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  • Das Buch zum Das ist eine gute Frage PODCAST erscheint Anfang 2022 im Hanser Verlag.

Windpark-Ertragsanalyse

Windpark-Ertragsanalyse

Standortdaten

Name
mittlere Windge­schwindigkeit vm Info: Windgeschwindigkeit
m/s
mittlere Luft­dichte ρ Info: Luftdichte
kg/m3

Windpark

Windkraft­anlage
Anlagen-Nenn­leistung PN
kW
Rotor­durch­messer drotor
m
Anlagen­anzahl n
m
Feld­wirkungs­grad ηFeld Info: Feldwirkungsgrad
%
Verfüg­barkeit ηV Info: Verfügbarkeit
%

Wirtschaftlichkeits­parameter

Investitions­kosten
€/kW
Betriebs- und Wartungs­kosten
%/a der Investitions­kosten
Anlagen­nutzungs­dauer
Jahre
Diskontrate
%
 
Anlagenkennlinie
Grafiktool: Highcharts.com

Anlagenparameter

1 m/s
kW
2 m/s
kW
3 m/s
kW
4 m/s
kW
5 m/s
kW
6 m/s
kW
7 m/s
kW
8 m/s
kW
9 m/s
kW
10 m/s
kW
11 m/s
kW
12 m/s
kW
13 m/s
kW
14 m/s
kW
15 m/s
kW
16 m/s
kW
17 m/s
kW
18 m/s
kW
19 m/s
kW
20 m/s
kW
21 m/s
kW
22 m/s
kW
23 m/s
kW
24 m/s
kW
25 m/s
kW
26 m/s
kW
27 m/s
kW
28 m/s
kW
29 m/s
kW
30 m/s
kW

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
m
Rauhigkeitslänge z0
m
Windgeschw. v1 in h1
m/s
Nabenhöhe h2
m
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
m
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 / (vm2) · exp (-π/4·(v/vm)2)

Leistungsbeiwert:
cp = 2 · Pel / (ρ · Arotor · v3)

mittlere Leistung:
Pm = ηFeld · ηV · Σi ( P(vi) · h(vi) )

Jahresenergieertrag:
Ea = Pm · 8760 h

Volllaststunden:
hVollast = Pm / Pnenn · 8760 h

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

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