Tuuliturbiini

Tuulivoimalaitos (lyhennys.: WKA) tai tuulivoimalan (lyhennys.: TSL) muuntaa kineettinen energia tuulen osaksi sähköenergian ja syöttää se johonkin sähköverkkoon . Termejä tuulivoimala tai vain tuuliturbiini käytetään myös puhekielessä . Tuuliturbiinit ovat ylivoimaisesti tärkein tuulienergian käyttömuoto tänään. Muotoilu että minoi ylivoimaisesti on kolmilapaiset hissi roottori, jossa on vaaka-akseli ja roottori tuulen puolella . Roottorin ja generaattorin välissä voi olla vaihteisto, joka tarkoittaa suurempaa nopeutta . Yleinen koneen kotelo (tunnetaan myös nimellä suutari ) on asennettu putkimaiseen torniin ja seuraa yhdessä roottorin kanssa tuulen suuntaa pienen sähkömoottorin avulla . Muunlaiset rakenteet, erityisesti roottorit, eivät ole vielä saaneet kiinni.

Tuuliturbiinia voidaan käyttää kaikilla ilmastovyöhykkeillä. Ne asennetaan maalle (maalla) ja rannikkotuulien merituulipuistoihin . Tämän päivän järjestelmissä ruokkia lähes yksinomaan osaksi ylemmän tason sähköverkon sijasta saaren verkkoon . Käytetyn tehoelektroniikan ansiosta niillä on erittäin hyvä verkkoyhteensopivuus verrattuna vanhempiin järjestelmiin, joissa on suoraan verkkoon kytketty asynkroninen generaattori . Nimellisteholtaan juuri asennettu tuulivoimalaitosten maalla on enimmäkseen välillä 2 n. 5 MW , kun taas suurin ulkomaantoimipisteet alalla tähän mennessä nousta 15 MW.

Ryhmää tuulivoimaloita kutsutaan tuulipuistoksi . Pieniä järjestelmiä, joiden tehoalue on muutamasta 100 wattista useisiin kilowatteihin, kutsutaan tuuligeneraattoreiksi . Nämä voivat olla taloudellisia myös yhtenä järjestelmänä .

Tuuliturbiinien historia

Tuulimoottorit, testauslaitokset ja epäonnistuneet suurhankkeet

Skotti James Blyth rakensi ensimmäisen dokumentoidun tuulivoimalla toimivan sähköntuotantojärjestelmän vuonna 1887 lataamaan paristoja loma-asuntonsa valaistukseen. Sen yksinkertainen, tukeva rakenne, pystysuora akseli kymmenen metriä korkea ja neljä purjea, jotka on järjestetty ympyrään kahdeksan metrin halkaisijalle, oli vaatimaton. Lähes samaan aikaan, Charles Francis harja on Cleveland , Ohio, joka perustuu 20 metriä korkea järjestelmä on sitten melko pitkälle American tuuli pumput . Pumpuissa vääntömomentti on nopeutta tärkeämpi ; Brush käytti kaksivaiheista voimansiirtoa hihnakäytöllä 12 kW: n generaattorin ajamiseen.

Tanskalainen Poul la Cour tuli noin 1900 systemaattisella kokeiluja - mukaan lukien aerodynaamisesti muotoiltu siiven profiileihin in tuulitunneleissa - käsite on nopea kone , jossa vain muutama roottorin lavat ovat riittävät hyödyntää energian virtauksen yli koko roottorin pinta. Ensimmäisen maailmansodan aikana Tanskassa oli käytössä yli 250 tämän tyyppistä laitosta. Myös muissa maissa tuulimoottoreita rakennettiin hajautettua sähköntuotantoa varten 1900 -luvun alussa. Laajamittaisella sähköistys on sotien välisenä aikana , monet näistä järjestelmistä taas katosi, varsinkin kun tuuli moottorit varustettu Tasavirtageneraattorit ja akku tallennusjärjestelmät eivät olleet yhteensopivia vaihtovirralla sähköverkkoihin .

Toisen maailmansodan jälkeen tuulienergian tutkimusta edistettiin eri maissa. Maat, kuten Ranska ja Iso -Britannia, investoivat suuria summia tuulivoiman tutkimukseen vuoteen 1965 saakka. Lentoliikenteen 1950- ja 1960-luvuilla parantama profiiligeometria, jonka liukumissuhde oli selvästi yli 50, mahdollisti erittäin nopeat juoksijat yhdellä roottorin siivellä . Roottorit, joissa on enemmän kuin kaksi lapaa, katsottiin taaksepäin. Muutamia prototyyppejä lukuun ottamatta tuskin järjestelmiä rakennettiin alhaisen energian hinnan vuoksi.

1970 -luvulta peräisin olevan tuulienergian käytössä tapahtui renessanssia muun muassa ympäristö- ja energiakeskustelun sekä kahden öljykriisin seurauksena . 1970- ja 1980 -luvuilla testattiin suuri määrä erilaisia ​​malleja, joissa viime kädessä oli vaakasuoran akselin turbiinit. Joissakin maissa (kuten Saksassa ja Yhdysvalloissa) ne luottivat aluksi vaativiin laajamittaisiin teollisuushankkeisiin, kuten kahden siiven GROWIAN ; mutta näillä oli suuria teknisiä ongelmia ja ne osoittautuivat epäonnistumisiksi. Tanskasta lähtien, jossa pienten järjestelmien rakentamisen tietämyksen lisäksi oli myös idealistinen asiakaskunta tällaisille järjestelmille, tanskalainen käsite lukuisista kestävistä pienitehoisista järjestelmistä, joita alun perin valmistivat usein pienyritykset ja harrastajat tarkoittaa , voitti .

Järjestelmissä, joita tuhannet veivät Yhdysvaltoihin 1980 -luvulla, oli kolme jäykkää roottorilapaa ( eli ilman terän kulman säätöä ) ja asynkroninen kone, jolla oli yksi tai kaksi kiinteää nopeutta ja joka oli kytketty verkkoon ilman taajuusmuuttajaa . Suorituskykyä rajoitti tahallinen pysähtyminen . Tämän erittäin onnistuneen konseptin arkkityyppi oli Johannes Juulin suunnittelema ja vuonna 1957 käyttöön otettu Gedser -tuuliturbiini . Se toimi väliaikaiseen sulkemiseensa vuonna 1966, ja se otettiin uudelleen käyttöön useiden vuosien ajan vuonna 1977 tanskalaisten tutkijoiden ja NASAn yhteisessä testiohjelmassa .

Näiden nykypäivän standardien mukaisten pienien järjestelmien perusteella 1990- ja 2000 -luvuilla kehitettiin edelleen suuria turbiineja, joissa oli vaihteleva nopeus ja säädettävät roottorin siivet. Siitä lähtien Tanska on ollut suurin tuulivoiman osuus sähköntuotannossa.

Tekninen kehitys 1990 -luvulta tähän päivään

Kun Electricity rehulain 1991 elpymiseen tuulienergian alkoi myös Saksassa; se jatkui uusiutuvista energialähteistä annetun lain (voimassa 1. huhtikuuta 2000) jälkeen. Nämä poliittiset puitteet johtivat siihen, että saksalaiset tuuliturbiinivalmistajat ovat nyt maailman teknologia- ja maailmanmarkkinajohtajia .

Pyrkiessään yhä pienempiin sähköntuotantokustannuksiin tuulivoimalat kasvoivat vähitellen kehityksen aikana. Saksassa hiljattain asennettujen tuulivoimaloiden keskimääräinen nimellisteho oli 164 kW vuonna 1990, vuonna 2000 yli 1 MW ensimmäistä kertaa  , vuonna 2009 yli 2 MW ensimmäistä kertaa. Vuonna 2011 se oli yli 2,2 MW, ja järjestelmät, joiden asennettu kapasiteetti oli 2,1–2,9 MW, hallitsivat 54%: n osuudella. Tuoton lisäämiseksi mm roottorin halkaisija kasvaa. Pyöreän kaavan mukaan roottorin lavan pituuden kaksinkertaistaminen johtaa roottorin alueen nelinkertaistumiseen. 1990 -luvun loppuun saakka vasta rakennettujen laitosten halkaisija oli enimmäkseen alle 50 metriä, noin vuoden 2003 jälkeen enimmäkseen 60-90 metriä. Vuoteen 2020 mennessä uusien turbiinien keskimääräinen roottorin halkaisija Saksassa kasvoi 122 metriin, keskimääräinen navan korkeus 135 metriin ja nimellisteho 3,407 MW: een, ja alueelliset tuulen nopeudet aiheuttivat merkittäviä eroja .

Maailmanlaajuisesti vasta asennettujen järjestelmien keskimääräinen teho ylitti 2,5 MW: n rajan ensimmäistä kertaa vuonna 2017. Suuntaus on kohti suurempia järjestelmiä: vuoden 2020 tienoilla eri valmistajat alkoivat tuoda markkinoille noin 6 MW: n tehoalueella olevia maalla sijaitsevia alustoja. Offshore -alalla järjestelmät, joiden nimellisteho on 6-10 MW ja roottorin halkaisija yli 150 metriä, asennetaan vuodesta 2021 alkaen. Uusien offshore -järjestelmien, joiden roottorin halkaisija on noin 220 metriä, nimellisteho on 13–15 MW.

Nykyaikaisten kevyiden tuuliturbiinien roottorin halkaisijat ovat nyt yli 160 metriä ja navan korkeudet yli 160 metriä. Enercon on käyttänyt vaihteettomia järjestelmiä noin vuodesta 1995 lähtien ja oli alun perin ainoa suorakäyttöisten järjestelmien valmistaja pitkään ; Tällä välin kuitenkin huomattavasti useammat valmistajat käyttävät vaihteetonta mallia, jota pidetään nyt "toisena vakiorakenteena". Vuonna 2013 vaihteettomien järjestelmien maailmanlaajuinen markkinaosuus oli 28,1%.

Vuoteen 2010 asti tuuliturbiinit valmistettiin kiinteästi käyttäen telakkakokoonpanoa . Siitä lähtien valmistajat ovat luottaneet yhä enemmän kokoonpanolinjaprosessia käyttävään sarjatuotantoon sekä tuotteiden teollistamiseen ja standardointiin kustannussyistä. Samaan aikaan, kuten on jo pitkään ollut standardi on autotekniikan , modulaarinen alusta strategioita vakiintumassa jossa järjestelmässä tai -versiossa eri tuulen luokkia kehitetään samalla tekninen perusta , esim. B. eri roottorikokoilla, suurelta osin identtisellä voimansiirrolla tai eri generaattorikonsepteilla, joilla on sama roottorin halkaisija.

Ei kaikki äskettäin asennetut järjestelmät ovat uusissa paikoissa: vanhoja järjestelmiä puretaan ja korvataan tehokkaampia niistä, joka tunnetaan repowering . Yleensä yksittäisten järjestelmien määrä tuulipuistoissa vähenee, kun taas asennettu kapasiteetti ja tuotto kasvavat.

Energian saanti ja tuotto

Katso myös: Tuulienergia: fyysiset periaatteet ja tuulienergia: taloudellinen tehokkuus

Vuosituoton arvioimiseksi tuuliturbiinin sijainnille annetaan ns. Keskimääräinen tuulen nopeus . Se on vuoden aikana esiintyvien tuulen nopeuksien keskiarvo. Järjestelmän taloudellisen toiminnan alaraja on syöttötariffista riippuen keskimääräinen tuulen nopeus noin 5–6 m / s navan korkeudella. On kuitenkin otettava huomioon muita tekijöitä.

Tuuli , joka perustuu frekvenssijakautuman tuulen nopeuden sijaintia käytetään optimaalisesti valita nimellinen tuulen nopeus (yleensä 1,4-2 kertaa suurempi kuin keskimääräinen tuulen nopeus) tai, kun otetaan huomioon järjestelmän tiedot, arvioida energia vuodessa, täyteen kuormitusaikaan, kuten alalla on tapana . Riippuen eri tekijöistä, kuten B. Työmaan laatu ja järjestelmän suunnittelu, tuuliturbiinit saavuttavat 1400–5000 täyden kuormitustunnin vuodessa. Tämä vastaa 16-57 prosentin käyttöastetta.

Internetin tietokoneohjelmien avulla tiettyjen järjestelmien tuotto voidaan määrittää suunnilleen valittavissa olosuhteissa. Kuitenkin vain tuulimittauksiin perustuvat tuuliraportit voivat antaa tietoja paikan todellisista sadoista. On otettava huomioon topografisista olosuhteista, kasvillisuudesta, korkeammista rakennuksista tai tuuliturbiinista johtuva turbulenssiaste. Tuoton aleneminen, joka johtuu alentuneesta tuulen nopeudesta ja turbulenssista muiden tuuliturbiinien takana, tunnetaan herätys- tai viivehäviönä .

Koska palveluvalikoima kasvaa tuulen nopeuden kolmannen tehon myötä, on järkevää suunnitella järjestelmä huomattavasti keskimääräistä tuulen nopeutta suuremmaksi. Tuulivoimala saavuttaa sen nimellistehon , joskus kutsutaan kapasiteetin , on sen mitoitettu tuulen nopeus . Tällä tavalla järjestelmän suorituskyky pidetään vakiona ylikuormitusten välttämiseksi. Jos tuuli on erittäin suuri ( myrsky ), järjestelmä kytketään kokonaan pois päältä (lisätietoja on jäljempänä osiossa: Hallinta ja käytönhallinta ).

Investointikustannusten vuoksi nimellistehoa voidaan lisätä roottorin alueen kustannuksella tai päinvastoin. Järjestelmä, jolla on suurempi nimellisteho, käyttää suuremman osan käytettävissä olevasta energiasta, kun taas järjestelmä, jossa on suurempi roottori, syöttää enemmän tehoa sähköverkkoon nimellisen tuulen nopeuden alapuolella . Saksan maalla sijaitseville laitoksille, joissa v. a. Järjestelmiä, joiden nimellisteho on suhteellisen korkea, käytetään viime vuosina keskimäärin noin 1640 täyteen kuormitustuntiin, ja uudet tuuliturbiinit ovat saavuttaneet huomattavasti parempia tuloksia kuin vanhemmat mallit. Vuoden 2010 tienoilla rakennetut järjestelmät saavuttivat lähes 2000 täyteen käyttötuntia ja vuonna 2013 rakennetut järjestelmät noin 2150 täyteen lataustuntia. On odotettavissa, että järjestelmien täysi kuormitusaika maalla kasvaa keskimäärin vähintään 2250 VLS: ään, kun taas offshore -4500 VLS: ään. Muissa maissa kapasiteettitekijöitä ovat mm. T. merkittävästi korkeampi. Esimerkiksi Yhdysvalloissa, joissa ei ollut käytössä tuulipuistoja vuonna 2015, esimerkiksi tuuliturbiinit saavuttavat suhteellisen korkeat 30–40%: n kapasiteettikertoimet, mikä vastaa noin 2600–3500 täyteen käyttötuntia .

Sekä maalla että avomerellä on taipumus suurempiin kapasiteettitekijöihin, mikä johtuu suuremmista napakorkeuksista ja suuremmasta roottorin pinta -alasta asennettua tehoa kohti. Noin vuoden 2010 jälkeen useat valmistajat ovat kehittäneet myös niin sanottuja hiljaisia ​​tuulijärjestelmiä, joilla on erityisen suuri roottorin pinta-ala (noin 4,5-5 m² / kW), joilla voidaan saavuttaa merkittävästi enemmän täyteen käyttötunteja kuin edellä on määritelty. paikoissa, joissa tuuli on vähäisempää. Suhteellisen heikompi voimansiirto ja generaattori johtavat vain pieniin häviöihin vuotuisessa sähköntuotannossa, mutta se vähentää järjestelmään vaikuttavia mekaanisia kuormia, lisää täyteen kuormitetun tunnin määrää ja vaikuttaa myönteisesti tuulivoimaennusteeseen . Samaan aikaan tuulivoiman tuotanto vakautuu, sähköverkon laajennustarve on pienempi ja sähkön tuotantokustannukset pienenevät.

Esimerkkejä tällaisista vähätuulisista järjestelmistä ovat Nordex N131 / 3000 , GE 2.5-120 tai Gamesa G114-2.0. Kun navan korkeus on 130 m tai enemmän, tällaiset järjestelmät saavuttavat yli 3500 täyden kuormitustunnin vertailuolosuhteissa; Esimerkiksi Nordex N117 / 2400 , jonka navan korkeus on 141 m, on noin 3960 täyteen lataustuntia. Tulevaisuudessa odotetaan, että suuntaus kevyisiin tuuliturbiiniin jatkuu ja roottorin pinta -ala kasvaa edelleen nopeammin kuin generaattorin teho. Kuitenkin jopa paikoissa, joissa on tuulisempia olosuhteita, on järkevää lisätä roottorin pinta -alaa nimellistehoa kohti täyden kuormitustunnin lisäämiseksi ja kustannusten pienentämiseksi.

Mallit

Pyörivän liikkeen tuottamiseen käytettävän aerodynaamisen periaatteen mukaan tuuliturbiinit on jaettu vastus- ja kelluvuusroottoreihin.

Vetää juoksija on tyyppinen järjestelmä, jonka toimintatapa perustuu ensisijaisesti käyttöön virtauksen vastus , kuten tapauksessa Persian tuulimylly, joka voidaan jäljittää 7th luvulla .

Kun kellunta Runner on dynaaminen nosto, käytetään. Näiden turbiinien kapeammat, profiloidut roottorinsiivet liikkuvat paljon nopeammin ja tuulen yli. Tällä tavalla voidaan korjata suuri alue pienemmällä materiaalilla. Erityisesti pienempien tuuligeneraattoreiden tapauksessa tämä periaate on toteutettu erilaisilla malleilla, mukaan lukien yksinkertaiset versiot todellisista tuuliturbiineista, joita käsitellään yksityiskohtaisesti seuraavassa luvussa, eli mallit, joissa on tähtimäinen roottori, jossa on muutama (yleensä kolme) terät, jotka pyörivät vaaka -akselin ympäri maston tai tornin edessä . Näitä järjestelmiä kutsutaan joskus myös kirjallisuudessa HAWT d. H. vaaka -akselinen tuuliturbiini (tuuliturbiini vaakasuoralla akselilla).

Aktiivinen tuuli seurantamenetelmän tarvitaan näiden järjestelmien voi mahdollisesti olla jättää pois ns suojan juoksijat, jossa roottori kulkee takana torni, koska tuuli voi automaattisesti kääntää roottorin oikeaan suuntaan. Käytännössä tällaisia ​​käsitteitä on kuitenkin vaikea toteuttaa ja ne aiheuttavat vakavia ongelmia. Tähän sisältyy erityisesti riski, että nokka kääntyy nopeasti, mistä seuraa roottorin siipien suuret taivutuskuormat. Onnistuneet järjestelmät, joissa on passiivinen tuulen suunnan seuranta, dokumentoidaan vain pienten ja keskisuurten voimien alalla, kun taas onnistuneita laajamittaisia ​​järjestelmiä ei ole otettu käyttöön.

