Methode zur optimalen Turbinen-/Generatorauslegung oder weniger ist manchmal mehr. T. Schallschmidt, R. Leidhold

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Lieselotte Hofmann
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1 Methode zur optimalen Turbinen-/ oder weniger ist manchmal mehr T. Schallschmidt, R. Leidhold Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme , Magdeburg

2 1 Motivation - Zielstellung 2 3 4

3 Zielstellung für eine optimale Standortnutzung geeignete Turbinen-Generator-Kombination Maximierung der Energieausbeute/-ernte Minimierung der Anschaffungs- bzw. Anlagenkosten geringe Verluste maximaler Wirkungsgrad P V = P V 0 + P VLAST = P V 0 + i 2 R erfordert Standort- und Maschinenanalyse

4 Zielstellung für eine optimale Standortnutzung geeignete Turbinen-Generator-Kombination Maximierung der Energieausbeute/-ernte Minimierung der Anschaffungs- bzw. Anlagenkosten geringe Verluste maximaler Wirkungsgrad P V = P V 0 + P VLAST = P V 0 + i 2 R erfordert Standort- und Maschinenanalyse

5 Zielstellung für eine optimale Standortnutzung geeignete Turbinen-Generator-Kombination Maximierung der Energieausbeute/-ernte Minimierung der Anschaffungs- bzw. Anlagenkosten geringe Verluste maximaler Wirkungsgrad P V = P V 0 + P VLAST = P V 0 + i 2 R erfordert Standort- und Maschinenanalyse

6 Maschinenkennlinie geregelter Betrieb jeder AP möglich

7 Maschinenkennlinie geregelter Betrieb jeder AP möglich

9 Jahresprofil der Fließgeschwindigkeit Approximation Daten unvollständig Polynomfunktion

10 Jahresprofil der Fließgeschwindigkeit Approximation Daten vollständig Polynomfunktion

11 Jahresprofil der Fließgeschwindigkeit Häufigkeitsverteilung Histogramm der Fließgeschwindigkeit aufgeteilt in 20 Klassen

12 Leistung in Abhänigkeit der Fließgeschwindigkeit Annahme: Turbine mit r = 1 m und einem maximalen Leistungsbeiwert von C pmax = 0.5 Die Winkelgeschwindigkeit der Turbine ω T ist der Fließgeschwindigkeit v angepasst, so das die Schnelllaufzahl den optimalen Wert λ opt hat und der Leistungsbeiwert maximal wird. P T = 1 2 ρac P(λ)v 3

13 Verteilung der Energieausbeute nach Fließgeschwindigkeit Für jede Klasse im Geschwindigkeitshistogramm kann die Leistung ermittelt werden und mit der Häufigkeit pro Jahr ergibt sich eine Energiemenge pro Fließgeschwindigkeit.

14 Wie groß muss/kann der Generator sein? Lohnt sich die Investition in eine größere Maschine?

15 Wie groß muss/kann der Generator sein? Lohnt sich die Investition in eine größere Maschine?

16 Leistungsgrenze 3kW Wird die Leistungsgrenze erreicht, wird durch Drehzahlregelung/-stellung die Leistungsabgabe begrenzt. Die Anlage arbeitet nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt E 5kW = 5888 kwh bei P AV = kw E 3kW = 5644 kwh bei P AV = kw

17 Leistungsgrenze 3kW Wird die Leistungsgrenze erreicht, wird durch Drehzahlregelung/-stellung die Leistungsabgabe begrenzt. Die Anlage arbeitet nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt E 5kW = 5888 kwh bei P AV = kw E 3kW = 5644 kwh bei P AV = kw

18 Leistungsgrenze 3kW Wird die Leistungsgrenze erreicht, wird durch Drehzahlregelung/-stellung die Leistungsabgabe begrenzt. Die Anlage arbeitet nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt. E 5kW = 5888 kwh bei P AV = kw E 3kW = 5644 kwh bei P AV = kw E 2kW = 5199 kwh bei P AV = kw

19 Leistungsgrenze 3kW Wird die Leistungsgrenze erreicht, wird durch Drehzahlregelung/-stellung die Leistungsabgabe begrenzt. Die Anlage arbeitet nicht mehr im optimalen Arbeitspunkt. E 5kW = 5888 kwh bei P AV = kw E 3kW = 5644 kwh bei P AV = kw E 2kW = 5199 kwh bei P AV = kw

20 Gegenüberstellung 5kW-Anlage E 5KW = 5888kWh Ertrag bei 12 ct/kwh 700 e Volllaststunden<100 h/a 3kW-Anlage E 5KW = 5644kWh Ertrag bei 12 ct/kwh 677 e Volllaststunden<300 h/a 2kW-Anlage E 5KW = 5199kWh Ertrag bei 12 ct/kwh 620 e Volllaststunden>300 h/a Investitionskosten versus Ertrag und Volllaststunden

21 Gegenüberstellung 5kW-Anlage E 5KW = 5888kWh Ertrag bei 12 ct/kwh 700 e Volllaststunden<100 h/a 3kW-Anlage E 5KW = 5644kWh Ertrag bei 12 ct/kwh 677 e Volllaststunden<300 h/a 2kW-Anlage E 5KW = 5199kWh Ertrag bei 12 ct/kwh 620 e Volllaststunden>300 h/a Investitionskosten versus Ertrag und Volllaststunden

22 auf Basis der Leistungskennlinie und Geschwindigkeitsverteilung notwendig Geschwindigkeitsprofil und - verteilung pro Jahr je mehr Daten desto besser Energieertrag pro Jahr versus installierte kw Überdimensionierung vermeiden Kosten optimieren mehr Volllaststunden für den Generator Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Anlage

23 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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