Urbane Kleinwindkraft

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1 Urbane Kleinwindkraft Fachkongress Energie-Architektur 2014 METAstadt Wien, 09. Oktober 2014 Kurt Leonhartsberger, MSc. Dipl.-Ing. Thomas Nenning, BSc.

2 FH Technikum Wien Institut für Erneuerbare Energie Standort ENERGYbase Bachelor-Studium "Urbane Erneuerbare Energietechnologien" und Master- Studium Erneuerbare Urbane Energiesysteme mit mehr als 300 Studierenden angewandte F&E auf dem Gebiet der Erneuerbaren Energie mit derzeit etwa 20 nationalen und europäischen Forschungsprojekten Schwerpunkte: Kleinwind, PV, Speichersysteme, Smart Grids, Nachhaltigkeit aktive Mitarbeit in Arbeitsgruppen der Internationalen Energie Agentur (z. B. IEA Wind Task 27) sowie diversen Technologieplattformen FH Technikum Wien 2014 Leonhartsberger, Nenning 2

3 Kleinwindkraft Definitionen Kleinwindkraftanlagen (KWEA) lt. IEC 61400: Windkraftanlagen mit einer vom Rotor überstrichenen Fläche < 200 m² Ende 2012: über KWEA weltweit installiert (Gesamtleistung: 678 MW) davon China 39 %, USA 31 % und Großbritannien 9,4 % ca. 300 KWEA in Österreich neben PV einzige Möglichkeit Energie quasi emissionsfrei in dicht bebauten Gebieten zu erzeugen (Stichwort: nearly zero-energy buildings) Durchschnittliche Anlagengröße 2011 Installierte Anlagenleistung in kw Quelle: Small Wind World Report Update Quelle: IG Windkraft

4 Fachkongress Energie-Architektur 2014 Urbane Kleinwindkraft Rotortypen Idealer Leistungsbeiwert nach Betz Horizontalläufer 3-Blatt-Rotor: dominierende Bauform am Markt Vertikalläufer 2 Bauformen: Darrieus- und Savonius-Rotoren unabhängig von konstanter Windrichtung, besser geeignet für turbulente Windverhältnisse 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Darrieus-H Darrieus Savonius Leistungsbeiwert cp

5 Fachkongress Energie-Architektur 2014 Urbane Kleinwindkraft Alternative Ausführungen von KWEA Energy Ball Hill Wind Grenzschichtläufer Silent Future Tec Pramac Windstar Windwall Turbina Wind2Power Vortex Wind Funnel Envento Wind Tulip

6 Fachkongress Energie-Architektur 2014 Urbane Kleinwindkraft Urbane KWEA ENERGYbase, 1210 Wien Vertikalläufer Typ CVT-V50 5 kw, Nabenhöhe 6 m, Rotordurchmesser 4,5 m, Rotorhöhe 4 m CVT Anlage ENERGYbase Helmut Söllinger, 1020 Wien Horizontalläufer Typ AIR Breeze Land 200 W, Nabenhöhe 5,3 m, Rotordurchmesser 1,17 m Anlage Söllinger Amperius Vertikalläufer am Bahnhof Berlin CVT Anlage in Köln CVT Anlage in Hamburg 6

7 Herausforderungen im urbanen Raum Windbedingungen turbulente Strömungsbedingungen Turbulente Strömungsbedingungen in bebauten Gebieten Typische Turbulenzintensitäten für Standorte mit unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit

8 Fachkongress Energie-Architektur 2014 Urbane Kleinwindkraft Herausforderungen im urbanen Raum Windbedingungen Lokale Gegebenheiten z. B. Gebäudeform und -höhe, umliegende Gebäude, Hauptwindrichtungen, Abstand zur Gebäudekante in m 0.0 Simulation der Strömung am Beispiel eines Gebäudes (Quelle: Bionic Surface Technologies) Strömungsabhebung an einem quaderförmigen Gebäude in Abhängigkeit von der Gebäudehöhe (Quelle: HTW Berlin)

9 Herausforderungen im urbanen Raum Auswirkungen auf die Umgebung Schall Reflexionen Vibrationen und Schwingungen Schattenwurf Sicherheitstechnische Aspekte Herabfallende Anlagenteile bei Defekt, Blitzschlag, Eiswurf und Eisabfall Genehmigungsverfahren in Wien bis zu 6 Behörden involviert zahlreiche Gutachten erforderlich: Schall, Schattenwurf, Blitzschutz, Statik, Vereisung von Windkraftanlagen

10 Fachkongress Energie-Architektur 2014 Urbane Kleinwindkraft Projekt Urbane Windenergie Projektziel: erstmalige Entwicklung von Bewertungsgrundlagen für den Einsatz von Kleinwindkraftanlagen in urbanen Gebieten Projektpartner: Vertikalläufer Projektdauer: Oktober 2014 bis September 2017 Dieses Projekt wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie im Rahmen der 1. Ausschreibung des Programms Stadt der Zukunft gefördert. Horizontalläufer

11 Energieforschungspark Lichtenegg Teststandort für KWEA und Stromspeicher begehbare Großwindkraftanlage (EVN) Mess-, Prüf- und Zertifizierungsdienstleistungen durch ARGE: Leistungskurven Power Quality Schallemissionen 11

12 Gemessene Leistungskurven c p,max = 0.35 c p,max = 0.22 c p,max = 0.36 c p,max = 0.29 c p,max = 0.19 c p,max = Quelle: Energiewerkstatt

13 Leistungskurven der Hersteller Quelle: Energiewerkstatt 13

14 Power Quality KWKA, 4,8kW Wechselrichter-gekoppelt KWKA, 6kW direkt-gekoppelte Asynchronmaschine PV Anlage, 10kW Peak 14

15 Windkraft als Ergänzung zur PV Autarker Haushalt mit PV, KWKA, Speicher 1,5 kw KWKA statt 4 kw peak PV 15

16 Fachkongress Energie-Architektur 2014 Urbane Kleinwindkraft Gebäudeintegrierte Windkraft Bahrain World Trade Centre Oklahoma Medical Research Foundation Strata Tower London

17 Kleinwasserkraft Österreich Speichersysteme Danke für Ihre Aufmerksamkeit Kurt Leonhartsberger, MSc. FH Technikum Wien, Institut für Erneuerbare Energie Mail: Telefon: Dipl.-Ing. Thomas Nenning, BSc. FH Technikum Wien, Institut für Erneuerbare Energie Mail: [email protected] Telefon:

18 Quellen World Wind Energy Association (2013) 2013 Small Wind Report. World Wind Energy Association (2014) Small Wind World Report Update 2014 Renewable UK (2013) Small and Medium Wind UK Market Report 2013 Twele, J. (2013) Empfehlungen zum Einsatz kleiner Windenergieanlagen im urbanen Raum. Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Jänner 2013 Warmuth, H., et. al. (2014) Endbericht Kleinwindkraftanlagen - Qualitätssicherung, Netzeinbindung, Geschäftsmodelle und Information. Publizierbarer Endbericht, NEUE ENERGIEN 2020, Wien, 31. August 2014 Sterrer, R., et. al. (2013) Endbericht Multifunktionales Batteriespeichersystem (MBS). Publizierbarer Endbericht, NEUE ENERGIEN 2020, Wien, 24. Mai 2013 Warmuth, H. et. al. (2014) Kleinwindkraftanlagen - Qualitätssicherung, Netzeinbindung, Geschäftsmodelle und Information. Publizierbarer Endbericht, NEUE ENERGIEN 2020, Wien, 31. August 2014 FH Technikum Wien 2014 Leonhartsberger, Nenning 18