Kelluvuus roottori voi myös olla pystysuuntaisen kiertoakselin ymmärtää, ( VAWT mukainen Englanti pystyakselinen tuuliturbiini ). Näistä Darrieus-roottorit , jotka on rakennettu keskitehoalueelle, hallitsevat klassista vispilämuotoa tai H-Darrieus-roottoria, jonka terät muodostavat pyörivän sylinterin vaipan. Pystysuuntaisella pyörimisakselilla roottorin ei tarvitse seurata tuulen suuntaa. Joillakin kiertokulkualueilla lehdet ovat kuitenkin epäedullisia virtaukselle, lehtiä on laajennettava vastaavasti. Syklinen kuormituksen muutos aiheuttaa tärinää ja kuormitusta koko rakenteeseen. Suunnittelun lisäpanos yhdessä suorituskykykertoimen kanssa keskimäärin 0,3 verrattuna vaakasuuntaisen pyörimisakselin roottorien 0,4 - 0,5 selittää alhaisen markkinaosuuden.

H-Darrieus-roottorin muotoilu, jossa on kierteisesti taivutetut siivet, on tasaisemman vääntömomentin kuin klassinen H-roottori, joten se ei vaadi mitään käynnistysapua, kuten vaaditaan klassisille Darrieus-roottorille, joilla on suuri nopeus. Savoniuksen roottorit eivät tule kysymykseen sähkön tuottamisesta alhaisen nopeuden ja pienen tehon kerroimen vuoksi, mutta ne soveltuvat käytettäväksi tuulipumpuina .

Tyyppiluokka (tuuliluokka)

Tuuliturbiinit voidaan hyväksyä eri tuuliluokkiin. IEC 61400 -standardi on yleisin kansainvälisesti . Saksassa on myös Saksan rakennustekniikan instituutin ( DIBt ) jako tuulivyöhykkeisiin . IEC -tuuliluokat heijastavat järjestelmän asettelua alueilla, joilla on voimakas tai heikko tuuli. Suuret roottorin halkaisijat, joilla on sama nimellisteho, ovat ominaisia ​​kevyille tuulivoimaloille. Sillä välin on järjestelmiä, joiden roottorin pinta -ala on 4–5 m² / kW nimellistehoa kohti, kun taas tavalliset voimakkaat tuulijärjestelmät ovat 1,5–2,5 m² / kW nimellistehoa. Matalassa tuuliturbiinissa on usein mukautettu teräprofiili ja suurempi navan korkeus.

Viitearvoina käytetään keskimääräistä tuulen nopeutta navan korkeudessa ja 10 minuutin keskiarvon ääriarvoa, joka tilastollisesti esiintyy vain kerran 50 vuoden aikana.

Eri tyyppiluokkien vertailu tuulen nopeuden suhteen

IEC tuuliluokka	I.	II	III	IV
50 vuoden ääriarvo	50 m / s	42,5 m / s	37,5 m / s	30 m / s
keskimääräinen tuulen nopeus	10 m / s	8,5 m / s	7,5 m / s	6 m / s

Tuuliturbiinien komponentit ja tekniikka

Tuulivoimala koostuu pääasiassa roottorista, jossa on napa ja roottorin siivet, sekä koneen suuttimesta, jossa on generaattori ja usein vaihteisto. On myös vaihteettomia järjestelmiä. Kynsi on asennettu pyörivästi torniin , jonka perusta tarjoaa tarvittavan vakauden. Lisäksi valvonta-, säätö- ja ohjausjärjestelmät sekä verkkoyhteystekniikka ovat koneen kotelossa ja tornin pohjassa tai ulkopuolella.

• Tuuliturbiinin kokoonpanosykli
• 
• 
• 
• 

Roottorin siivet

Nykypäivän tuulivoimaloissa on lähes poikkeuksetta kolme roottorilapaa. Nämä ovat tuuliturbiinin perus- ja määrittelevä osa. Niiden avulla energia otetaan virtauksesta ja syötetään generaattoriin. Ne aiheuttavat merkittävän osan käyttömelusta, ja siksi ne on optimoitu tehokkuuden korkealle tasolle, mutta myös erityisesti terän kärjen lähellä melun vähentämiseen (katso esim. Takareunan kampa ). Vuodesta 2013 lähtien nykyisten tuuliturbiinien enimmäispituus oli noin 65 metriä rannalla ja 85 metriä offshore -alueella. Tällaisten levyjen paino on noin 25 tonnia. Kuljetuksen helpottamiseksi käytetään yhä enemmän niin sanottuja roottorin teräsovittimia , joiden avulla teriä voidaan kääntää ylöspäin viimeisellä kuljetusosalla kapeita katuja ohitettaessa tai epätasaisessa maastossa. Roottorin siivet on yleensä valmistettu lasikuituvahvisteisesta muovista (GRP), ja ne valmistetaan enimmäkseen puolikuorisesta sandwich-rakenteesta, jossa on jäykisteitä tai kankaita. Hiilikuituja käytetään yhä enemmän pitkissä roottorinsiipissä , erityisesti voimakkaassa tuulessa ja suurissa kuormituksissa olevissa offshore -järjestelmissä, mutta myös kevyissä tuulijärjestelmissä, joissa on suuret roottorin halkaisijat. Lasista tai hiilikuidusta valmistetut hihnat absorboivat pitkittäisvoimat. Nämä hihnat koostuvat joko jatkuvista kuiduista, ns. Rovingista tai kuorista .

Vallitsevasta tuuliturbiinityypistä, jonka roottorin akseli on pääosin vaakasuora, vasemman- ja oikeanpuoleiset pyörät asennettiin alkuvuosina . Sillä välin - tulevan tuulen kannalta - myötäpäivään pyörimissuunta voitti. Roottori on yleensä maston edessä, koska masto pyörii tuulen virtausta ja masto takana oleva roottori johtaisi teränsä tämän heräämisen läpi, mikä johtaisi meluun, terän kuormituksiin ja tehokkuuden heikkenemiseen.

Roottorin siipien määrä

Jokaiselle terien lukumäärälle ja muuten optimoidulle geometrialle nopean numeron mukaan on siksi olemassa optimaalinen suurnopeusluku, jolla suorituskykykerroin on suurin. Maksimi on kuitenkin melko tasainen kaikissa tapauksissa. Yhden, kahden ja kolmen lavan roottorilla se on 15, 10 ja 7-8.

Maksimin korkeus kasvaa aluksi siipien lukumäärän mukaan, yksiteräisistä kaksiteräisiin roottoriin noin 10%, mutta vain 3-4% kolmelle siivelle. Tämä pieni lisäys ei yksinään oikeuta kolmatta roottorilapaa. Kolmelapaiset roottorit ovat kuitenkin hiljaisemmat ja helpommin hallittavissa tärinän suhteen kuin kaksiteräiset roottorit. Kaksi tärkeintä syytä tähän ovat:

• Vaikka terät kulkevat tornin edessä, kuten nykyään on tavallista, tornin edessä oleva ilmaliikenne upottaa hetkeksi iskukulman ja siten hissin. Vastakkainen terä on kuormitettu maksimiin tässä vaiheessa, koska yläosassa on enemmän tuulta, joten jäykällä navalla esiintyy suurempi vuorotteleva kuormitus, joka on otettava huomioon suunniteltaessa koko järjestelmää mukaan lukien perusta.
• Roottorin hitausmomentti korkean akselin ympäri on kaksi kertaa kiertoradalla hyvin pieni. Yhdessä tämän akselin ympärillä olevan vääntömomentin kanssa voi syntyä tuhoisia kuormituspiikkejä. Turbiinin turvallisuuden todisteena vääntömomentin syynä pidetään paitsi turbulenssia myös teknisiä vikoja, kuten tuulen suunnan seurantaa tai - mikä vielä kriittisempää - virhettä nousun säätämisessä (pyörimisessä) vain yksi kahdesta roottorin siivestä.

Näitä kuormituspiikkejä vastaan ​​voidaan mitata heiluripaloja , koko voimansiirron joustavaa kiinnitystä ja ylikuormitussuojaa tuulen suunnan seurantaa varten . Nämä vaativat kuitenkin korkeampia rakennuskustannuksia ja ovat mahdollisia virheiden lähteitä, jotka voivat ilmetä suurempina huolto- ja korjauskustannuksina ja siten pidempinä seisokkeina. Sen jälkeen kun kaksisiipiset lentokoneet olivat aiemmin olleet tietyssä roolissa, nykyään rakennetaan lähes yksinomaan järjestelmiä, joissa on kolme roottorin siipiä ja jäykkä napa, joita on teknisesti helpompi hallita kuin järjestelmiä, joissa on alle kolme roottorin siipiä ja jotka ovat siten kehittyneet taloudellisesti ja teknisesti optimaalinen konsepti kehityshistorian aikana.

Kaksisiipisillä lentokoneilla on kuitenkin teoreettisia etuja etenkin offshore -käytössä, joten - jos ongelmallinen dynaaminen käyttäytyminen hallitaan - on mahdollista, että kaksisiipisillä lentokoneilla on jälleen suurempi rooli tällä alalla tulevaisuudessa. Esimerkiksi melupäästöt ovat vähemmän merkityksellisiä offshore -käytössä, mikä tarkoittaa sitä, että roottorin nopeutta voidaan lisätä luovuttamalla kolmas siipi ja samalla tarvittavaa välityssuhdetta voidaan pienentää. Yksinkertaisempi logistiikka ja asennus olisi mahdollista myös kaksiteräisten roottorien avulla . Sen vuoksi offshore-käytössä kaksiteräiset järjestelmät voisivat olla kustannussyistä edullisempia kuin kolmiteräiset järjestelmät, vaikka tähänastiset kokemukset ovat varsin kielteisiä. Rajuja kustannussäästöjä verrattuna vakiorakenteeseen, jonka kautta sähkön tuotantokustannukset ovat täysin eri suuruusluokassa, pidetään epärealistisina. Kustannusten pienentämispotentiaali on suurempi tuotantosarjoissa ja olemassa olevien konseptien optimoinnissa. Toistaiseksi kaksisiipisiä lentokoneita ei ole palautettu, vain yksittäisiä prototyyppejä rakennetaan.

Roottorin siipien muoto

Roottorin pinnan tuulenkesto mahdollistaa tuulen vähitellen kiertymisen sivulle. Lisäksi terät taipuvat voimakkaassa tuulen virtauksessa tuulen suuntaan. Jotta molemmista vaikutuksista huolimatta siivet ovat enemmän suorassa kulmassa paikalliseen tuulen virtaukseen nähden, ne ovat kallellaan (hyvin tasainen) tuulen kulmaan valmistuksen aikana. Tämä auttaa myös estämään lehtiä harjautumasta mastoa vasten. Roottorin akseli on tyypillisesti myös kalteva, jotta kärkeä nostetaan hieman, jotta terän ja maston väliin jää riittävästi tilaa ja myös hieman ulkoneva ilmakanava.

Kun roottorin siipien ulkoalueella on lievä sirppimuoto, terän kärjet antavat puhalluksen myötätyylin. Siitä johtuva terien kiertyminen pienentää hyökkäyskulmaa ja siten tuulikuormaa. Näin ollen materiaalia voidaan säästää. Lisäksi roottorin siivet voidaan varustaa turbulaattoreilla , kuten pyörregeneraattoreilla ja hammastetuilla nauhoilla. Suhteellisen uusi suuntaus roottorinlapojen suunnittelussa ovat pinnalla olevat tuberkulaatiot ja siiven takareunan harjanteet. Nämä toimenpiteet mahdollistavat sekä sadon lisäämisen muutamalla prosentilla että melun vähentämisen käytön aikana.

Tietokonesimulaatio käytti kuitenkin teoreettisia ääriarvoja; käytännössä vaikutus on merkityksetön.

Nopea numero

Roottori on optimoitu generaattorin nimellistehon alapuolelle. Avainluku, joka on tärkeä minkä tahansa virtauskoneen suunnittelussa, on nopea luku (lambda). Se ilmaisee roottorin kehänopeuden ja (tässä) tuulen nopeuden suhteen. Samalla suurella nopeudella suuret roottorit näyttävät kääntyvän hitaasti pienempiin verrattuna. Tavanomaisten kolmiteräisten roottorien nopeat luvut ovat 7-8. Vastakkaisessa kuvassa esitetään nopeuden, voiman ja kulman suhteet tällaiselle nopealle numerolle terän poikkileikkauksessa noin 2/3 säteestä. ${\ displaystyle \ lambda}$

Vääntömomentti on kääntäen verrannollinen , että on, alemmissa suurilla nopeuksilla momentti kasvaa, mikä tekee suurempi generaattori tai tehokkaampi vaihteisto korkeammat siirto on tarpeen ja vähentää tehokkuutta, koska ilmavirtaus roottori on asetettu pyörimään. Lisäksi teränkärkien ympärillä tapahtuva virtaus aiheuttaa tappioita. Tämä aiheuttama vastus vähenee lehtien määrän ja nopeuden kasvaessa. Nopeuden kasvaessa tarvitaan vähemmän teriä pitämään indusoitu vastus jatkuvasti matalalla tasolla (periaatteessa verrannollinen , mutta siipien määrän on tietysti oltava kokonaisluku). Koska nostin on suhteessa terän alueeseen ja virtausnopeuden neliöön, suurella nopeudella kasvaa koko terän pinta -ala (verrannollinen ) koko roottorin alueen korjaamiseen. ${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle 1 / \ lambda}$${\ displaystyle 1 / \ lambda ^ {2}}$

Suurempaa terän aluetta kuin tarvitaan pienemmällä nostokertoimella vältetään, koska tämä lisäisi ilmanvastusta. Lisäksi pienempi tuulen alainen alue turbiinilla, joka sammutettiin myrskyssä, vähentää koko rakenteen mekaanista kuormitusta roottorista torniin perustukseen. Ohuet lehdet, joilla on pieni alue, aiheuttavat kuitenkin vakausongelman. Koska taivutuslujuus ja vääntöjäykkyys lisääntyvät suhteettomasti profiilin paksuuden mukaan, koko terän alue on jaettu mahdollisimman harvaan terään edellä mainitut suhteet huomioon ottaen.

Ilman vahvuusongelmaa suurnopeusnumero olisi valittava erittäin suureksi. Kuitenkin tasaisemmilla hyökkäyskulmilla yhä pienempi osa aerodynaamisesta nostovoimasta tulee tehokkaaksi työntövoimana (katso kuva), kun taas virtausvastus pysyy suunnilleen samana. Suurella nopeusluvulla, joka vastaa profiilin liukusuhdetta, profiili ei enää tarjoa työntövoimaa (terien ulkoalueella).

Pyörimissuunta

Vuonna 2020 DLR: n työryhmä tuli tietokonesimulaatiota käyttäen siihen johtopäätökseen, että pohjoisen pallonpuoliskon tuulipuistoissa ainakin toisen rivin tuuliturbiinit voisivat tuottaa jopa 23 prosenttia enemmän energiaa, jos ne olisi suunniteltu kiertämään vastapäivään myötäpäivään, kun taas myötäpäivään tuuliturbiinit eteläisellä pallonpuoliskolla olivat optimaaliset pyörimissuunta. Tämä vaikutus, joka voidaan jäljittää Coriolis -voimaan , syntyy pääasiassa yöllä.

Jään muodostuminen

Yksi mahdollinen ilmiö lehdillä on jään muodostuminen . Se vähentää tehokkuutta, koska se muuttaa terien muotoa ja siten aerodynaamista profiilia. Myös epätasapaino on roottorin voi olla seurauksena. Pyörivät liikkeet, jotka putoavat tai heitetään pois , muodostavat vaaran roottorin siipien alla ja välittömässä läheisyydessä. Siksi suositellaan turvaetäisyydeksi 1,5 kertaa tornin korkeuden ja roottorin halkaisijan summaa. Järjestelmät sammuvat automaattisesti, kun jäätä muodostuu, mikä yleensä määritetään muuttamalla sisäisesti tallennettua tehokäyrää (teho ja tuuli eivät enää kohtaa huonon aerodynamiikan vuoksi) ja tarkkailemalla roottorin lämpötilaa tai epätasapainoa. Joidenkin yritysten roottorinsiivet voidaan varustaa roottorin lavan jäänpoistojärjestelmällä . Tämän on tarkoitus vähentää jään kertymistä lehtiin tai nopeuttaa sulatusta. Lämmittimen teho on 1–2-numeroinen kilowattialue roottorilapaa kohden, mikä on vähän verrattuna syötettyyn tehoon (useita satoja-useita tuhansia kilowatteja). Joissakin järjestelmissä nokkaputken (generaattoritalo tornissa) poistoilma pumpataan roottorin siipien läpi terän lämmitystä varten, jolloin käytetään generaattorin ja virtamuuntajan hukkalämpöä. Jään rikkoutuminen on dokumentoitu jo useita kertoja, mutta ei henkilövahinkoja tai omaisuusvahinkoja, koska se tapahtuu vain hitaalla nopeudella tai linkoustilassa sen jälkeen, kun jää on kytketty pois päältä heikentyneen aerodynamiikan vuoksi.

Salamasuojajärjestelmä

Koska suurten tuuliturbiinien salamointia ei voida välttää, roottorin siivet on varustettu salamasuojajärjestelmällä . Yksi tai useampi metallipiste (ns. Reseptorit) sijaitsee roottorin terän pinnalla lähellä terän kärkeä. Salama iskee näihin. Vaihtoehtoisesti käytetään alumiinista valmistettuja teränkärkiä. Sieltä virrat johdetaan integroituna kynsien ja tornin ohutlevyjohtimiin maahan, jolloin toteutetaan laakereiden ( tappilaakeri , päälaakeroottori, tornipään laakeri) silloittaminen radioyhteyksillä tai liukurenkailla . Tilastollisesti salama iskee tuuliturbiiniin joka kymmenes vuosi ja paljon useammin alttiilla matalilla vuoristoalueilla.

Konetalo

Kotelossa, joka tunnetaan myös nimellä suutin, käyttölaite, osa sähkölaitteita, tuulen suunnan seuranta , roottorin pään laakeri ja apulaitteet, kuten B. jäähdytysjärjestelmät, elektroniikka jne. Vaikka suutimen kokoaminen sekä yksiköiden saavutettavuus ja ylläpito on monimutkaisempi kuin muilla konsepteilla, tämä malli on vakiinnuttanut asemansa vakiovarusteena sen etujen vuoksi (lyhyet mekaaniset voimansiirtopolut, muutama dynaaminen ongelma) . Vanhemmissa järjestelmissä voimansiirron komponentit on yleensä järjestetty peräkkäin tukialustalle. Uudemmissa järjestelmissä on yhä enemmän valettuja konetelineitä kynän etuosassa, jotka ohjaavat roottorin kuormitukset ja naulan painon suoraan torniin, kun taas generaattori ja apulaitteet takaavat kotelon. kevyempään teräslevyrakenteeseen. Koneeseen on asennettu myös öljy- ja hydraulisyöttö-, lämmitys-, tiedonhankinta- ja käsittelyjärjestelmät, palohälytin ja mahdollisesti sammutusjärjestelmät . Monissa laitoksissa on nosturijärjestelmiä, joiden avulla yksittäisiä järjestelmän osia voidaan huoltaa tai vaihtaa ilman kalliita autonosturia. Ympäristöanturit asennetaan yleensä konetalolle, ja joissakin offshore -järjestelmissä on myös helikopterialusta.

