Windpark-Ertragsanalyse

Standortdaten

Name

mittlere Windgeschwindigkeit v_m

m/s

mittlere Luftdichte ρ

kg/m³

Windpark

Windkraftanlage

Anlagen-Nennleistung P_N

Rotordurchmesser d_rotor

Anlagenanzahl n

Feldwirkungsgrad η_Feld

Verfügbarkeit η_V

Wirtschaftlichkeitsparameter

Investitionskosten

€/kW

Betriebs- und Wartungskosten

%/a der Investitionskosten

Anlagennutzungsdauer

Jahre

Diskontrate

Anlagenkennlinie

Grafiktool: Highcharts.com

Anlagenparameter

1 m/s

2 m/s

3 m/s

4 m/s

5 m/s

6 m/s

7 m/s

8 m/s

9 m/s

10 m/s

11 m/s

12 m/s

13 m/s

14 m/s

15 m/s

16 m/s

17 m/s

18 m/s

19 m/s

20 m/s

21 m/s

22 m/s

23 m/s

24 m/s

25 m/s

26 m/s

27 m/s

28 m/s

29 m/s

30 m/s

Info: Windgeschwindigkeit

Für die Berechnungen bei der Windpark-Ertragsanalyse wird die mittlere Windgeschwindigkeit in Nabenhöhe benötigt. Liegt die mittlere Windgeschwindigkeit in einer anderen Messhöhe vor, kann diese unter Angabe der Rauhigkeitslänge, die den Einfluss der Umgebung beschreibt, näherungsweise auf die Nabenhöhe umgerechnet werden.

Höhe h₁ über Grund

Rauhigkeitslänge z₀

Windgeschw. v₁ in h₁

m/s

Nabenhöhe h₂

Windgeschw. v₂ in h₂

m/s

Bei der Berechnung gilt folgender Zusammenhang:
v₂ = v₁ · ln (h₂/z₀) / ln (h₁/z₀)

Info: Luftdichte

Zur Berechnung des Leistungsbeiwertes (der von der Windkraftanlage genutze Anteil der im Wind enthaltenen Energie) wird die mittlere Luftdichte benötigt. Diese hängt von der Umgebungstemperatur und dem Luftdruck ab. Luftdruck und Luftdichte sinken mit der Höhe des Standortes. Hier können Sie die jeweilgen Einflüsse bestimmen.

Höhe h über NN

Luftemperatur ϑ

°C

Luftdruck p

hPa

Luftdichte ρ

kg/m³

Bei der Berechnung gelten folgende Zusammenhänge:
p = 1013 hPa · exp (-h / 8005 m)
ρ = p / 287 J/(kgK) / (273,15 K + ϑ)

Info: Feldwirkungsgrad

In einem Windpark mit mehreren Windkraftanlagen können sich die Anlagen gegenseitig verschatten, das heißt in Windrichtung hintereinander stehende Anlangen können sich gegenseitig den Wind wegnehmen. Dadurch reduziert sich die den einzelnen Anlagen zur Verfügung stehende Windleistung. Dies kann durch den Feldwirkungsgrad berücksichtigt werden. Die Berechnung des Feldwirkungsgrades ist aufwändig und kann nur mit entsprechenden Analysewerkzeugen bestimmt werden. Steht ein genauer Wert nicht zur Verfügung, kann der Feldwirkungsgrad hier grob abgeschätzt werden. Er ist mit einem möglichen sinnvollen Wert vorbelegt.

Info: Verfügbarkeit

Durch Defekte und Wartungsarbeiten kann es zu Ausfällen von Windkraftanlagen kommen. Auch kann der Ertrag durch Planungsfehler, zu hoch prognostizierte Windgeschwindigkeiten oder andere Unwägbarkeiten niedriger als erwartet ausfallen. Diese Unsicherheiten können Sie hier im Parameter Verfügbarkeit berücksichtigen.

Erläuterungen zu den Berechnungen

Rayleighverteilung:
h(v) = π/2 · v / (v_m²) · exp (-π/4·(v/v_m)²)

Leistungsbeiwert:
c_p = 2 · P_el / (ρ · A_rotor · v³)

mittlere Leistung:
P_m = η_Feld · η_V · Σ_i ( P(v_i) · h(v_i) )

Jahresenergieertrag:
E_a = P_m · 8760 h

Volllaststunden:
h_Vollast = P_m / P_nenn · 8760 h

Alle Berechnungen und Angaben erfolgen ohne Gewähr.
Ausführlichere Informationen zu Berechnung und Simulation von Windkraftanlagen befinden sich im Fachbuch Regenerative Energiesysteme.