Spannungsparameter im Stromversorgungsnetz aufrechtzuerhalten. Die Kosten für den Anschluss der Windkraftanlage an das Stromnetz Die Kosten für den Anschluss an das Stromnetz hängen von Standort und Leistung ab. Offensichtlich sind die Anschlusskosten höher, wenn die Netzleistung nicht ausreicht, da die Leistung des Stromnetzes erhöht werden muss, was technisch möglicherweise nicht machbar ist. In diesem Fall wird der Anschluss der Windenergieanlage an das Netz verweigert. Die Regeln für den Anschluss an das Stromnetz variieren je nach Land. Viele Fragen können durch Kontaktaufnahme mit Ihrem örtlichen Energieversorger beantwortet werden. Autoren: Kargiev V.M., Martirosov S.N. usw.
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