Konejuna

Mekaaninen voimansiirto sisältää kaikki pyörivät osat, ts. H. Napa, roottorin akseli ja mahdollisesti vaihdelaatikko. Pitkään käytettiin järjestelmiä, joissa oli enimmäkseen kolmivaiheisia hammaspyöriä ja asynkronisia generaattoreita, sekä vaihteettomia järjestelmiä, joissa oli erikseen viritettyjä synkronigeneraattoreita (jälkimmäisen lähes yksinomaan Enercon- yhtiö ). 2000 -luvun lopulta lähtien on kuitenkin havaittu voimansiirtojen voimakas eriytyminen ja suuntaus kohti suoravetoisia tuuliturbiinia kestomagneettigeneraattoreilla . Erityisesti offshore -järjestelmissä on suuntaus vaihteettomiin tuulivoimaloihin.

napa

Vaikka roottori on myös osa roottoria, roottorin napa on mekaanisen voimansiirron ensimmäinen komponentti.Tuuliturbiinissa , joissa on vuosien vakiovarusteena oleva nousun säätö (terän säätö), terän säätökomponentit on sijoitettu roottoriin napa. Nämä sisältävät B. sähköiset tai hydrauliset servomoottorit ja niiden varavirtalähde, jotta järjestelmää voidaan turvallisesti jarruttaa ja sammuttaa myös sähkökatkon sattuessa. Koska roottorin napa on yksi tuuliturbiinin mekaanisesti rasittuneista osista, sen valmistus on erityisen tärkeää. Suurten järjestelmien roottorin navat on pääosin valmistettu valuteräksestä, erityisesti nodulaarisesta valuraudasta . Aiemmin myös teräslevystä tai taotuista osista tehdyt mallit olivat yleisiä.

Nykyään lähes yksinomaan jäykkiä navoja käytetään suurempien sarjan koneissa. Aikaisemmin, suoritettiin kokeita , joissa räpyttely sarana ja heilurin napa voidakseen vähentää mekaanista kuormitusta koko järjestelmän. Haittoja ovat monimutkaisuus, korkeammat kustannukset ja alttius epäonnistumiseen. Siksi erotetaan yleensä vain napoista, joissa on pysyvästi asennetut roottorin siivet, ja napoista, joissa on nousu.

tarttuminen

Nopeuden lisäämiseksi käytetään vaihteistoa. Mitä nopeammin generaattori käy, sitä pienempi se voidaan suunnitella. Vaihteistot ovat yleisiä, mutta eivät teknisesti välttämättömiä: Vaihteettomat mallit eivät olleet kovin yleisiä vasta noin vuonna 2005, ja siitä lähtien ne ovat saaneet markkinaosuutta. Sillä välin vaihdelaatikosta on tullut toimittajakomponentti, joka valmistaja ottaa tietyin säädöin sarjatuotannosta. Aiemmin lähetysongelmat johtuivat usein alimittaisista lähetyksistä. Haun (2014) mukaan nykyaikaiset järjestelmät on suunniteltu asianmukaisesti.

Tuulivoimansiirrot suunnitellaan yleensä useissa vaiheissa; kaistanleveys vaihtelee yhdestä neljään vaihteeseen. Vaikka puhtaita hammaspyöriä käytetään usein pienissä järjestelmissä, joiden teho on enintään noin 100 kW , suuremmissa järjestelmissä, hammaspyörien suurten laakerireaktiivisten voimien vuoksi, planeettapyöriä käytetään ainakin ensimmäisessä vaihteessa . Yli 2,5 MW: n järjestelmissä toisessa vaiheessa käytetään myös planeettapyörää. Näillä on yleensä kolmesta viiteen planeettaa ja siten useita kiinnityspisteitä, jolloin yksittäiset komponentit vapautuvat vääntömomentin jakautumisesta ja samalla voimansiirto voidaan tehdä kompaktimmaksi. Voimanjako voidaan saavuttaa myös tällä tavalla.

Viimeinen vaihdevaihe on yleensä suunniteltu hammaspyörävaiheeksi siten, että tulo- ja lähtöakselin välillä saavutetaan aksiaalinen siirtymä. Holkkiakseli mahdollistaa virtalähteen ja valvonta kaapelit kentällä moottorit sijaitsevat napa on helppo läpi vaihteiston ilman niitä tarvitse viedä läpi generaattorin.

jarru

Voimansiirtoon kuuluu myös jarru , jonka tyyppi riippuu roottorin lavan ohjauksen valinnasta. Järjestelmissä, joissa on pysäytys, jarrun on pystyttävä absorboimaan roottorin ja generaattorin koko liike -energia hätätilanteessa. Sen on siksi oltava erittäin tehokas. Joskus sitä käytetään myös käyttöjarruna roottorin nopeuden pitämiseksi toleranssien sisällä tuulen puuskissa . Tähän käytetään yleensä suuria levyjarruja . Järjestelmät, joissa on aktiivinen pysäytys- ja noususäätö, voivat kääntää roottorin siivet tuulesta ja jarruttaa niitä aerodynaamisesti. Mekaaninen jarrujärjestelmä on silloin pienempi tai se voidaan jättää kokonaan pois. Kaikissa järjestelmissä on oltava kaksi itsenäistä jarrujärjestelmää. Näitä ovat itsenäisesti säädettävät roottorin siivet.

Sertifiointiyritykset, kuten B. Germanischer Lloyd asetti voimansiirron osille eritelmät melun, tärinäkäyttäytymisen ja kuormitusprofiilien osalta. Tämä on erittäin tärkeää, koska nämä osat altistuvat poikkeuksellisille rasituksille.

generaattori

Kolmivaiheisia asynkronisia tai synkronisia generaattoreita käytetään muuttamaan mekaaninen sähkö sähköksi . Generaattori on optimoitu käyttöiän, painon, koon, huoltotöiden, kustannusten ja tehokkuuden mukaan, ja se on vuorovaikutuksessa vaihteiston ja verkkoliitännän kanssa. Nopeus generaattorin (ja siten roottori) voi olla vakio, kaksi-vaihe (matala ja korkea tuulen nopeudet) tai portaattomasti säädettävissä. Synkronigeneraattoreita tarvitaan pienillä nopeuksilla, kuten vaihteettomissa järjestelmissä (ns. Suorakäyttö).

Asynkroninen generaattori

Varhaiset voimansiirtokonseptit

Yksinkertaisimmillaan asynkronigeneraattorin on yksi, jossa on roottori . Jos se ei vaihda napaa, sitä voidaan käyttää vain verkkovirralla yhdellä nopeudella: useilla napapareilla , esim. B. 2 (eli neljä napaa), joiden verkkotaajuus on 50  hertsiä , synkroninen nopeus 1500 rpm. Generaattoritilassa roottorin nopeus (generaattorin akselin nopeus) on korkeampi kuin synkroninen nopeus (pienempi moottoritilassa, josta nimi asynkroninen kone).

Napa-vaihtuvilla asynkronisilla generaattoreilla on mahdollista käyttää tuuliturbiinia kahdella kiinteällä nopeudella. B. kahden tai kolmen napaparin kanssa. Tämä tarkoittaa, että synkroniset nopeudet ovat 1500 ja 1000 rpm. Etuna on, että generaattori voi toimia tehokkaasti sekä pienellä että suurella tuulen nopeudella. Näitä yksinkertaisia ​​asynkronisten generaattoreiden vaihtoehtoja ei yleensä enää käytetä nykyään.

Järjestelmät, joissa on vaihteisto ja kaksoissyöttöinen asynkroninen generaattori

Huolimatta lisääntyvästä kilpailusta vaihteettomista järjestelmäkonsepteista ja täysmuuttajajärjestelmistä, vaihteilla varustetut tuuliturbiinit, kaksoissyöttöiset asynkroniset koneet, joissa on liukurengasroottorit ja roottorin puoleiset taajuusmuuttajat, ovat edelleen yleisin tuuleturbiinityyppi Säädettävä nopeusalue ja osoittavat siten korkean tehokkuuden tasoa. Suhteessa generaattorin lähtöön taajuudenmuuttajan tuottama teho vastaa vain nopeuden suhteellista poikkeamaa synkronisesta nopeudesta, yleensä noin 30% generaattorin tehosta. Koska asynkroninen generaattori vaatii suurta nopeutta, tämäntyyppiseen rakenteeseen tarvitaan vaihteisto. Vaikka staattori toimittaa tehonsa synkronisesti verkkovirran kanssa molemmissa tapauksissa, loistehon tarvetta voidaan säätää herätysvaiheen kautta, mikä tarkoittaa, että tällaisilla käyttölaitteilla on samanlaisia ​​etuja kuin synkronigeneraattoreilla ja täysmuuttajilla.

Synkroninen generaattori

Suorakäyttöiset järjestelmät, joissa on erikseen viritetty synkronigeneraattori

Taajuusmuuttajilla varustettujen synkronigeneraattoreiden käyttö , koska niiden napaparien määrä on huomattavasti suurempi, jopa 36, ​​tarkoittaa, että lisävaihteesta voidaan luopua - niitä voidaan käyttää roottorin nopeudella. Tämän konseptin edut ulkoisesti viritetyn generaattorin kanssa ovat suurempi luotettavuus ja alhaisemmat ylläpitokustannukset. Tämä konsepti, joka vakiintui ja osoittautui nopeasti markkinoille, otettiin käyttöön 1990-luvun alussa Enercon E-40: n kanssa . Tämä kuitenkin aiheuttaa myös haittoja: muun muassa korkeampien investointikustannusten lisäksi. generaattorin halkaisija on suurempi (nimellistehosta riippuen 3–12 metriä, jälkimmäinen Enercon E-126: lle ) ja sen seurauksena suurempi generaattorin paino. Vaikka korkeammalla tornipään painolla tehoalueella 2–3 MW ei ole liian suurta vaikutusta, korkea tornin pään massa ja siten raaka-aine-, rakennus- ja logistiikkakustannukset ovat yhä ongelmallisempia yli 5 MW: n järjestelmissä MW.

Kuten kaikki synkroninen generaattorit käytetään vaihtelevalla nopeudella, taajuus syntyy jännite , joka vaihtelee nopeuden kanssa roottorin, on ensin korjattava tasavirraksi ja sitten muunnetaan takaisin vaihtovirraksi , jolla on grid Ulkoroottorimoottorit invertteri , jotta rehu verkkoon halutut jännite-, taajuus- ja vaihekulma -arvot . Muuntimen on käsiteltävä koko generaattoriteho; Kuitenkin irrottamalla generaattori ja syöttö, nämä järjestelmät saavuttavat korkean hyötysuhteen ja ottaen huomioon nykyisen tehoelektroniikan, erittäin hyvän verkkoyhteensopivuuden .

Järjestelmät, joissa on jatkuvasti viritetty synkronigeneraattori

Kestomagneettigeneraattorit (PMG) käyttävät kestomagneetteja ja niillä on useita etuja verrattuna erikseen viritettyihin generaattoreihin. Lisäksi hieman suurempi hyötysuhde, koska poistaminen magnetointiteho , ne voidaan rakentaa kompakti ja kevyempi , koska niiden korkeamman kentän voimakkuus , josta vaihteeton käsitteitä suuri generaattorit (esim Siemens Wind Power , Vensys , Goldwind ) erityisesti hyötyä. Kestomagneettigeneraattoreiden käytöstä on etuja ennen kaikkea vaihteettomissa merituulivoimaloissa, jotka ovat usean megawatin luokkaa, kun taas on olemassa useita muita todistettuja generaattorikonsepteja maalla sijaitseviin järjestelmiin. PMG: tä käytetään myös siirtojärjestelmissä, joissa on kompakti generaattori (esim. General Electric ja Vestas ). Tarvittavat kestomagneetit koostuvat yleensä harvinaisten maametallien magneeteista , kuten neodyymi-rauta-boorista . Dysprosiumia voidaan myös lisätä pitkäaikaisen kenttävoimakkuuden varmistamiseksi korkeissa lämpötiloissa . Neodyymi ja dysprosium ovat harvinaisia ​​maametalleja, ja ne ovat alttiita hintavaihteluille. Markkinahintariski valmistajille ja ympäristöongelmat liittyvät louhintaan ja louhinta harvinaisten maametallien ovat haitallisia. Taajuusmuuttajien tekninen kehitys on ottanut huomioon menneisyyden huonon hallittavuuden .

Täysin hydrostaattinen voimansiirto

Klo RWTH Aachen University , täysin hydrostaattinen voimansiirto tuulivoimaloiden tutkittiin testipenkissä klo Institute for Fluid Virta Asemat ja säätimet . Tämän käyttökonseptin avulla erikokoiset radiaalimäntäpumput kytketään suoraan roottorin akseliin ja roottorin siipien suuri vääntömomentti muutetaan suoraan hydrauliseksi energiaksi. Tilavuusohjatut hydraulimoottorit käyttävät synkronigeneraattoria, joka toimii vakionopeudella, joten taajuusmuuttajia ei tarvita verkon mukauttamiseen. Suora syöttö verkkotaajuudella toimivan synkronisen generaattorin kautta parantaa syöttövirran laatua puhtaan sinimuotoisen muodon avulla; samalla taajuusmuuttajakonseptilla on etuna erittäin hyvät vaimennusominaisuudet suuret vääntömomentit, kuten tuulenpuuskien aiheuttamat, mikä suojaa järjestelmän rakennetta.

Tuulen suunnan seuranta

Tuulensuunnan seuranta suoritetaan servomoottoreilla (joita kutsutaan myös atsimuutti- tai kääntömoottoreiksi ). Tuulen suunnan määräävät anturit, ns. Tuulen suunnan lähettimet . Seuranta tapahtuu hitaasti, jotta vältetään suuret gyroskooppiset vääntömomentit . Järjestelmän tärinän välttämiseksi torniakselin ympärillä servomoottorit (yleensä useita) on kiinnitetty toisiaan vasten tai koko laakeri lukitaan jarrulla, kun se ei ole liikkeessä. Käytetään myös liukulaakereiden luonnollista vaimennusta .

Kotelon sähköinen liitäntä ohjaussignaaleja varten ja tornin sisäpuolella tuotettu sähkö tehdään vapaasti riippuvien, vääntöjoustavien kaapeleiden avulla. Suurilla sähkövirroilla liukuvat kosketusrenkaat ovat liian huoltointensiivisiä. Jotta näitä kaapeleita ei kierrettäisi liikaa, gondolin kierrosten lukumäärää kumpaankin suuntaan rajoittaa keskiasento. Tavalliset kiertokulmat ovat 500-600 °, mikä tarkistetaan kierrelaskureilla. Jos suurin sallittu kierre saavutetaan, suutin pyörii muutaman kerran pystyakselin ympäri vastakkaiseen suuntaan roottorin ollessa paikallaan rentouttaakseen kaapelin.

Sähkö / syöttö

Sähkölaitteet voidaan jakaa generaattoriin , virransyöttöjärjestelmään ja laitoksen toiminnan ohjaus- ja valvontajärjestelmään.

Vanhemmissa kiinteänopeuksisissa järjestelmissä generaattori, jossa on joskus välimuuntaja jännitteen säätämistä varten, on kytketty suoraan julkiseen sähköverkkoon - se toimii verkkotaajuudella. Jos kyseessä on oikosulkuroottorilla varustettu asynkroninen generaattori , loistehon kompensointilaite on kytketty rinnakkain generaattorin kanssa. Nykyaikaisissa järjestelmissä generaattorin nopeus irrotetaan verkkotaajuudesta AC -muuntimen avulla .

Molemmilla generaattorivaihtoehdoilla jännite muutetaan lopulta vastaavassa keskijänniteverkossa tavanomaiseksi järjestelmän nimellisjännitteeksi . Tuulivoimala on kytketty julkiseen sähköverkkoon katkaisijoiden kautta , ja anturia käytetään lähetetyn tehon määrittämiseen. Vaikka pienet järjestelmät voivat syöttää pienjänniteverkkoihin , normaalit tuuliturbiinit on lähes aina kytketty keski- tai suurjänniteverkkoon, ja niiden on siksi täytettävä keskijännitedirektiivi verkon vakauden varmistamiseksi . Käyttöönotto edellyttää todistusta verkon vaatimustenmukaisuudesta: operaattorin on muun muassa todistaa, että sovellettavia ohjeita (esim. verkkojännitteen , välkkymisen , yliaaltojen ja verkon tuen noudattaminen lyhyiden jännitehäviöiden yhteydessä) noudatetaan.

Nykyaikaiset tuuliturbiinit pystyvät toimittamaan tasapainoenergiaa ja ottamaan haltuunsa muita järjestelmäpalveluja sähköverkon turvallisuuden takaamiseksi; kyky, joka tulee tärkeämmäksi uusiutuvien energialähteiden osuuden kasvaessa. Lisäksi tuuliturbiinien on kyettävä tarjoamaan niin sanottu oikosulkuteho oikosulun sattuessa irrottamatta suoraan verkosta verkon vakauden varmistamiseksi. Uusia tuulipuistoja voidaan säännellä kokonaisuudessaan.

Järjestelmiä, joissa on sävelkorkeuden säätö, voidaan käyttää erillisissä verkoissa, joissa ei pyritä enimmäistuotantoon kuten yhteenliitetyssä verkossa, kuormanseuranta-tilan tehontarpeen mukaisesti. Lisäksi, kuten perinteisissä voimalaitoksissa, kuristettu toiminta on periaatteessa mahdollista, mikä mahdollistaa tietyissä rajoissa jatkuvan energian syöttämisen tuulen vähentyessä.

Sen lisäksi , että muuttuvilla nopeuksilla varustetut tuuliturbiinit tuottavat negatiivista ohjaustehoa kuristamalla tehoa, ne voivat periaatteessa myös syöttää positiivista ohjaustehoa verkkoon lyhyeksi ajaksi (eli muutaman sekunnin ajan) lisäämällä tehoa. Tällä tavalla tuuliturbiinit, joilla on asianmukainen järjestelmäohjaus, voivat edistää sähköverkon taajuuden vakautta sekä ylitaajuudella että alitaajuudella. Tähän tarvittava energia tulee roottorin ja voimansiirron tallennetusta kineettisestä energiasta, jonka nopeus laskee prosessin aikana. Vuodesta 2015 lähtien ensimmäiset valmistajat pyrkivät varustamaan järjestelmät tällä tehostustoiminnolla voidakseen tarjota enemmän järjestelmäpalveluja verkkotukeen.

Toinen tärkeä osa on järjestelmän ohjaus- ja valvonta -anturit . Tuuliturbiinit valvovat jatkuvasti niiden mekaanisia osia havaitakseen muutokset ja pystyäkseen estämään vaurioita tapahtumalla ajoissa (esim. Tärinädiagnoosin avulla). Vakuutusyhtiöt tuulivoimaloiden vaatia etävalvonta tai kunnonvalvonnan järjestelmiä jos kasvit on vakuutettu halvalla.

