Perspektiven für den Einsatz von Windkraftanlagen. Schema, Beschreibung

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Windkraftanlagen. Perspektiven für den Einsatz von Windkraftanlagen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Nutzung der Windenergie in öffentlichen Stromnetzen

In Amerika und Europa subventionieren staatliche Organisationen Forschung und Entwicklung, die vor allem auf den Einsatz von Windkraftanlagen in regionalen Hochspannungsnetzen abzielt. Bereits seit mehreren Jahren sind Windenergieanlagen mit einer Leistung von bis zu 200 kW erfolgreich in Betrieb und es entstanden Anlagen mit einer Leistung von bis zu 3 und 4 MW. Es wird davon ausgegangen, dass die Lebensdauer solcher Generatoren 20 Jahre übersteigt und der von ihnen erzeugte Strom günstiger sein wird als in Wärmekraftwerken mit flüssigem Brennstoff. In frühen Studien ging man davon aus, dass Windkraftanlagen auf Hügeln installiert werden sollten. Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass auf offenen, flachen Flächen sogar noch bessere Bedingungen für ihren Betrieb herrschen können, insbesondere wenn mehrere Windkraftanlagen in der Nähe installiert sind. Basierend auf diesem neuen Konzept der Standortwahl von Windkraftanlagen wurde später vorgeschlagen, Systeme aus vielen Anlagen auf See in Flachwassergebieten zu installieren.

Autonome Windkraftanlagen

Windkraftanlagen mit einer Leistung von 10 bis 100 kW können zur Stromversorgung von Wohngebäuden, landwirtschaftlichen Betrieben und verschiedenen Organisationen eingesetzt werden. Ihr Einsatz ist wirtschaftlich sinnvoll, wenn andere Energiequellen (z. B. Öl) teuer sind oder der erzeugte Strom mindestens halb so teuer ist wie der Strom im öffentlichen Netz. Der größte Bedarf an Windkraftanlagen dieser Leistung besteht in Ländern mit hohem Lebensstandard und hohen Energiekosten, in denen die durchschnittliche Windgeschwindigkeit mehr als 6 m/s beträgt und die ländliche Bevölkerung groß ist.

Neue Technologie

Die Grundlagen der Energie aus erneuerbaren Quellen zeigen, dass sie den Produktionsprozessen völlig andere Einschränkungen auferlegt als die traditionelle thermische und nukleare Energie. Am deutlichsten wird dies am Beispiel der Windenergie. Die Nutzung verteilter und inhärent sehr variabler Windenergie basiert auf grundlegend anderen Ansätzen als die Nutzung von Energie aus stabilen und intensiven Quellen, wobei es hier vor allem um die Notwendigkeit geht, den Energieverbrauch entsprechend seiner Produktion zu variieren. Um diese Einschränkung zu überwinden, sind effiziente und kostengünstige Methoden der Energiespeicherung erforderlich.

Für die Beleuchtung und den Betrieb elektronischer Geräte wird teurer stabilisierter Strom verwendet, für Heizung und Warmwasserbereitung wird billiger unstabilisierter Strom verwendet. In Zeiten sehr starker Winde wird Windenergie zum Beheizen von Gewächshäusern oder zum Erhitzen von Wasser in einem Schwimmbad genutzt. Strom aus Windkraftanlagen wird auch zum Laden der Batterien von Elektrofahrzeugen genutzt. Trotz der starken Winde reicht die von Windkraftanlagen erzeugte Energie immer noch nicht aus und dank gut isolierter Häuser, sparsamem Stromeinsatz und speziellen Verteilungssystemen sind zufriedenstellende Lebensbedingungen gegeben.

Bei Wind von der Windkraftanlage werden die Batterien geladen und die Gleich- und Wechselstromlasten werden über den Wechselrichter mit Strom versorgt (Abb. 4.1). Gleichzeitig können Batterien über ein Photovoltaikmodul aufgeladen werden, das beispielsweise mehrere mitgelieferte FSM-40 nutzen kann. In Abwesenheit von Wind und entladenen Batterien wird die Last mit Strom versorgt und die Batterien werden sowohl über Sonnenkollektoren als auch über den Motorgenerator aufgeladen. Nachdem die Batterien aufgeladen sind, wird der Motor-Generator abgeschaltet. Diese Betriebsart ermöglicht die Einsparung von flüssigem Kraftstoff und die Verlängerung der Lebensdauer des Motorgenerators.

Windkraftanlagen. Perspektiven für den Einsatz von Windkraftanlagen
Abb.4.1. Strukturschema des Stromversorgungssystems basierend auf Windkraftanlagen der WINDEC-Serie.

Die Steuerung der Betriebsmodi aller Elemente des Systems erfolgt durch eine multifunktionale Mikroprozessor-Steuereinheit, die als Steuerparameter Batteriespannung, Laststrom und Batterieladezeit vom Motorgenerator verwendet.

Sowohl für die Mobilität und den schnellen Einsatz als auch für die kostengünstige Massennutzung sind unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme mit geringem Stromverbrauch erforderlich. In jedem Fall sollte es sich um hochzuverlässige Systeme mit hohen Energie-Masse-Eigenschaften handeln, d. h. sollte bei einer bestimmten Leistung eine geringe Masse und Abmessungen haben.

Autor: Magomedov A.M.

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