Järjestelmät on kytketty etädiagnoosiverkkoon, joka lähettää kaikki arvot ja toimintatilat sekä mahdolliset toimintahäiriöt ohjauskeskukseen. Tämä koordinoi kaikki huoltotyöt. Tuuliturbiinin tärkeimmät ominaisuudet voidaan antaa omistajille Internetin erikoistarjouksissa. On myös järjestelmiä, jotka myös ilmoittavat omistajalle tekstiviestillä käynnistyksen, sammutuksen tai toimintahäiriöiden yhteydessä .

torni

Torni altistuu ajoittain suurille kuormille, joita sen on kestettävä turvallisesti kaikissa käyttöolosuhteissa. Puuskissa tuulikuorma on suurempi kuin roottorin ja suulakkeen paino, joiden massa voi yhdessä olla jopa useita satoja tonneja , ja tuulikuormitus aiheuttaa suuria taivutusmomentteja erityisesti tornin juuressa . Mitä korkeampi torni on ratkaiseva tekijä järjestelmän tuottavuudelle, sitä leveämpi on tornin pohja. Tornin rakentamisessa otetaan huomioon kuljetus työmaalle, pystytys ja mahdollisuuksien mukaan myös purkaminen; tornit lasketaan järjestelmän suunnitellun käyttöiän ajaksi. Tämän vuoksi olemassa olevia torneja ei yleensä voida enää käyttää tukena nykyaikaisemmille järjestelmäsukupolville tämän käyttöiän päätyttyä. Kun kunto mitataan z. B. Kaksikymmentä vuotta vanhoista torneista ei juurikaan ole kokemusta: nykyiset 20- tai 25-vuotiaat tornit ovat yleensä niin alhaisia, että purkaminen ja uudisrakentaminen ( uudelleensijoittaminen ) vaikuttaa houkuttelevammalta kuin vanhan tornin varustaminen uudella gondolilla tai uusilla siivillä .

Pienissä järjestelmissä käytettiin toisinaan torneja, joihin oli ulkoinen pääsy, eli tikkaita tornin ulkopuolella. Tämä mahdollisti tornien ohuemman suunnittelun, koska sen jälkeen sisätiloihin ei tarvinnut päästä käsiksi. Suuremmat järjestelmät, ristikkomastot lukuun ottamatta, kiipeävät yleensä tornin sisään. Yli 80 m korkeissa torneissa on usein tikkaat, joissa on turvalaite, ja auto tai hissi, joka helpottaa nousua. Lisäksi materiaalien kuljettamiseen on usein kaapelivinssi tai nosturi.

Vaikka suhteellisen pienet tornit ovat riittäviä rannikkoalueilla, Pohjois -Saksan sisätiloissa odotetaan noin 0,7%: n lisätuottoa korkeusmetriä kohti, jolloin arvo voi vaihdella välillä 0,5-1% sijainnista riippuen. Valmistajat tarjoavat siksi erilaisia ​​tornikorkeuksia ja -vaihtoehtoja samalle roottorikoolle. Korkea torni asetetaan yleensä päällekkäin yksittäisissä osissa, koska sitä ei voida kuljettaa rakennustyömaalle yhtenä kappaleena. Yksittäiset osat ovat mahdollisimman suuria. Tämä koskee sekä tornit valmistettu teräsputkien, on terästä kehyksiä (ks masto-osan ), ja jotka on valmistettu puusta (katso jäljempänä), koska asennustyöt paikan päällä tai jopa tehtaalla on nopeampi ja turvallisempi kuin riippuvia kuormia.

Mitä korkeampi tornin korkeus on, sitä epätaloudellisempaa on käyttää nosturia tornin pystyttämiseen sekä kojelaudan ja roottorin kokoamiseen. Ylös kääntyvät torninosturit , jotka ankkuroidaan kasvavaan torniin, painavat vähemmän, ja ne on tuotava työmaalle kapeampien kulkureittien kautta ja löydettävä tilaa ja tukea tornin pohjalta, mikä on etu etenkin metsäalueilla.

Joissakin tuuliturbiineissa torneja käytetään myös paikana, jolla lähetetään antenneja radiopalveluille, joilla on alhainen teho erittäin lyhyillä aaltoalueilla , kuten matkaviestintä .

Terästornit

Erotetaan putkimaiset teräs- ja teräskuoritornit . Teräsputket ovat nykyään vakiorakenne tuuliturbiinitornit. Niillä on kartiomainen muoto ja ne koostuvat yleensä kahdesta viiteen osaan, jotka on ruuvattu yhteen laippayhteyksillä . Perinteisellä rakenteella niillä voidaan saavuttaa enintään 120 m: n navan korkeus (vuodesta 2014 alkaen), ja seinämäpaksuus on 10–50 millimetriä. Putket, jotka eivät ole liian suuria, voidaan valmistaa tehtaalla ja kuljettaa sitten maantiellä. Tornialustan optimaalinen halkaisija on yli 6 m, koska suuret halkaisijat voivat säästää materiaalia verrattuna kapeamman pohjan torneihin, mutta perinteiset rakennusmenetelmät sallivat vain noin 4,5 m: n halkaisijat.

On kuitenkin mahdollista suurentaa tornin pohjaa kiertämällä yhteen useita pituussuuntaisia ​​levyjä valssattujen tornien sijasta ja siten saavuttaa suurempia navan korkeuksia. Joillakin valmistajilla, kuten Vestalla tai Siemensillä, on havaittavissa alan suuntauksen vastaisesti, että terästornien käyttö lisääntyy. Esimerkiksi vuonna 2015 Vestas esitteli terästornin, joka koostui kolmesta 120 ° segmentistä, joiden tornin pohjan halkaisija oli yli 6 m ja navan korkeus 149 m, jolloin seinämän paksuus voitaisiin karkeasti puolittaa tavallisiin torneihin verrattuna.

Näissä ns. Vaikka tässä tornimuunnoksessa on huomattavasti enemmän ruuviliitoksia kuin teräsputket, yksittäisten tornisegmenttien taitetut levyt voidaan kuljettaa suhteellisen pienellä vaivalla. Lisäksi voidaan toteuttaa suuri tornin pohjan halkaisija niin, että voidaan käyttää pienempiä levyjä kuin mitä vaadittaisiin teräsputkelle, jolla on tietty tornin pohjan halkaisija. Teräskuoresta valmistettuja torneja käytetään prototyyppeinä sekä puhtaina teräskuorina että hybriditornina. Lagerwey rakentaa tämän teräskuoritornin, jonka pohjahalkaisija on enintään 12,70 m, tyypille L 136 ja testaa tämän tuuliturbiinin rakennetta kiipeilynosturilla.

Hybriditornit

Korkeissa torneissa on tähän asti lähes aina käytetty hybridirakenteita, joiden alaosa on betonia, jolloin voidaan käyttää paikan päällä olevaa betonia, tai mikä on tavanomainen rakenne, esivalmistettuja osia, jotka voidaan liittää soi edullisesti ja nopeasti paikan päällä. Sisävesialueilla, joilla vaaditaan korkeita torneja, hybriditornit ovat vakiotorni, koska perinteisesti valmistetut puhtaat teräs- tai betonitornit eivät ole taloudellisia vaihtoehtoja. Betonirenkaat, jotka koostuvat yhdestä kolmeen pyöreään segmenttiin riippuen niiden sijainnista tornissa ja ovat lähes neljä metriä korkeita, kerrostetaan päällekkäin teräsosaan siirtymiseen asti, jolloin torni kapenee korkeuden kasvaessa . Joka tapauksessa betonitorni, jossa on jänteet . Ne voivat kulkea kanavissa betonikuoren sisällä tai seinän sisäpuolella. Jälkimmäisen etuna on se, että siihen pääsee käsiksi ohjausta tai jopa vaihtoa varten, ja se helpottaa tornin purkamista. Hybriditornissa välipala siirtää veto- ja puristusvoimat tornin ylemmästä teräsosasta jänteisiin tai betoniin.

Lattice -mastot

Toinen tornimuunnelma on hila -masto , joka oli aiemmin v. a. on rakennettu Tanskassa monta kertaa. Etuja ovat alhaisemmat materiaalivaatimukset ja suurempi sisäinen vaimennus verrattuna teräsputkiputkiin. Valmistus on suhteellisen työvoimavaltaista, koska automaatiovaihtoehtoja on vähän. Siksi ristikkomastotornit ovat tänään (2013) v. a. yleistä maissa, joissa työvoimakustannukset ovat alhaiset . Myös miesten mastojen käyttö on mahdollista.

Puiset tornit

Puu nähdään tulevaisuuden lupaavana rakennusmateriaalina . Tähän tarkoitukseen käytetty kuusi on helposti saatavilla, ja toisin kuin muut rakennusmateriaalit, sen valmistus ei vapauta hiilidioksidia . Lisäksi sillä on suuri väsymislujuus ja sen käyttöikä on valmistajan mukaan 40 vuotta, jos se käsitellään oikein. Lisäksi, toisin kuin olemassa olevat tornit, se on erittäin helppo kuljettaa 40 jalan säiliöissä ja on täysin kierrätettävä . Puutornien odotetaan olevan halvempia valmistaa kuin perinteiset tornikonseptit, erityisesti suuret navan korkeudet.

Ensimmäinen prototyyppi Hannover-Marienwerder tuulivoimalan rakennettiin lokakuussa 2012, ja otettu käyttöön joulukuussa 2012.. Timbertower GmbH : n 100 metriä korkealla puutornilla käytetään 1,5 MW: n tyyppistä Vensys 77 -järjestelmää . Puutorni koostuu 28 kerroksesta ja siinä on vakaa kahdeksankulmainen ulkoseinä, jonka seinämäpaksuus on noin 30 cm ja joka on valmistettu vanerista. Tämän tornin valmistamiseksi kaadettiin noin 1000 puuta (noin 400 m³ puuta = noin 200 t). Tuulivoimalan nokka ja roottori painavat tornissa noin 100 tonnia. Noin 70 langankärkeä ulkonee tornin seinästä salaman ohjaamiseksi. UV-kestävä PVC-kalvo muodostaa tornin suojaavan ulkokuoren.

säätiö

Tuuliturbiinin vakauden on oltava korkea. Maalla matala perusta valitaan useimmiten kustannussyistä . Jos maaperä on epähomogeeninen, maaperä voi olla tarpeen vaihtaa ennen perustuksen rakentamista kantavuuden parantamiseksi. Jos pohjatasolla on vain hyvin pehmeää maaperää, paalut porataan tai jyrsitään vakaammiksi kerroksiksi ja niiden peitetyt päät yhdistetään perustuksen vahvikkeeseen ( paaluperusta tai syvä pohja ). Koska paalut voivat siirtää puristus- ja vetovoimia, paalupäätilat ovat yleensä pienempiä kuin matalat perustukset. Huomattavasti korkeammat kustannukset verrattuna tavalliseen tasaiseen perustukseen ovat kuitenkin negatiivisia.

Koska kaatumissäätöiset järjestelmät altistuvat myrskyvaiheissa merkittävästi suuremmille kuormille kuin järjestelmät, joissa on nousunhallinta, ja jotka voivat kääntää roottorinlavansa ulos tuulesta, jumitusohjattujen järjestelmien perustan on oltava suurempi samalla teholla. Siksi tällaisten järjestelmien kustannukset ovat jopa 50% korkeammat kuin järjestelmät, joissa on terän säätömekanismi.

Laitosten perustamiseen merituulipuistoihin on erilaisia ​​menettelyjä. Ontot teräspaalut työnnetään usein maahan. Pienet tuuliturbiinit voidaan asentaa yksittäisiin paaluihin ( monopiileihin ), kolme tai neljä ovat yleisiä suuremmille ( kolmijalka / triple tai takki ). Sen sijaan, että paalujen, kauhan perustukset ovat yhä useammin käytetään, joka tuodaan alipaine sijasta meluisa tiivistymistä. Raskaansarjan säätiö on tasainen perusta kanssa betonivalmisosa.

On konsepteja tuulivoimalan kelluntarunkoa ankkuroitu merenpohjaan, jotka eroavat toisistaan lähinnä siinä, miten kallistuskokeeseen on torjua. Joitakin tällaisten kelluvien tuuliturbiinien prototyyppejä testataan jo (vuodesta 2018). Ne voidaan asentaa jyrkemmille rannikoille, kuten Amerikan länsirannikolle tai Japaniin, mutta ne ovat kalliimpia.

Offshore -laitteet

Kuten kaikki offshore -asennukset , myös avomeren tuuliturbiinit ovat alttiita korroosiolle aggressiivisesta, suolaisesta meri -ilmasta . Siksi toteutetaan lisäsuojatoimenpiteitä. Tämä sisältää meriveden kestävien materiaalien käytön, korroosiosuojan parantamisen , tiettyjen kokoonpanojen täydellisen koteloinnin sekä ylipaineilmanvaihdolla varustettujen konekammioiden ja tornien käytön .

Asennettaessa, vaihdettaessa osia ja suoritettaessa huoltoa paikan päällä on otettava huomioon offshore-olosuhteet. Järjestelmä on suunniteltu korkeammalle keskimääräiselle tuulen nopeudelle (muu tuuliluokka). B. tekee vastaavan roottorin rakenteen ja sen koordinoinnin generaattorin kanssa. Toinen sijaintiongelma on värähtelyt, joihin tuuliturbiini voi herättää merellä (aallot ja vesivirrat). Epäsuotuisissa olosuhteissa niillä voi olla itseään vahvistava vaikutus, joten niiden esiintyminen on otettava huomioon myös suunnittelussa ja käytönhallinnassa.

Jos Saksan tapaan useimpia merituulipuistoja ei suunnitella rannikon lähelle, vaan yleensä talousvyöhykkeelle , joka on suhteellisen kaukana rannikosta syvässä vedessä ( ks. Myös merioikeus ), on kiinnitettävä erityistä huomiota pääsy järjestelmiin. Jotkut käsitteet tarjoavat myös helikopterialustoja . Tuotetun sähköenergian siirtäminen rannikon syöttöpisteeseen vaatii myös erityistoimenpiteitä. On suurjännitejohtoihin kuten merenalaisia kaapeleita makaavan kauempana kuin ruokinta erityisesti tasavirta suurjännitteisten muodossa offshore HVDC järjestelmiä käytetään.

Sääntely ja hallinta

On olemassa erilaisia konsepteja ja säätelemiseksi järjestelmien, joista osa vaikuttaa järjestelmän suunnittelusta ja sen osista. Tuuliturbiinien tekninen saatavuus on ollut 98% ja enemmän noin kymmenen vuoden ajan (vuodesta 2014).

Käynnistys- ja sammutustuulen nopeus

Ohjauselektroniikka käynnistää tuuliturbiinit lupaavilla tuulen nopeuksilla (käynnistystuulen nopeus) ja sammuttaa ne uudelleen, jos tuulen nopeus on liian suuri (tuulen katkaisunopeus). Tuulennopeus voidaan määrittää säätimellä tuulimittarin kautta tai se voidaan määrittää roottorin nopeudesta ja lähtötehosta.

Jos tuulen nopeus on liian alhainen taloudelliseen käyttöön, järjestelmä siirtyy valmius- tai linkoustilaan. Niissä järjestelmissä, joissa on sävelkorkeuden säätö, terät käännetään purjeasentoon, järjestelmät, joissa on kaatumissäätö kokonaisuudessaan (roottori ja nokka), käännetään tuulesta. Roottorin tarttuminen rasittaisi laakereita enemmän kuin pyöriminen pienellä liikkeellä. Generaattori tai invertteri on irrotettu sähköverkosta. Ohjauselektroniikka ja roottorin lavan säätämiseen ja tuulen suunnan seurantaan liittyvät toimilaitteet saavat sitten energian verkosta. Hätävirtalähde mahdollistaa turvallisen sammutuksen (käännä terät höyhenpeitteiseen asentoon tai jarruta) sähkökatkon sattuessa.

Kun tuulen nopeus on tyypillisesti 3–4 m / s ( tuulen voimakkuus 2–3 Bft), ohjaus kytkee tuuliturbiinin päälle, koska vasta silloin voidaan vapauttaa merkittäviä määriä sähköä sähköverkkoon. Normaalikäytössä järjestelmää käytetään sitten suunnitellun nopeudensäätökonseptin mukaisesti (katso seuraavat kohdat).

Tuuliturbiinien tyypillisten ominaisuuksien valikoima

Alkaa tuulen nopeus	2,5 - 4,5 m / s
Suunnittele tuulen nopeus (koskee vain vanhempia, kiinteänopeuksisia järjestelmiä)	6-10 m / s
Nimellinen tuulen nopeus	10-16 m / s
Katkaise tuulen nopeus	20-34 m / s
Selviytymisen tuulen nopeus	50-70 m / s

Vanhemmat järjestelmät sammutettiin äkillisesti suurilla tuulen nopeuksilla välttääkseen mekaanisen ylikuormituksen aiheuttamat vauriot, joilla oli kuitenkin negatiivinen vaikutus sähköverkon turvallisuuteen. Pitch-ohjatut järjestelmät käänsivät teränsä purje-asentoon ja siirtyivät linkoustilaan, pysäytysohjatut järjestelmät käännettiin pois tuulesta ja asetettiin jarrun avulla. Uudemmat järjestelmät ovat sitä vastoin varustettu ohjausmekanismeilla, jotka kääntävät terät vähitellen pois tuulesta, kun ne sammutetaan, ja mahdollistavat siten hellävaraisen sammutuksen laskemalla syöttöä jatkuvasti. Tämän asetuksen toinen etu on, että sekä sammutus- että käynnistysajat lyhenevät, mikä lisää sähköntuottoa ja verkon vakautta. Lisäksi jotkut valmistajat varustavat järjestelmäänsä niin kutsutuilla myrskyohjauksilla , jotka estävät nopean sammutuksen vähentämällä jatkuvasti nopeutta. Tällaisissa järjestelmissä virrankatkaisu on siksi välttämätöntä vain erittäin suurilla tuulen nopeuksilla yli 30-35 m / s, mikä on hyvin harvinaista.

Liian korkean tai liian pienen tuulen nopeuden lisäksi muut syyt voivat johtaa siihen, että tuuliturbiini on poistettava verkosta. Nämä sisältävät:

• Toimintahäiriöt ja tekniset viat
• Tuuliturbiinin tai jakeluverkon huolto- ja korjaustyöt
• Varjojen heittäminen
• kuorrutus
• (Väliaikainen) riittämätön jakeluverkon kapasiteetti .

Nopeuden säätö

Tuuliturbiini toimii optimaalisesti, kun roottorin nopeus sovitetaan tuulen nopeuteen. Roottorin ( pysähtyminen , aktiivinen jumiutuminen tai nousu) ja generaattorin (vakionopeus, kaksivaiheinen tai muuttuva) ohjauskonseptien yhdistelmä on otettava huomioon.

Ohjauskäsitteet

Ei-säädettävässä roottorin siivessä nimellinen tuulen nopeus on käyttämällä "passiivista jumisäätöä" jumitusrajoitusten yläpuolella . "Jumiutumisen hallinta" tarkoittaa, että roottorin siivet toimivat selvästi hyökkäyskulman yläpuolella maksimaalisen nostokyvyn saavuttamiseksi (iskukulma n. + 15 °) (katso siipiprofiili ). Suurimpien haittojensa vuoksi tätä ”asetusta” ei enää käytetä tuulivoimalaitoksissa (WKA), joiden teho on yli 500 kW. "Aktiivinen pysäytysohjaus" (säädettävät roottorin siivet), joka ei ole enää ajan tasalla, oli helpompi pitää nopeus vakiona. Nykyään käytetään vain aktiivista äänenkorkeuden säätöä. Tämä tarkoittaa, että roottorin siipiä ohjataan vain iskukulman alueella nollasta enimmäisnostoon (iskukulma n. -5 ° - + 15 °). Aktiiviset servomoottorit muuttavat roottorin siiven iskukulmaa tuulen nopeuden ja generaattorin kuormituksen mukaan. Generaattori käyttää vastavääntömomenttia roottoriin. Jos verkkoon tulee enemmän syötettä, se hidastaa enemmän.

• WKA, jossa on kaksoissyöttöiset asynkroniset generaattorit tai Dahlander- vaihteet tai kaksivaihteiset vaihteet, vaihtavat mahdolliset roottorin nopeudet haluttuun generaattorin nopeuteen.
• DC-muuntimella varustetut tuuliturbiinit tuottavat nopeudesta riippumatta "keinotekoisesti" tyristoreita käyttämällä 3-vaiheisen kolmivaiheisen virran, jolla on vakio. Äänenvoimakkuuden säädöllä vakionopeutta ei tavoitella, vaan optimaalinen nopeus maksimaalisen aerodynaamisen tehokkuuden saavuttamiseksi.
• WT: t, joissa on ruudukkosynkroniset generaattorit, pitävät pyörimisnopeuden sävelkorkeuden säätimen kanssa voidakseen syöttää vakiotaajuuden verkkoon.
• Muuttuvalla vaihteella varustetut tuuliturbiinit (momentinmuuntimet) pitävät generaattorin nopeuden vakiona eri roottorin nopeuksilla eivätkä tarvitse tehomuutinta.

Muuttuvanopeuksiset nousuohjatut järjestelmät

Muuttuvanopeuksiset, nousuohjatut järjestelmät edustavat tuuliturbiinien rakentamisen nykyaikaa. Niissä yhdistyy useita etuja: Näitä ovat:

• muuttuvaa roottorin nopeutta, jotta roottoria voidaan aina käyttää aerodynaamisesti optimaalisella nopeudella nimellistehon alapuolella
• pienemmät kuormitukset voimansiirrossa johtuen pienemmistä vääntömomentin vaihteluista, erityisesti suurilla tehotasoilla
• pienemmät melupäästöt heikkojen tuuliolosuhteiden aikana alhaisen roottorin nopeuden vuoksi
• Pienemmät vääntömomentin vaihtelut johtuen mahdollisuudesta käyttää roottoria vauhtipyöränä puuskien aikana

Toisaalta haittana on invertterien tarve, mukaan lukien niiden haitat, ja monimutkaisuus verrattuna yksinkertaisempiin rakenteisiin.

Erotetaan kaksi toimintatilaa: nopeuden säätö osakuormituksessa (vääntömomentin säätö) ja nopeuden säätö täydellä kuormituksella (nousun säätö).

Vääntömomentin säätö

Osakuormituksessa on tärkeää maksimoida suorituskyky. Tätä varten terän kulma ja suuri nopeus on optimoitu. Nopeus on suunnilleen verrannollinen tuulen nopeuteen, ja siihen vaikuttaa generaattorin vastamomentti.

Pitch -säätö

Jos nimellisteho saavutetaan tuulen nimellisnopeudella, sato vähenee kääntämällä lehdet nenällä tuuleen. Tätä kutsutaan pitchingiksi . Aerodynaamisesti luotu vääntömomentti sovitetaan keskimäärin generaattorin vääntömomenttiin. Puuskien aiheuttamat lyhytaikaiset poikkeamat voivat imeytyä roottorin nopeuden vaihteluihin, jotka tässä rakenteessa ovat riippumattomia verkkotaajuudesta.

Nämä tuuliturbiinien ei ole mekaaninen ajojarru, mutta pysähtyi , kun se kytketään pois päältä kautta pihkanhallintamenetelmiä ja asettaa vain huoltotöitä varten.

Ruudukkosynkroniset järjestelmät talon ohjauksella

Tämäntyyppinen järjestelmä tunnettiin nimellä ”tanskalainen konsepti”, ja sitä käytettiin 1990 -luvulle asti noin 500 kilowatin nimellistehon tuuliturbiinien rakentamisessa. Se koostuu kolmiteräisestä roottorista, jossa on ei-säädettävät roottorin siivet, joiden nopeus kytketään vaihteiston kautta kiinteään suhteeseen generaattorin nopeuteen. Generaattori toimii synkronisesti verkkovirran kanssa, joten roottori toimii vakionopeudella. Siksi terien iskukulma kasvaa tuulen nopeuden ja sen myötä myös nostovoiman myötä. Kasvava osuus nostovoimasta tulee tehokkaaksi työntövoimana, joten vääntömomentti ja teho lisääntyvät suunnilleen neliömetriä tuulen nopeuden mukaan. Jumisuoja tarkoittaa nyt sitä, että järjestelmät on suunniteltu siten, että ennen kuin suurin sallittu vääntömomentti saavutetaan, iskukulma tulee niin suureksi, että virtaus pysähtyy , eli pysähtyy . Tämä toi kuitenkin mukanaan paljon melua.

Käyttämällä Dahlanderin navakytkintä generaattorissa voidaan käyttää kahta nopeutta suhteessa 1: 2 osakuorman ja koko kuormitusalueen kattamiseksi.

Tämäntyyppinen järjestelmä on suurelta osin vastuussa tuuliturbiinin huonosta maineesta verkkoyhteensopivuuden kannalta. Roottorin nopeus voidaan pitää vakiona vain toleranssialueella. Tuulenpuuskat voivat aiheuttaa lyhytaikaisia ​​syöttöpiikkejä, jotka johtavat jännitteen vaihteluihin, jännitteen ja virran yliaaltoihin sähköverkossa. Tämä puute voidaan korjata taajuusmuuttajalla varustetuilla muuttuvien nopeuksien järjestelmillä . Monissa näistä järjestelmistä on mekaaninen käyttöjarru, suuri levyjarru vaihteiston ja generaattorin välissä, jota käytetään ylinopeuden sattuessa roottorin palauttamiseen nimellisnopeuteen. Turvallisuussyistä asennetaan yleensä aerodynaaminen jarru, usein ns. Jos roottori ylikuormittuu, roottorin terän pää vedetään ulos terästä kierukka-akselin keskipakovoimalla ja asetetaan suorassa kulmassa virtaukseen, mikä aiheuttaa jumittumisen.

Ilman terän kulman säätöä nämä järjestelmät eivät useinkaan pystyneet käynnistymään itsenäisesti, kun tuuli oli vähäistä. Siksi, kun tuulen nopeus oli riittämätön, generaattoria käytettiin lyhyesti moottorina roottorin pyörimiseen.

Ruudukkosynkroniset järjestelmät aktiivisella talonohjauksella

Tuuliturbiinit, joissa on aktiivinen jumiutumisen hallinta, pyrkivät siirtämään juoksunhallinnan ja verkostosynkronisen käytön käsitteen ilman kalliita tasasuuntaajia ja inverttereitä suurempiin järjestelmiin, jopa megawattialueelle. Näissä järjestelmissä roottorin lapojen pysähtymistä voidaan ohjata myös säätämällä siipiä. Tuulen heilahteluja (puuskia) voidaan kompensoida paremmin kuin passiivisella pysähdyksenhallinnalla. Terän säätö toimii vastakkain nousun säätöä ja lisää hyökkäyskulmaa, kunnes se pysähtyy. Myrskyn sattuessa lehtiä voidaan kääntää takareuna eteenpäin. Tällöin järjestelmää ei tarvitse kääntää ulos tuulesta.

omaan käyttöön

Ohjausta ja säätöä varten tuulivoimalat tarvitsevat sähköenergiaa, ns. Voimalaitoksen omaa kysyntää . Tuulivoimalaitosten osalta tämä oma vaatimus on 0,35–0,5% tuotetusta sähköenergiasta. Eberschwangissa rakennetuilla kahdella 500 kW: n Enercon E-40 / 5.40 -järjestelmällä , joiden vuotuinen yhteistuotanto on noin 1,45 miljoonaa  kWh, määritettiin yhteensä 8000 kWh, mikä vastaa noin 0,55%. Perinteisen lämpövoimalaitoksen sisäinen vaatimus sen sijaan on noin 5% nimellisteholla.

Elinikä ja kierrätys

Perinteisesti suurin osa tuuliturbiinit ovat suunniteltu käyttöikä on 20 vuotta. Tämä vastaa IEC: n ja DIBt : n asettamia standardeja tuuliturbiinien sertifioinnin alarajaksi . Olemassa olevista järjestelmistä saatujen kokemusten perusteella 30 vuoden käyttöiän arvioidaan kuitenkin olevan realistisempi. Useita uusia järjestelmiä suunnitellaan ja sertifioidaan 25 vuodeksi. Vuonna 2014 Enercon julkisti uuden tuotealustan, jonka sertifioitu käyttöikä on 30 vuotta.

Kanssa repowering , vanhat järjestelmät on korvattu suurempia, nykyaikaiset uusia järjestelmiä. Teknisen kehityksen seurauksena uudet järjestelmät ovat hiljaisempia ja tehokkaampia, mutta samalla ne mahdollistavat korkeamman tuoton, erityisesti alhaisemmat ylläpitokustannukset ja maiseman helpotuksen muutamien suurten sijasta suuren määrän pieniä järjestelmiä. Uudistaminen on yleensä järkevää vasta noin 20 vuoden käyttöjakson jälkeen, mutta yksittäistapauksissa jopa huomattavasti aikaisemmin.

Tuulivoimalaitoksia voidaan käyttää koko alkuperäisen sertifioidun käyttöiän ajan edellyttäen, että riippumattomat asiantuntijat voivat esittää todisteet käyttöturvallisuudesta . Saksassa toiminnanharjoittajan täytettävät kriteerit on määritelty tuuliturbiinien käytön jatkamista koskevissa ohjeissa. Useat valmistajat tarjoavat turbiinipäivityksiä, jotta voimalaitosten teknistä toimintaa voitaisiin yksinkertaistaa tai jotta ne olisivat ensinnäkin mahdollisia. Pidentämällä käyttöajan - sekä suunnitellun käyttöiän ja toiminnan jatkuminen perin suunniteltu käyttöikä - on nähty olevan suurta potentiaalia vähentää sähkön tuotantokustannuksia tuulienergian.

Liittovaltion ympäristövirasto Saksan yhdistelmää tutkimuksessa, onko varaa on perustettu tuulivoimayhtiöt purku- ja onko kierrätyskapasiteetti on riittävät ja tuli siihen tulokseen, että ei ole riittävästi kierrätyskapasiteettia, erityisesti jopa 70000 tonnia kuitukomposiitteista odotetaan vuodessa, kun taas komponentit, kuten betoni, teräs ja muut metallit, eivät olleet ongelma. Vuodelle 2038 tutkimuksessa ennustettiin yli 300 miljoonan euron kuilua rahoituksen purkamisessa.

Ympäristövaikutus

Kuten muutkin energiantuotantorakenteet ja -järjestelmät, tuuliturbiinit ovat vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Näitä ovat vaikutukset eläinmaailmaan , kasvimaailmaan , äänipäästöt , varjot ja maiseman ulkonäköön vaikuttaminen . Yleisesti ottaen luonnonsuojeluliitot pitävät tuulienergiaa avaruustehokkaimpana ja energiatehokkaimpana uusiutuvan energian tuotantomuodona, ja sen laajentaminen on tervetullutta. Tuulienergian tuotantoa laajennettaessa on kuitenkin varmistettava, että riski jo uhanalaisille lintu- ja lepakkolajeille ei kasva entisestään.

Maan kulutus

Maa kulutus tuuliturbiinien on suhteellisen alhainen, pintavuorauksesta on hyvin pieni verrattuna muihin regeneratiivisen sekä fossiilisten sukupolvi tyyppejä. Suurin osa nykyään asennetuista tuuliturbineista sijaitsee maatalousalueilla , joita voidaan jatkaa lähes ilman rajoituksia. Noin 99% tuulipuiston käyttämästä alueesta on edelleen käytettävissä peltoviljelyyn jne. Vain tuuliturbiinin seisova alue ja kulkutie kokoonpanoa ja huoltoa varten vaaditaan suoraan. Nykyisen kolmen megawatin luokan tuuliturbiinin osalta päällystetyn, mutta tiivistämättömän, noin 2500 m²: n alueen on pysyttävä vapaana ja saatavilla huoltoa varten. Lisäksi tietty vaihtoehtoinen maankäyttö on tietyllä alueella poissuljettu. BImSchG ei vaadi metrin etäisyyttä, mutta äänietäisyyden: Yöllä enintään 40 dB (A) saattaa kuulua seuraavan kiireisen talon seinälle. Tämä mahdollistaa (nimeäminen uusien asuin- ja teollisuusalueet) vaikuttaa haitallisesti tuulivoimalan, kunnan kehittämiseen, sillä hyväksytyistä laitoksista aiemmin saavutettuihin nauttia.

3 MW: n järjestelmän pohja -ala on noin 300 m². Vuotuinen vakioenergiakapasiteetti on noin 6,4 miljoonaa kWh, joten vuotuinen tuotanto on noin 21 MWh / m² perustuksia. Tämä on yli 750 MW: n hiilen voimalaitoksen arvon, jolla on 4000 täyteen käyttötuntia, ja kun otetaan huomioon ulkorakennukset ja hiilivarasto (mutta ilman kaivosalueita), saavutetaan arvot 15-20 MWh / m². Laitoksen koon kasvaessa tuulivoimaloiden suhteellinen tilantarve pienenee.

Saksassa tätä ongelmaa käsitellään maankäyttösuunnitelmalla ja Itävallassa maankäyttösuunnitelmalla , jotta yksittäisten kasvien "villi kasvu" vältetään. Jos kaavoitussuunnitelmassa on määritelty niin sanotut tuulienergian ensisijaiset alueet, pystyttäminen toiseen paikkaan kunnassa tai alueella ei ole sallittua.

Saksassa metsäalueiden tarve kasvaa, kun etsitään uusia paikkoja tuulienergian käyttöön. Vuoden 2019 loppuun mennessä Saksan metsiin oli asennettu 2020 tuuliturbiinia. Tämä vastaa 7% järjestelmän koko varastosta tai 10% Saksassa asennettujen tuuliturbiinien nimellistuotannosta. Kustakin järjestelmästä haetaan keskimäärin pysyvästi raivattua 0,47 hehtaarin metsäaluetta. Rakennusvaiheessa tarvitaan myös keskimäärin 0,40 hehtaarin raivattua metsäaluetta järjestelmää kohti. Muunnettujen alueiden korvaajana metsitys on yleensä suoritettava sopivalla korvausalueella suhteessa vähintään 1: 1. Tuulivoiman laajentaminen voi kuitenkin luoda myös uusia elinympäristöjä esimerkiksi sopivilla korvaavilla toimenpiteillä. Yksi esimerkki on metsän monokulttuurien korvaaminen sekakulttuureilla. Keinotekoisia riuttoja voi syntyä tuulen voimasta merellä.

Lintu- ja lepakko ihottuma

Erityisen kärsivien suurten lintulajien, kuten punaisen leijan , merikotkan , Montagu-kantapään , kotkapöllön ja mustahaikaran esiintymisen yhteydessä tuulienergia aiheuttaa ongelmia. Jotta vältettäisiin lintujen ja lepakoiden törmäykset tuuliturbiinien kanssa, on ratkaisevan tärkeää ottaa huomioon kyseisten eläinlajien ekologiset vaatimukset valittaessa paikkaa. Törmäysriskin pienentämiseksi tarkkailu ja tarvittaessa seisokit tiettyinä aikoina tai muut valvontatoimenpiteet ovat hyödyllisiä.

Linnut

Eurooppa

Jo 1980 -luvun alussa Saksan Growian -testilaitoksessa käytiin keskusteluja siitä, vahingoittuivatko pyörivät siivet enemmän lintuja. Vaikka on kiistatonta, että tuuliturbiinit tappavat lintuja, lintuiskujen laajuus on kiistanalainen.

Vuosien 2000 ja 2006 välillä löydettiin yhteensä 732 griffon -korppikotkaa kuolleena 140 tuulipuistosta Pohjois -Espanjassa 4083 tuuliturbiinilla . Tuulipuistojen suoraa vastuuta oli vaikea määrittää. Siten tuulipuistojen läheisyydessä (15 km säteellä) pesivien griffon -korppikotkien vuotuinen lisäriski oli noin 1,5%.

Varoitusjärjestelmien tehokkuutta arvioitiin Sveitsissä. Lepakkojärjestelmä ultraäänimikrofoneilla tunnisti eläimet hyvin, toisin kuin lintujen optinen järjestelmä, jossa 70 prosenttia vääriä hälytyksiä tuli myös hyönteisiltä. Lintuja varoitetaan akustisesti siitä, että turbiinin sammuttaminen olisi liian hidasta molemmissa järjestelmissä.

Vuonna 2016 julkaistiin PROGRESS- tutkimus (raptor) lintujen törmäysasteiden määrittäminen ja suunnitteluun liittyvien perusteiden luominen tuuliturbiinien törmäysriskin ennustamiselle ja arvioinnille . Ensimmäistä kertaa Saksassa, nimittäin Pohjois-Saksan tasangolla, tehtiin laajamittainen kvantitatiivinen tutkimus lintujen törmäysnopeuksista tuuliturbiinilla ja samanaikaisesti kirjataan lentotoiminta visuaalisten havaintojen avulla. Tutkimus osoitti, että useimmille tutkituista lajeista ei ollut vaaraa populaatiolle, mutta joillekin lajeille Saksan tuuliturbiinien määrän jyrkkä kasvu voi jo vaikuttaa negatiivisesti lintupopulaatioihin törmäyksiin liittyvän kuolleisuuden vuoksi. Vahva alueellinen väestö supistuu väestön Hiirihaukat johtua osittain tuulivoiman käyttöä, riski, että varastossa ollut selvä. Jos tuulivoiman käyttö jatkaa kasvuaan, myös muiden lajien populaatiot voivat laskea. Tutkimus vaatii lisää populaatiotutkimuksia, joissa tutkitaan tarkemmin lintujen ja tuuliturbiinien törmäysten vaikutuksia, ja toimenpiteitä törmäyskonfliktien välttämiseksi, jotta tuetaan kärsivien lintulajien populaatioita.

Vertailu punaisen leijan populaation kehitykseen, jonka saksalaiset avifaunistit kattojärjestö teki vuosina 2019--2014 tuuliturbiinien tiheyden kanssa, osoittaa alueellisia eroja. Varastot kasvoivat merkittävästi Lounais- ja Länsi -Saksassa vain alueilla, joilla tuulivoimaloita ei juuri ollut. Varastot laskivat merkittävästi alueilla, joilla on suuri tuuliturbiinitiheys, kuten Saksi-Anhaltissa ja Itä-Westfalenissa. Keskimäärin punaisen leijakannan muutoksen ja tuuliturbiinien tiheyden välillä piiritasolla oli erittäin merkittävä negatiivinen korrelaatio . Kun tuuliturbiinien tiheys kasvaa, punaisten leijojen määrä vähenee.

Norjan luonnontutkimuslaitoksen Smølan saarella suorittaman 11 vuoden tutkimuksen mukaan kuolleiden lintujen määrä väheni 72% sen jälkeen, kun yksi kolmesta valkoisesta roottorin siivestä oli maalattu mustaksi. Suurimmat linnut ja petolinnut, erityisesti kotkat ja korppikotkat, hyödynsivät tätä eniten. Linnut tuskin näkevät pyöriviä, puhtaita valkoisia roottorinsiipiä liikkeen epätarkkuuden vuoksi. Roskaantuneet mustat roottorin siivet lievittävät tätä ongelmaa merkittävästi.

Pohjois-Amerikka

Vuonna 2013 tehdyssä satojen tutkimusten meta-analyysissä arvioitiin, että tuuliturbiinit eivät ole yhtä vaarallisia lintueläimille Yhdysvalloissa kuin muut energiamuodot. On arvioitu, että tuuliturbiinit aiheuttavat noin 0,27 lintua GWh: n sähköenergiassa lintuiskujen aikana , kun taas muun muassa hiilivoimalaitokset ovat vastuussa aiheuttavat lähes 20 kertaa suuremman lintuhäviön kaivostoiminnan ja saastepäästöjen ollessa 5,2 lintua / GWh. Tutkimuksessa vuonna Kanadassa arvioi lintujen määrän tapetaan vuosittain tuuliturbiineilla noin 20000 ja 28300, kun taas Kanadassa yhteensä 270 miljoonaa lintua kuolee ihmisen toiminnasta, 200 miljoonaa kissaa ja 25 miljoonaa yhteentörmäykset rakennuksia.

Nature -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan tuuliturbiinien tappamien lintujen määrää Yhdysvalloissa pidetään yleensä vähäisenä. Tuuliturbiinit tappavat vain muutaman tuhannen linnun. Joillekin petolintukannoille on kuitenkin olemassa suuri riski kriittisillä kauttakulkualueilla . Yhdysvalloissa paikoissa, joita käytettiin hyvin varhain, kuten Esimerkiksi Altamontin solalla oli suhteellisen suuri riski, että linnut törmäävät tuuliturbiiniin (esim. Rakentamisen takia alueilla, joilla on paljon lintuja ja joissa käytetään pieniä, erittäin nopeasti pyöriviä järjestelmiä), uudemmat tuulipuistot laskivat merkittävästi vuonna 2015 julkaistun katsaustutkimuksen mukaan . Siellä kuolemat ilmoitetaan 0,02-7,36 linnuna laitosta ja vuotta kohden, ja äärimmäisenä arvona mainitaan 20,53 lintua. Petolinnut olivat uhanalaisempia kuin muut lajit.

Lepakot

Lepakot voivat myös törmätä tuulivoimaloihin. Tämä havaittiin ensimmäisen kerran Yhdysvalloissa ja Australiassa. Tutkimukset seurasivat myöhemmin Euroopassa laajuuden ja taustan määrittämiseksi. Kolme valtakunnallista hanketta tutkii lepakoiden törmäysriskin vähentämistä rannikkotuulivoimaloilla (Renebat I - III). Renebat I -tutkimushankkeen tavoitteena oli vahvistaa olemassa olevat tutkimusmenetelmät lepakoiden esiintymiseksi tuuliturbiinilla. Renebat II: n tavoitteena oli kehittää edelleen menetelmiä ja testata lepakkoystävällisiä käyttöalgoritmeja. Renebat III: n tavoitteena on vähentää lepakoiden osumisriskin määrittämiseen tarvittavia tietoja. Toisen tutkimuksen tekijät arvioivat, että Saksassa tuuliturbiinit voivat tappaa vuosittain yli 250 000 lepakoita, jos ei toteuteta ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä, kuten mukautettuja toimintatapoja.

Kaikki lepakoiden (Microchiroptera) suvun lajit ovat liittovaltion luonnonsuojelulain mukaisesti erityisen suojeltuja lajeja . Ne ovat niin sanottuja lisäyksen IV lajeja Fauna-Flora-luontodirektiivin . Mitä tulee tuuliturbiinien uhkaamiin lepakoiden lajeihin, on erityisen tärkeää, ovatko kyseiset alueet ensisijaisia ​​metsästysalueita vai kulkevatko tärkeimmät lentoreitit niiden läpi.

Saksassa todettiin vasta huhtikuussa 2013. 17 lepakkolajien onnettomuus tehtaalla, varsinkin noctule että Pipistrelle ja vaivaislepakko . Selvemmin joutuvat uhanalaisten lajien Serotine , The metsälepakko The kääpiölepakko , The Northern lepakko ja kimolepakko . Kaikilla lajeilla on yhteistä se, että ne metsästävät myös ulkona ja suurilla korkeuksilla. Lisäksi törmäykset näyttävät tapahtuvan useammin, kun siirrytään nokkivirtojen ja karhean ihon lepakkojen välillä talvi- ja kesäpaikkojen välillä. Tutkimus- ja parveiluvaihe, joka tapahtuu lastentarhan sulkemisen jälkeen, on myös todennäköisesti tärkeässä asemassa, minkä seurauksena putkilinja joutuu todennäköisesti onnettomuuksiin tuulivoimaloilla useammin. Joitakin paikkoja, esimerkiksi metsässä tai sen lähellä, pidetään erityisen tehokkaina. Elokuun ja syyskuun muuttoliikkeen aikana törmäyksiä on enemmän, ja tietyt sääolosuhteet - lämpötila, tuulen nopeus - suosivat myös lepakkoa.

Strategioita lepakkojen kanssa tapahtuvien törmäysten välttämiseksi ovat erityisen vaarallisten paikkojen välttäminen ja järjestelmien sammuttaminen tiettyinä aikoina vuodesta ja yöllä alhaisella tuulen nopeudella, kun lepakoiden aktiivisuus on korkea. Siksi nostamalla käynnistysnopeutta voidaan lepakko-onnettomuuksia vähentää merkittävästi vain pienillä tulonmenetyksillä. Vuonna 2008 tehdyt tutkimukset osoittivat, että suora kontakti lepakoiden ja tuuliturbiinin välillä ei ole tarpeen kuolinsyynä, mutta monet eläimet kärsivät barotraumasta , joka johtuu paine -eroista , erityisesti roottorin lapojen päissä. Tuuliturbiinit ovat erityisen vaarallisia naaraille ja nuorille lepakoille.

Latvian Itämeren rannikolla tehdyssä tutkimushankkeessa havaittiin, että tuuliturbiinien yöllä punaisena vilkkuvat valot houkuttelevat lepakoita . Siksi kirjoittajat ehdottavat valaistusta, joka on räätälöity tarpeiden mukaan .

Brittiläinen tutkimus vuodelta 2010 viittaa siihen, että vaaleanharmaa, jolla tuuliturbiinit yleensä maalataan, houkuttelee lentäviä hyönteisiä, kun taas muut värit ovat vähemmän houkuttelevia. Koska korkea hyönteisten aktiivisuus houkuttelee hyönteissyöjiä, kuten lintuja tai lepakoita, linnut ja lepakot voitaisiin suojata eri maalikerroksella.

Hyönteisten kuolema

DLR: n vuosina 2017--2018 tekemässä tutkimuksessa päädyttiin siihen, että tuuliturbiinit voivat aiheuttaa hyönteisten kuoleman Saksassa. Raportissa todetaan, että tutkimuksen puutteen vuoksi ei voida esittää lausuntoa tuuliturbiinien osuudesta hyönteisten vähenemisessä muiden syiden, kuten hyönteismyrkkyjen ja rikkakasvien torjunta -aineiden käytön , monokulttuurien, liikenteen, saastumisen, ilmastonmuutoksen, lisäksi muutos ja kaupungistuminen ja mitkä ovat tärkeimmät syyt. On kuitenkin havaittu, että tuuliturbiinit ovat vastuussa yli tuhannen tonnin lentävien hyönteisten menetyksestä vuosittain . Tutkijat pitivät erityisen tärkeänä lausuntoa siitä, että jos hyönteisperä toipuu kaikenlaista, Saksan tuulipuistoilla olisi merkittävä negatiivinen vaikutus tähän elpymiseen. Joten z. Jos esimerkiksi lentävien hyönteisten populaatio toipuu hyönteisten tiheydestä ilman kuutiometriä kohti vuonna 2003, tuulipuistojen hyönteisten tuhoaminen kasvaa niiden arvioiden mukaan yli 3500 tonniin vuodessa.

Näiden tulosten perusteella tutkijat kehottavat jatkamaan tämän alan tutkimusta ja kehittämään tuuliturbiinien vastatoimia ja niiden toteuttamista välittömästi.

Hyönteistutkijat arvioivat DLR -laskelmia epäjohdonmukaisesti. Lars Krogmann Stuttgartin osavaltion luonnonhistoriallisesta museosta toteaa, että punaisten listojen rekisteröimät hyönteisryhmät esiintyvät tuskin tällaisilla korkeuksilla ja että elinympäristön menetyksen , monokulttuurien ja liiallisen lannoituksen seuraukset ovat "paljon ratkaisevampia ja suhteellisen selvästi dokumentoituja". Thomas Schmitt, Saksan entomologisen instituutin Senckenbergin johtaja , ehdottaa (kuten itse tutkimus) geneettisten menetelmien käyttöä kyseisten lajien tunnistamiseksi. Hohenheimin yliopiston eläinekologi professori Johannes Steidle varoittaa myös laiminlyömästä luontotyyppien menettämistä: "Hyönteispopulaatioiden koon kannalta ratkaiseva tekijä on se, kuolevatko eläimet jonnekin, vaan pikemminkin, löytävätkö he oikean lisääntymispaikan. "

Koska hyönteiset välttävät avomeren, hyönteisten kuolema tapahtuu harvoin merituulivoimalla.

Vaikutukset paikalliseen ilmastoon

Tuuliturbiinien pyörivät roottorit sekoittavat korkeammat ja alemmat ilmakerrokset. Tämä nostaa maan lämpötilaa tuulipuiston tuulenpuoleisella puolella yöllä ja aamulla. Tämä lämpeneminen rajoittuu tuulipuiston ympärille muutaman kilometrin säteellä. Päivän aikana auringon lämmittämä maaperä tuottaa lämpöä niin, että alemmat ilmakerrokset sekoittuvat ilman tuuliturbiinien apua. Tuulivoimaloiden aiheuttama maan lämpötilan nousu on noin kymmenen kertaa suurempi kuin aurinkopuistoissa, joilla on sama sähköteho.

Ehdotettiin erittäin suurten merituulipuistojen asentamista 100 km: n etäisyydelle rannikosta suojellakseen niitä sykloneilta . Tuulen nopeuden lisäksi myös myrskyjen korkeus vähenee.

Vaikutukset paikoissa meressä

Merellä sijaitsevia tuulipuistoja suunnitellaan ja rakennetaan Euroopassa, jotta ne voivat hyödyntää huomattavasti voimakkaampia tuulia merellä . Saksa , Tanska , Ruotsi ja Iso -Britannia ovat jo perustaneet lukuisia rannan lähellä sijaitsevia tuulipuistoja.

Mahdolliset törmäykset aluksiin, jotka poikkeavat suunnitellusta kurssista, ja meren ekologian heikentyminen ovat epäedullisia. Merituulipuistojen vaikutukset merinisäkkäisiin, kuten delfiineihin ja pyöriäisiin, ovat epävarmoja. Suojelunäkökohdat otetaan huomioon puistojen sijaintia suunniteltaessa. Kaapeliyhteydet merituulipuistoista Pohjanmeren alueelle johtavat usein Waddenzeen kautta , joka Saksassa on lähes kokonaan nimetty biosfäärialueeksi ja kansallispuistoksi (tärkeä laki tässä: interventiosääntö ).

Tällä hetkellä tutkitaan merituulienergian laajamittaisen käytön vaikutuksia meren ekologiaan; tähän mennessä saadut havainnot osoittavat, että merituulipuistot aiheuttavat yleensä vähemmän ympäristön saastumista kuin maalla olevat laitokset.

Tutkiessaan Egmond aan Zeen merituulipuistoa hollantilaiset tutkijat tulivat siihen tulokseen, että valmistuneella tuulipuistolla oli suurelta osin myönteinen vaikutus villieläimiin . Merieläimet voivat löytää levähdyspaikkoja ja suojaa tuulivoimaloiden perustuksien ja tukien välistä; biodiversiteetin tuulipuiston sisällä on suurempi kuin Pohjanmerellä. Vaikka jotkut näköyhteydellä metsästävät linnut välttäisivät tuulipuistoa, muut lintulajit eivät kokeneet tuulipuiston häiritsevän. Toisaalta rakentamisen aikana oli kielteisiä vaikutuksia. Paalujen meluisa vasarointi kuitenkin antaa yhä enemmän tilaa kauhan perustuksen imeytymiselle .

Materiaalien käyttö ja energiatasapaino

Resurssien käyttö

Monien muiden raaka -aineiden lisäksi , kuten Esimerkiksi kupari sähköjärjestelmään tai kuituvahvisteinen muovi (GRP tai CFRP) roottorin siipiin, tuuliturbiinit ovat suurelta osin betonia ja terästä. Resurssien käyttöä tuulienergian käytössä katsotaan olevan hyvin tutkittu lukuisissa tutkimuksissa ja elinikäanalyyseissä (katso myös energian takaisinmaksuaikataulukko). Wuppertalin ilmasto-, ympäristö- ja energiainstituutti 2011 julkaisi järjestelmällisen yhteenvedon olemassa olevasta Saksan infrastruktuurista, jossa tarkasteltiin myös tuulienergiaa , tutkimuksessa "Materiaalivarasto ja materiaalivirrat infrastruktuureissa".

Tämän mukaan tuuliturbiinien materiaalivarasto Saksassa vuonna 2009 oli noin 14,5 miljoonaa tonnia, ja leijonanosan betoni muodosti noin 9,9 miljoonaa tonnia. Tätä seurasi teräs 3,6 miljoonalla tonnilla, GRP 0,37 miljoonalla tonnilla ja valurauta 0,36 miljoonalla tonnilla. Täydellisten turbiinien oletetut kierrätysnopeudet vaihtelevat 80% ja 100% välillä. Muun tyyppisiin voimalaitoksiin verrattuna energiaintensiivisen metallin käyttö tuuliturbiinien tuotannossa on 28,5% keskimääräistä korkeampi. Esimerkiksi saksalaisten hiilivoimalaitosten materiaalivarasto oli 17,0 miljoonaa tonnia, josta betonin osuus oli 14,5 miljoonaa tonnia. Tässä vertailussa lämpövoimalaitosten fossiilisten polttoaineiden tarvetta ei kuitenkaan oteta huomioon.

Metallit kierrätetään usein erittäin hyvin korkean hinnan vuoksi, ja sulatuksen jälkeen teräs voidaan jopa käyttää uudelleen ilman laadun heikkenemistä. Betoni murskataan ja sitä käytetään muun muassa täyteaineena tienrakennuksessa. Kuituvahvisteisen muovin kierrättäminen on vaikeampaa. Sitä käytetään pääasiassa lämpökäytössä sementtiteollisuuden korvaavana polttoaineena.

Tuuliturbiinien kierrätys on omistajien lakisääteinen velvollisuus, ja se olisi taattava pakollisilla varannoilla. Vuonna 2019 tehdyssä laajassa tutkimuksessa Saksan liittovaltion ympäristövirasto tuli siihen johtopäätökseen, että Saksa ei ollut riittävästi valmistautunut purkamisen lisääntymiseen vuodesta 2021 alkaen. Vuodelle 2038 se ennusti 300 miljoonan euron rahoitusvajeen.

Energian takaisinmaksuaika

Energia takaisinmaksuaika (energinen poistoja aika) kuvaa aikaa, joka kuluu ennen kuin voimalaitos on tuotettu yhtä paljon energiaa kuin on tarpeen sen tuotannon, kuljetuksen, rakentaminen, käyttö, jne. Tuulivoimaloiden energian takaisinmaksuaika on noin kolmesta seitsemään kuukautta ja jopa varovaisten arvioiden mukaan alle vuosi. Tuotettua sähköenergiaa verrataan yleensä säästettyyn primäärienergiaan . Yksi kWh _sähkö on energisesti noin kolme kertaa arvokkaampi kuin yksi kWh _lämpö , koska muuntotehokkuus on noin 0,3-0,4. Lämpöenergia voi johtua muuntotehokkuudesta 0,8-0,9, kun primäärienergia vastaa Energisesti voidaan kuluttaa vain voimalaitoksia, uusiutuvia energialähteitä käytetään fossiilisena polttoaineena käytetyissä voimalaitoksissa jatkuvasti kuluttavia uusiutumattomia energialähteitä.

Vaikka alustavat tutkimukset tuulienergian käytön uraauurtavilta päiviltä (1970 -luku ja 1980 -luvun alku), jotka perustuivat epäkypsiin testausjärjestelmiin, joilla oli vain muutama käyttötunti, johtivat ehdottomasti siihen johtopäätökseen, että energian poisto on tuskin mahdollista, lukuisat tutkimukset 1980 -luvun lopulta nykyhetki, jonka nykypäivän kypsät sarjajärjestelmät amortisoivat energisesti muutamassa kuukaudessa. Eri tutkimusten tuloksissa on kuitenkin tiettyjä eroja. Tämä johtuu toisaalta tuuliturbiinien suuresti erilaisista, paikasta riippuvista energiantuotoista, ja toisaalta tarkasteltavasta elinkaarista. Lisäksi kirjanpitomenetelmät eroavat usein toisistaan. Niin oli z. B. vanhoissa tutkimuksissa tarkasteltiin vain järjestelmän valmistusta. Toisaalta nykyaikaisissa elinkaarianalyyseissä lisätään kuljetukseen, käyttöiän ylläpitoon ja purkamiseen tarvittava energia.

Kirjallisuudessa sadonkerrointa koskevat tiedot vaihtelevat kertoimen 20 ja 50 välillä. Sadonkorjuutekijä saadaan järjestelmän käyttöajasta jaettuna energiapoistoajalla. Ardente et ai. italialaiselle tuulipuistolle tehdyssä työssä määritettiin primaarienergiapainotettu sadonkorjuutekijä 40–80 ja totesivat, että jopa huonoimmissa olosuhteissa energian takaisinmaksuaika on alle vuosi. Näistä arvoista he päättelevät, että tuulipuistot - myös muihin uusiutuviin energioihin verrattuna - ovat ympäristöystävällisimpiä energiantuotantomuotoja. Systemaattinen katsaus artikkeli julkaistiin vuonna 2017 asiantuntija lehdessä Renewable Energy , jossa arvioitiin 17 julkaistut tutkimukset vuodesta 2000, tuli siihen tulokseen, että energia takaisinmaksuaika tuulivoimaloiden on useimmiten alle vuoden. Maalla sijaitsevien laitosten energian takaisinmaksuaika oli 3,1–12 kuukautta, keskimäärin 6,8 kuukautta, offshore -laitosten 4,7–11,1 kuukautta, keskimäärin 7,8 kuukautta.

Hau antaa yksityiskohtaisia ​​tietoja järjestelmästä, jonka nimellisteho on 1 MW ja roottorin halkaisija 53 m. Tällaisen järjestelmän valmistus vaatii näin ollen noin 2 miljoonan kWh: n primäärienergiapanoksen, ja noin 1,6 miljoonaa kWh käytetään teräksen tuotantoon. Tämän järjestelmän vuotuinen vakiotyökapasiteetti on 2,4 miljoonaa kWh _sähköä , mikä vastaa 6,85 miljoonaa kWh _{primäärienergiaa} . Energinen poistoaika on siten 3,4 kuukautta, sadonkerroin 20 vuoden toiminta -ajalle on 70.

Esimerkkejä tuuliturbiinien energian takaisinmaksuajasta

Tyyppi	Energian takaisinmaksuaika
Merituulipuisto 2010; 200 MW (40 ×  REpower 5M ) tallennus koko elinkaaresta, mukaan lukien verkkoyhteys	5 kuukautta
Tuuliturbiini Enercon E-66; 1500 kW, roottorin halkaisija 66 m; Sekoitettu analyysituotanto, kokoonpano ja purkaminen, huolto	3,7-6,1 kuukautta
Gamesa G80 / 2MW tuuliturbiini , 2000 kW, roottorin halkaisija 80 m ja torni 70 m; koko elinkaaren	0,58 vuotta (noin 7 kuukautta)
Tuuliturbiini Enercon E-82 E2, 2300 kW, roottorin halkaisija 82 m ja betonitorni 97 m; koko elinkaaren	4,7-6,8 kuukautta
Tuuliturbiini Enercon E-82 E2, 2300 kW, roottorin halkaisija 82 m ja hybriditorni 107 m; koko elinkaaren	4,4-8 kuukautta
Tuulivoimala 2 MW, roottorin halkaisija 90 m; (Tarttuminen); Tuotanto, käyttö ja purkaminen	7,2 kuukautta
Tuulivoimala 1,8 MW, roottorin halkaisija 70 m; (Vaihteeton); Tuotanto, käyttö ja purkaminen	7,2 kuukautta
Tuulivoimala 2 MW, roottorin halkaisija 78 m, valmistus, käyttö ja kierrätys	5,2 kuukautta
Tuulivoimala 2 MW, roottorin halkaisija 80 m, valmistus, käyttö ja kierrätys	6,4 kuukautta

Harvinaisten maametallien käyttäminen

Vuoden 2011 arvioiden mukaan noin kuudesosa tuuliturbiinista käyttää synkronigeneraattoreita, joissa on kestomagneetteja, jotka on valmistettu neodyymi-rauta-boorista . Myös dysprosiumia voidaan lisätä. Neodyymi- ja dysprosium- elementit kuuluvat niin kutsuttuihin harvinaisiin maametalleihin , jotka tutkimuksesta ja vuodesta riippuen ovat Kiinassa 60% (2019)-90% (2011) tai 97% (2013), joilla on huomattavia ympäristövaikutuksia ja asukkaiden terveys puretaan ja käsitellään. Vuonna 2012 noin 5% maailman neodyymi-rauta-boorimagneeteista käytettiin tuulivoimaloissa.

Vuonna 2018 kestomagneeteilla varustettuja generaattoreita käytettiin lähes kaikissa Euroopan tuulivoimalaitoksissa ja noin 76 prosentissa laitoksista maailmanlaajuisesti. Nämä mahdollistavat suuren tehotiheyden ja pienen koon ja tehokkuuden kaikilla nopeuksilla. Maan tuuliturbiinissa sitä vastoin voidaan käyttää myös vaihtoehtoja, joissa käytetään harvinaisia ​​maametalleja vähemmän tai ei lainkaan.

Mahdollisia vaihtoehtoja kestomagneeteilla varustetuille generaattoreille ovat moninapaiset synkronigeneraattorit ja oravahäkki-induktiigeneraattorit . Toinen vaihtoehto on käyttää hybridikäyttögeneraattoreita , jotka käyttävät pienempää kestomagneettia kuin tavallisissa järjestelmissä. Tämä voi johtaa neodyymin, praseodyymin ja dysprosiumin käytön vähentämiseen jopa kahdella kolmasosalla turbiinia kohden. Jatkossa suprajohdepohjaiset generaattorit, kuten EU EcoSwing -projektissa testattiin, voivat olla vaihtoehto.

Jotkut tuuliturbiinivalmistajat, kuten Senvion ja Enercon, huomauttavat nimenomaisesti, että niiden generaattoreissa ei käytetä neodyymiä. Vuoden 2011 hintapiikin jälkeen muut valmistajat, kuten Vestas ja General Electric , jotka aikaisemmin käyttivät harvinaisia ​​maametalleja järjestelmissään ajoittain , palasivat monisyöttöisiin asynkronisiin generaattoreihin . Vuonna 2013 osana tuotannon kasvua Vestas esitteli myös uusia järjestelmätyyppejä, jotka käyttävät (neodyymitonta) asynkronisia generaattoreita täysmuuntimilla. Kestomagneetteja käytetään edelleen terästornin kiinnityksiin. Jotta dysprosiumin osuus generaattoreissa pienenisi alle 1%, z. B. Siemensin tuulivoima erityisellä jäähdytyksellä.

Vuonna 2007 liikkeessä oli noin 62 000 tonnia neodyymiä, joista noin 10 000 tonnia asennettiin tuulivoimalaitoksiin. Käytetyillä magneeteilla on pitkä käyttöikä ja ne on helppo kierrättää kokonsa vuoksi. Vaikka hyödyntäminen tuotteista, joissa neodyymi jaetaan pieninä ja hyvin laimennettuina, kuten tietokoneet, matkapuhelimet ja audiojärjestelmät, on ongelmallista.

Onnettomuusriskit

Tuulienergian käyttö on erittäin turvallinen tekniikka sekä tapahtumien esiintymistiheyden että onnettomuuksien vakavuuden suhteen , etenkin verrattuna muihin energiantuotantotyyppeihin. Onnettomuuksia sattuu myös tuuliturbiinien kanssa, mutta koska ne ovat enimmäkseen kaukana siirtokunnista ja onnettomuudet tapahtuvat pääasiassa myrskyjen aikana, lukuun ottamatta työtapaturmia asennuksen ja huollon aikana, henkilövahinkoja ei yleensä tapahdu. Lisäksi salamaniskut ja puutteellinen roottorin lavat, torni yhteystiedot äärimmäisessä tuulenpuuskien ovat syitä onnettomuuksiin. Järjestelmä voi kaatua tai roottorin siipien osat voivat kadota. Keski -Euroopassa noin 40 000 asennettua tuuliturbiinia on tähän mennessä rekisteröinyt noin 15 rikkoutunutta lapaa (vuoden 2014 alussa). Onnettomuuksien vaikutukset ovat rajalliset ja vain paikalliset, esimerkiksi ympäröivä kasvillisuus voi vahingoittua rikkomalla roottorin lavan osat.

Järjestelmät voivat myös syttyä palamaan, vaikka tulipalot voivat yleensä sammuttaa vain alemman tornialueen palokunta . Palontorjuntajärjestelmä on nyt asennettu vakiona moniin järjestelmiin mekaniikan ja elektroniikan tulipalojen torjumiseksi. Tulipalojen seurauksena aineita voi vapautua paikallisesti, kuten on mahdollista myös muiden energiateknologioiden kanssa. Jotta voidaan välttää ympäristön pilaantumisen öljyvuotoja , tuuliturbiinien öljyvoidellut hammaspyörät on varustettu kerätä lokeroita. Tyypillisesti voimakkaammat tuulet vallitsevat paikoissa, jotka voivat puhaltaa tulipaloja. Lokakuuhun 2013 mennessä vähintään 100 Saksan 28 000 tuuliturbiinista oli täysin tuhoutunut tulipalossa.

Vanhempien turbiinien roottorinsiivit, joissa ei ole jään havaitsemista, voivat kerätä jäätä sopivalla säällä, joka voi irrota sulamisen sattuessa, kun turbiini on paikallaan, ja jääheittävänä, kun turbiini lähestyy. Todennäköisyys, että tuuliturbiini heittää jään, on suurelta osin vähäinen ja vastaa suunnilleen salaman iskemisen todennäköisyyttä. Kaikissa nykyaikaisissa järjestelmissä on jään tunnistus lämpötilan, tuulianturin tilan, tuulen nopeuden ja suorituskyvyn tietojen perusteella, joten ne sammuvat automaattisesti jäätäessä. Kun järjestelmä on jälleen vapaa jäästä (ulkolämpötila jäätymispisteen yläpuolella), järjestelmä käynnistyy uudelleen automaattisesti automaattitilassa. Manuaalisessa tilassa tuulimyllyn hoitajan tai huoltohenkilöstön on otettava se uudelleen käyttöön (tarvittaessa silmämääräisen tarkastuksen jälkeen ). Roottorin lavan lämmityksellä sulatusta voidaan nopeuttaa pysähtyneen jään muodostumisen jälkeen. Vastaavilla ilmastovyöhykkeillä tuottoa voidaan lisätä merkittävästi lämmittämällä roottorin siipiä käytön aikana.

Jään irtoamista voidaan havaita useammin (pakkasella, harvemmin pakkasella), mutta toistaiseksi ei ole dokumentoitu henkilö- tai omaisuusvahinkoja. Heittoetäisyys (järjestelmä menee linkousasentoon jäätäessä) on yleensä pieni. Mitä pienemmät jääpalat ovat, sitä lähempänä järjestelmää (esim. Jäätyvän sateen jälkeen), sitä kevyempi, sitä pidemmälle tuuli puhaltaa - roottorin kärjen korkeuden voidaan olettaa olevan asianmukainen etäisyys (= n. 45 ° pudotuskulma). Jää- tai sulamissäällä tuulivoimaloiden sekä muiden korkeiden rakennusten tai rakenteiden - esimerkiksi ilmajohtojen mastojen - alla olemista on vältettävä. Useimmiten kulkureittien kyltit varoittavat vaarasta.

Kuvatut onnettomuudet voivat vaarantaa tuuliturbiinien välittömässä läheisyydessä olevia infrastruktuuriobjekteja. Viranomaiset tai infrastruktuurikohteiden ylläpitäjät edellyttävät yleensä vähimmäisetäisyyksiä, jotka määritetään näiden onnettomuuksien teoreettisten vaikutusten tavanomaisten etäisyyksien mukaan. Vaihtoehtoisesti riski voidaan arvioida todennäköisyysperusteilla. Näiden näkökohtien tuloksena on arvioitu vaara tai määritelty vähimmäisetäisyydet tavanomaisissa tapauksissa tietyissä hankkeissa.

Tammikuussa 2019 teknisten tarkastusyhdistysten liitto (VdTÜV) kuvaili tuuliturbiinit tikittäviksi aikapommeiksi ja vaati valtakunnallista yhdenmukaista tarkastusvaatimusta kaikille järjestelmille. Tuuliturbiinien iän vuoksi pelättiin henkilövahinkoja tulevaisuudessa. VdTÜV joutuu tällä hetkellä Saksassa vuosittain noin 50 vakavaan onnettomuuteen, kuten mutkalle kääntyviin torneihin, roottorinlapojen rikkoutumiseen ja palavaan kynsiin. Saksan Wind Energy Association, toisaalta, puhuu keskimäärin seitsemän onnettomuuksia vuosittain vuodesta 2013. Mahdollisista tapaturmista ei ole vielä dokumentoitu Saksassa.

Vaikutus yhteiskuntaan

sosiaalista hyväksyntää

Vuonna 2011 yhteensä 24 maassa tehdyn tutkimuksen mukaan 93% kyselyyn vastanneista kannatti tuuliturbiinien laajentamista.

Saksa

Myös Saksassa väestöstä vallitsee laaja yksimielisyys siitä, että uusiutuvilla energialähteillä pitäisi olla johtava asema tulevassa energiajärjestelmässä. Kolmas vuosittainen Forsa tutkimus on hyväksymistä uusiutuvien energialähteiden Saksassa tehtiin vuonna 2009. Se oli edustava ja johti muun muassa:

• Tuuliturbiinien hyväksyntä on korkealla myös omassa lähiössä
• Mitä enemmän kokemusta väestö on jo saanut tuuliturbiinien käytöstä, sitä enemmän hyväksyvät uudet järjestelmät
• Ne, jotka jo tietävät uusiutuvia energialähteitä omasta ympäristöstään, pitävät sitä keskiarvon yläpuolella: 55 prosenttia koko väestöstä on myönteisiä mielipiteitä tuulivoimaloista; ryhmässä, jolla on tuuliturbiinia naapurustossa, hyväksyntäaste on 74 prosenttia

Nämä tulokset ovat suurelta osin vahvistaneet sen jälkeen tehdyt lisätutkimukset. Kuitenkin tuuliturbiinien rakentamisen edetessä pelätyt haitat huomioon ottaen esiintyy usein paikallista vastarintaa, jota kutsutaan usein Nimby- ilmiöksi. Sillä välin tätä käsitettä on kritisoitu selvästi tieteellisessä keskustelussa, koska useissa tutkimuksissa on tullut siihen johtopäätökseen, että tämän opinnäytetyön ydinosa, niin kutsuttu "läheisyyshypoteesi", ei sovellu. Tämä olettaa, että mitä lähempänä asukkaat asuvat tuulivoimaloille, sitä suurempi vastus on. Todellisuudessa havaitaan kuitenkin usein päinvastoin, toisin sanoen tuuliturbiinien tuki kasvaa läheisyyden kasvaessa. Lisäksi lisätutkimukset viittaavat siihen, että tuki kasvaa järjestelmien asennuksen jälkeen. Osallistumismahdollisuus vaikuttaa myös hyväksymiseen. Jos kuntien osallistuminen järjestelmiin on mahdollista, tämä johtaa merkittävästi korkeampiin väestön hyväksymisarvoihin.

Kansalaisaloitteita kuitenkin muodostuu paikoin . Aloitteiden lisäksi, jotka yleensä hylkäävät tuulienergian käytön, on aloitteita, joissa hylätään vain tietyt lähellä olevat laitokset, mutta tuetaan periaatteessa tuulienergian käyttöä. Kritiikki on z. B. järjestelmien ja asuinalueiden välinen etäisyys, epäedullisena pidetty muutos maisemassa (katso myös kulttuurimaiseman suojelu ) ja eläinten, kuten lintujen ja lepakoiden, heikentyminen.

Jotkut kansalaisryhmät väittävät, että Maailman terveysjärjestö edellyttäisi vähintään 2000 metrin etäisyyttä asuinrakennuksiin. Kysyttäessä organisaatio sanoi, ettei se ole antanut tuuliturbiinien melupolitiikkaa. Se viittasi vain Kanadan ympäristöministeriön suositukseen ja WHO: n yleisiin meluohjeisiin.

Sveitsi

Gallenin yliopiston marraskuussa 2015 julkaistussa tutkimuksessa kirjattiin selvä enemmistö Itä -Sveitsissä haastatelluista , jotka hyväksyivät tuulivoiman kehittämisen sekä kansallisesti että omassa ympäristössään.

Terveydeksi

Saksan liittovaltion ympäristöviraston meta-analyysissä pääteltiin vuonna 2016, että tuuliturbiinien terveyshaitat on arvioitava "erittäin vähäisiksi" ja että tekniset määräykset varmistavat tämän tänään. Tutkimuksessa tarkasteltiin kuuluvan äänen, äänettömän äänen, varjojen ja välähdysvaikutusten, valon päästöjen, jäänheiton ja subjektiivisten havaintojen vaikutuksia. Mukaan liittovaltion immissio Control Act (katso myös tekniset ohjeet Noise ), The melu pitoisuuksien aiheuttaman teknisen järjestelmän Saksassa puhtaasti asuinalueilla ei saa ylittää A-painotetun jatkuva äänenpainetaso 35 dB yöllä (yleinen asuinalue 40 dB, kylä ja seka -alue 45 dB, kaupallinen alue 50 dB). Arvot ovat korkeammat päivän aikana. Alueilla, joita ei ole määrätty rakennuslaissa (esim. Yksittäinen maatila ulkoalueella), sekoitettujen alueiden arvoja käytetään nykyisen oikeuskäytännön mukaisesti. Kun haet tuuliturbiinia koskevaa rakennushakemusta osana hyväksyntämenettelyä, odotettujen melupäästöjen laskennallisen ennusteen lisäksi on myös otettava huomioon varjojen mahdolliset vaikutukset.

Varjojen heittäminen

Varjo heitetään epämiellyttäväksi, koska tuuliturbiinin varjo, toisin kuin liikkumattomien esineiden varjo, aiheuttaa ajoittain kirkkauden vaihteluja immisijainnissa. Syynä on pyörivä roottori. Toisaalta seisovan tuuliturbiinin varjo ei eroa normaalin rakennuksen varjosta. Esiintyminen varjo riippuu sijainti ja koko tuuliturbiinin, asema immissiopisteessä, konehuoneen suunta ja osuus suora säteily on maailmanlaajuinen säteilyn .

Mukaan liittovaltion immissio Control Act , varjot (kutsutaan myös kova varjoja) tuuliturbiineilla Saksassa (olemassa) asuinrakennukset saa olla enintään 30 tuntia vuodessa ja 30 minuuttia päivässä. Nämä raja -arvot ovat voimassa järjestelmän lukumäärästä ja koosta riippumatta. Vuotuinen raja -arvo on teoreettinen arvo, joka perustuu oletukseen jatkuvasta tuulesta, toiminnasta, auringonpaisteesta ja suurimmasta varjoennusteesta. Saksassa todellisten ja geometristen varjojen suhde on noin 1–4, joten todellisia kuormia on noin kahdeksan tuntia vuodessa immunisaatiopistettä kohti. Näitä on noudatettava järjestelmien mittaus- ja ohjauslaitteiden (varjokohtainen sammutusmoduuli) kautta.

Erityisesti pyörivän roottorin välkkyvä varjo nähdään usein ärsyttävänä. Järjestelmät, joissa asiantuntijaraportit hyväksyttäviksi osoittavat, että raja -arvot on ylitetty, on nyt varustettu varjonohjausjärjestelmällä, joka riippuu auringon sijainnista ja säästä, mikä takaa raja -arvojen noudattamisen automaattisen järjestelmien tilapäinen sammutus.

"Diskoefekti" kuvaa roottorin siipien säännöllistä heijastumista, ja se sekoitetaan usein roottorin heittämien varjojen ulkonäköön. Se tapahtui pääasiassa järjestelmissä tuulen energian käytön alkuvaiheista, jolloin roottorin siivissä käytettiin vielä kiiltävää maalipintaa. Järjestelmien pinnoilla on jo pitkään ollut mattapintainen (suunnassa heijastamaton) maali. Siksi diskoefektillä ei ole enää roolia nykyaikaisten tuuliturbiinien immunisaation arvioinnissa.

ääni

Ääni tuuliturbiinien on lähinnä tuulen ääni roottorin siipien kääntämällä tuulessa. A-painotettu äänitehotaso määritetään akustisilla mittauksilla käyttäen standardoituja menetelmiä. Tyypilliset arvot ovat noin 95  dB pienille tuulivoimaloille, joiden teho on enintään 100 kW, ja 105–107 dB, kun käytössä on usean megawatin järjestelmät, joiden roottorin halkaisija on enintään 130 m. Joskus huomattavasti suurempia arvoja. Jos järjestelmän oletetaan olevan äänilähde, jotta voidaan ennustaa äänen immisio etäisillä paikoilla ja äänen etenemisen kaikkiin suuntiin oletetaan olevan tasainen, äänitaso vaimennuspaikassa laskee 6 dB, kun etäisyys kaksinkertaistuu. Tämä on kuitenkin idealisoitu idea. Todellisuudessa tuulen suunta vaikuttaa merkittävästi arvoon ja voi siksi olla korkeampi tai pienempi.

Suurin havaittavuus oletetaan 95 prosentilla nimellistehosta, ts. Tuulen nopeudella noin 10–12 m / s navan korkeudessa. Pienemmillä tuulen nopeuksilla äänitehotasot ovat alhaisemmat; suuremmilla tuulen nopeuksilla niitä peittää ympäristön melu, joka jatkaa äänenvoimakkuuden kasvua .

Muuttuvanopeuksiset tuuliturbiinit voidaan saattaa melua vaimentavaan käyttötilaan, jotta voidaan ottaa huomioon läheiset asuinalueet tietyillä meluherkillä aikoilla, yleensä yöllä. Lähes kaikki valmistajat tarjoavat tällaisia ​​toimintatiloja järjestelmilleen. Koska melupäästöt ovat erityisen riippuvaisia ​​terän kärjen nopeudesta ja - jos mahdollista - vaihteistosta, järjestelmää käytetään tähän tarkoitukseen optimaalisella nopeudella. Melupäästöjen vähentäminen on yksi päätavoitteista järjestelmien kehittämisessä, ja tällä alalla on edistytty paljon viime vuosina. Vaihteistosta luopuminen, paremman rakenteen aiheuttaman melun erottaminen asentamalla elastomeerit tukipisteisiin, ilmanvaihtoakselien äänieristys ja aerodynamiikka voivat vähentää melua merkittävästi. Yksittäisiä ääniä, esimerkiksi vaihteiston lukitustaajuuksien ja impulsiivisuuden vuoksi, jotka oikeuttavat jopa 6 dB (A) lisämaksuun, ei enää esiinny nykyaikaisissa järjestelmissä rakenteellisten toimenpiteiden vuoksi.

Matalataajuista värähtelyä, kuten infraääntä, esiintyy ennen kaikkea järjestelmissä, joissa on talonohjaus ja joita ei enää rakenneta nykyään. Pienessä määrin ne voidaan osoittaa myös nykyaikaisissa järjestelmissä, joissa on äänenvoimakkuuden säätö . Tämä infraääni ei ole enää havaittavissa edes lyhyen matkan päässä järjestelmistä. Saksan TA Lärmin vaatimat etäisyydet tuuliturbiinien ja rakennusten välillä eivät aiheuta vaaraa asukkaille. Tuuli tuottaa paljon voimakkaampaa infraääntä omassa talossasi kuin tuuliturbiini tai tuulipuisto laillisesti määrätyllä etäisyydellä.

Erikoispiirteenä on amplitudimodulaation ilmiö , jolle ensimmäiset mittaustulokset ovat nyt saatavilla. Tätä ilmiötä tutkittiin keskitasoilla 46,2–29,7 dB ja etäisyyksillä 550–1000 metriä useissa tuulipuistoissa.

Luotettavien tieteellisten periaatteiden mukaisesti Maailman terveysjärjestö (WHO) suosittelee , että tuuliturbiinien meluntorjunta 24 tunnin keskimäärin ei saisi ylittää 45 dB.

Esteen merkintä

Yli 100 metrin korkeuden tuuliturbiinien edellyttämät esto -merkit palvelevat lentoliikenteen turvallisuutta. Päiväntunnistus koostuu kahdesta punaisesta raidasta roottorin siipien kärjissä ja yöaikainen tunniste koostuu punaisista lampuista nokan katolla. Nämä majakat toimivat loistelamppujen kanssa vanhoissa järjestelmissä, valodiodien (LED) tai salamalamppujen kanssa uusissa järjestelmissä . Tyypillisellä vilkkumallaan ne aiheuttavat valosaastetta , mikä voi olla haittaa asukkaille, varsinkin kun järjestelmiä on paljon. Viime aikoina varoitusvalot voidaan himmentää, kun näkyvyys on hyvä.

Nyt on olemassa tutkapohjaisia ​​valaistusjärjestelmiä, jotka kytkeytyvät päälle vain, kun lentokone on lähellä. Kokeet tällaisella järjestelmällä, jonka Enertrag ja Airbus kehittivät yhdessä , alkoivat vuonna 2012, ja vuonna 2015 Saksan viranomaiset hyväksyivät sen. Vähintään neljä tutkaa on asennettava tuulipuistoon. Sen lähetysteho on 4 wattia vain noin kaksi kertaa matkapuhelimen . Tämä tarkoittaa, että estevaloja ei tarvitse käyttää noin 98% ajasta. Ensimmäiset suuret hankkeet järjestelmän uusimiseksi nykyisiin tuulipuistoihin ovat käynnissä; Esimerkiksi noin 90% kaikista Uckermarkin alueen tuulivoimaloista on muutettava pysyvästä valaistuksesta kysyntäohjattuun valaistukseen vuonna 2017 ^{[vanhentunut]} . Maaliskuusta 2017 lähtien Schleswig-Holsteinissa yhteensä 23 tuuliturbiinia on varustettu airspex- järjestelmällä. Kannustimena tällaisen järjestelmän varustamiselle vanhoille ja uusille järjestelmille on mahdollista saada alennus maisema -kuvan interventiokorvauksesta.

Vaikutus tutkajärjestelmiin ja radionavigointiin

Paikalla olevien tutka -alueiden tuuliturbiinit ovat rakenteellisten lisärajoitusten alaisia. Ilmatilan valvontaan siviili lennonjohdon on heikentynyt sen maltillista Kulmaerottelukyky korkeus kohteille edellä tuulivoimalaa. Järjestelmien suojelualue on jopa 15 km. Sotilaallinen ilmatilan valvonta, joka on kiinnostunut myös matalalentokohteista, voi heikentyä kantaman, kohteen hankinnan ja sijainnin suhteen tuuliturbiinien varjostamisen ja diffraktion avulla. 50 km: n kiinnostavalla alueella järjestelmän suunnittelu on liittovaltion infrastruktuuri-, ympäristönsuojelu- ja liittovaltion asevoimien palvelutoimiston tarkasteltavana.

Maanpäällisen radionavigoinnin lentokonejärjestelmiä on helpompi ärsyttää. Saksan lennonjohto puolustaa 15 km: n säteellä sijaitsevaa aluetta (D) ENNEN pyöriviä majakoita .

Kiinteistöjen hinnat

Kansalaisryhmät ovat usein huolissaan kiinteistöjen pysyvästä poistosta tuuliturbiinien rakentamisen vuoksi. Vuosi 2003 oli z. Esimerkiksi Saksan välittäjien liitto on raportoinut pitkäaikaisista arvohäviöistä: ”Lukuisat kiinteistöt WKA: n läheisyydessä ovat käytännössä myyntikelvottomia.” Lisäksi Ala-Saksissa ja Schleswig-Holsteinissa valitetaan, että ”joitakin taloja on tarjottu vuotta alennuksilla jopa 40 prosenttia. ”Näistä kiinteistöistä ei ole edes kiinnostuneita. Kiinteistötaloustieteilijät Philippe Thalmann Lausannen yliopistosta ja Günter Vornholz EBZ Business Schoolista Bochumissa ovat kuitenkin ristiriidassa tämän väitteen kanssa . Thalmannin mukaan tämä pelko hintojen laskusta kuitenkin laukaisee usein vain todellisen hinnanlaskun itsensä toteuttavan ennustuksen muodossa. Erityisesti kiinteistöjen hinnat romahtivat tilapäisesti, kun tuuliturbiinit vastustivat hyvin paikan päällä. Vornholzin mukaan tämä hintojen lasku on kuitenkin lyhytaikaista, koska keskustelu ehkäisi aluksi potentiaalisia sijoittajia. Kuitenkin, kun tuuliturbiinit on pystytetty ja kun ihmiset ovat tottuneet niihin, kiinteistön arvo vakiintuu entiselle tasolle.

Viitataan kuitenkin myös metodologisiin vaikeuksiin erottaa tuuliturbiinien vaikutus muista tekijöistä, kuten taloudellisesta tai väestökehityksestä. Lisäksi Dortmundin kaupungin ympäristöviraston työntekijä huomauttaa tietämyksen puutteesta vuonna 2015.

Maisema kuva

Vuonna esteettinen arvioinnissa tuuliturbiinien subjektiivisesta, totuttautumis- ja sosiaalisia asenteita, etenkin maisema ihanteita, on tärkeä rooli. Tuuliturbiinien esteettinen arviointi on erittäin kiistanalainen: jotkut pitävät niitä maiseman rikastumisena, toiset heikentävänä, erityisesti maisemien ainutlaatuisuutta ja luonnollisuutta. Arvostellaan muun muassa. Maiseman koneellistaminen / teollistaminen. Koska tuuliturbiinien tornit ovat enimmäkseen ohuita, tässä yhteydessä puhutaan halventavasti maiseman parsasta.

matkailu

Erityisesti matkailun kannalta tärkeillä alueilla pelätään usein, että niillä on kielteinen vaikutus matkailuun ja että yöpymisten määrä vähenee. Tällaisia ​​vaikutuksia ei kuitenkaan ole toistaiseksi tieteellisesti todistettu.

Vuonna 2005 Bremerhavenin ammattikorkeakoulu WAB 840 : n puolesta Michael Vogelin projektin johdolla haastatteli satunnaisesti valittuja ihmisiä 11 turisteille tärkeässä Pohjanmeren yhteisössä, joiden tuuliturbiinit olivat lähellä. Tällöin on tarkistettava tai väärennettävä 20 WAB: n aiemmin määrittämää hypoteesia. Tutkimuksessa päädyttiin siihen tulokseen, että tuuliturbiinit eivät olleet kiistattomia, mutta keskimäärin niitä ei pidetty ärsyttävinä. T.: tä pidettäisiin Pohjanmeren rannikolle ominaisena. Tuuliturbiinien katsottiin olevan hyödyllisempiä tulevaisuuden energiansaannille, ja ihmiset suhtautuivat myönteisemmin tuuliturbiiniin sitä nuorempina tai mitä kauempana he asuivat. Suurin syy hylkäämiseen oli pelko melusaasteesta optisista syistä, ja muutama suuri järjestelmä hyväksytään laajemmin kuin monet pienet järjestelmät. Matkailualan työntekijät tai tämän alan tuttavat näkivät tuulipuistot positiivisemmin kuin vastaajien keskiarvo. He eivät myöskään pelkää sitä, etteivät turistit hylkää heitä ja siten laskevat yöpymisiä.

Vuonna 2012 aluehallinnon instituutti teki Hohes Venn-Eifelin luonnonpuiston puolesta edustavan tutkimuksen, jossa haastateltiin 1326 ihmistä, joista 159 asui luonnonpuistossa. Sen mukaan 59% kyselyyn tulleista ei pitänyt tuuliturbiinia häiritsevänä, 28% häiritsevänä mutta hyväksyttävänä. 8% piti niitä ärsyttävinä ja 4% erittäin ärsyttävinä. 91% kyselyyn vastanneista ilmoitti tulevansa takaisin, jos tuulivoimaloita lisätään vielä, 6% piti tätä niin ärsyttävänä, että he luopuisivat uudesta vierailusta. 53% kannatti kasvien keskittymistä, kun taas 37% piti laajempaa levitystä koko maassa. Lisäksi tuuliturbiinien katsottiin olevan tärkeitä Saksan tulevalle energiansaannille. 63% piti tuulienergiaa erittäin tärkeänä, 32% keskimääräisen tärkeänä ja 4% merkityksettömänä. Myös tässä tutkimuksessa havaittiin korrelaatio vastaajien iän ja tuulienergian hyväksymisen välillä: Vaikka lähes 80% alle 20-vuotiaista vastaajista arvioi tuuliturbiinit häiritsemättömiksi ja lähes kukaan ei häiritseviksi tai erittäin häiritseviä, vastaajat olivat yli 59 -vuotiaita. Niiden vastaajien osuus, jotka eivät pitäneet tuuliturbiinia haitallisena, oli vain 40–50%. Noin 30% vastaajista piti tämän ikäryhmän tuuliturbiinia ärsyttävänä, mutta hyväksyttävänä; niiden määrä, jotka pitivät tuuliturbiinia erittäin ärsyttävänä, pysyi alle 10 prosentissa kaikissa ikäryhmissä.

Tietyillä alueilla tuulienergian käyttö on tietoisesti integroitu paikalliseen matkailutarjontaan. Joissakin paikoissa on z. B. Matkailureitit, tuulivaellusreitit, tuulienergian pyörätiet tai vastaavat. Siellä on myös muutama tuuliturbiini, joissa on katselualustoja, joihin turistit voivat kiivetä ja jotka usein yhdistetään vierailijatietokeskukseen. Vuonna Pfaffenschlag lähellä Waidhofen an der Thaya , Ala-Itävalta , paikallinen tuuliturbiini operaattori asentaa konehuoneen (konehuone ja napa) tuulivoimalan päällä katseluun sisäpuolelta.

Puitteet

Hyväksynnän perusta

Saksassa tuuliturbiinien hyväksyntä suoritetaan yleensä kahdessa erillisessä hallinnollisessa menettelyssä . Ensinnäkin tunnistetaan alueet, joilla tuulivoiman käyttö on sopivaa ja toivottavaa. Toisessa vaiheessa hyväksytään laitoksen rakentaminen ja käyttö.

Suunnittelulaki Saksassa

Vuonna kansallisiin kehitysohjelmiin maakuntien laajennus tavoitteiden asettamista. Saksan valtion suunnittelun määräyksiä sovelletaan . Aluesuunnittelussa määritellään laajennustavoitteet ja määritetään alueet maalla sijaitsevalle tuulivoimalle. Jos tällaiset määritykset on tehty, tuulivoiman käyttö näiden alueiden ulkopuolella ei ole sallittua. Tuulivoiman käytön tilahallinta voidaan suorittaa myös pienemmissä osissa kuntatasolla. Tämän jälkeen kunnat määrittelevät kaavoitussuunnitelmassa tuulivoima -alueet . Maankäytön ja maankäytön suunnittelun ristiriitojen välttämiseksi sovelletaan vastavirran periaatetta (aluesuunnittelulaki) . Osavaltioissa Schleswig-Holsteinin , Ala-Saksin ja Mecklenburg-Vorpommernin voi myös määritellä merialueita merituulipuistoja että rannikon mereen . Jos aluehallintaa ei ole toteutettu suunnittelualueella tai se on tehonnut, tuulivoiman käyttö on sallittua kaikkialla. Koska tuulivoiman käyttö on etuoikeutettu rakennushanke .

Spatiaalinen valvonta offshore tuulipuistojen talousvyöhykkeelle Pohjois ja Itämerellä sen suoritettiin käyttäen kahta avaruudellinen suunnitelmia , että liittovaltion liikenne-, rakennus- ja kaupunkisuunnitteluministeri säädetty vuonna 2009. Suunnitelmia on täydennetty vuodesta 2012 lähtien liittovaltion meri- ja hydrografiaviraston ( BSH ) liittovaltion offshore -suunnitelmalla . Vuodesta 2017 lähtien BSH on vastannut alueiden yleisestä suunnitteluprosessista, mukaan lukien kehittäminen ja alustavat tutkimukset.

Hyväksyntälaki Saksassa

Jokainen tuuliturbiini maassa, jonka kokonaiskorkeus on yli 50 m, vaatii luvan. Siksi tuuliturbiinin rakentaminen ja käyttö edellyttävät lupaa . Hyväksyntäprosessi on perustettu liittovaltion Immission Control Act -lakiin 1. heinäkuuta 2005 lähtien . Vanhemmat tuuliturbiinit on hyväksytty rakennusmääräysten mukaisesti . Myös aluemeren tuulipuistot on hyväksytty immission control lain mukaan. Pohjois- ja Itämeren talousvyöhykkeellä sijaitseviin merituulipuistoihin sovelletaan merilainsäädäntöä ja BSH: n vastuulla.

Pienet tuuliturbiinit

Alle 50 metrin korkeuden tuuliturbiinien hyväksyntä ei perustu liittovaltion laillisuuteen, vaan osavaltion lakiin. Jokaisessa osavaltiossa on erilaiset säännöt pienten tuuliturbiinien rakennusluville. Jotkut liittovaltiot ovat siirtyneet siihen, että ne eivät vaadi lupaa pienille järjestelmille, joiden korkeus on enintään 10 metriä.

Sähkön tuotantokustannukset ja tuet

Sähkön tuotantokustannukset tuulivoimaloiden riippuu laadusta vastaavan sijainnin. Ne ovat kuitenkin vastaavalla tasolla kuin lämpövoimalaitokset , joiden kustannukset nousevat tulevaisuudessa polttoainekustannusten nousun vuoksi . Fraunhoferin ISE: n mukaan tuuliturbiinit, joiden LCOE on jopa 4,5 ct / kWh, pystyvät jo tuottamaan halvempaa kuin useimmat tavanomaiset voimalaitokset erittäin hyvillä maastoalueilla (vuodesta 2013). Kun sijainnin laatu heikkenee, sähkön tuotantokustannukset nousevat, joten tuulivoimalat erittäin huonoissa paikoissa ovat jopa hiili- ja kaasuvoimalaitoksia kalliimpia jopa 10,7 senttiä / kWh . Offshore -laitokset ovat z. Joskus jopa näiden arvojen yläpuolella.

Samanlaisia ​​arvoja löytyy kirjallisuudesta. Gasch et ai. soita z. Esimerkkinä mainitun tuulipuiston sähköntuotantokustannukset ovat 6,5 ct / kWh, mikä voi pudota 5 ct / kWh 10% paremmilla tuuliolosuhteilla. Vuonna 2009 julkaistussa teoksessaan Kaltschmitt ja Streicher ilmoittavat Itävallan välillä 6–9 senttiä / kWh. Parhailla paikoilla tuuliturbiinien sähköntuotantokustannukset ovat nyt noin 40–50 Yhdysvaltain dollaria / MWh (33,8–42,2 euroa / MWh), vaikka ne riippuvat myös suuresti sijainnin laadusta ja rahoitusolosuhteista; Yhdysvalloissa maalla sijaitsevat tuulivoimalat ovat jo toiseksi halvimmat voimalaitokset kaasukäyttöisten yhdistettyjen voimalaitosten jälkeen. Pitkällä aikavälillä tuulienergian oletetaan kehittyvän maailman halvimmaksi sähköntuotantomuodoksi.

Koska investointeja tuuliturbiiniin ja muihin vaihtoehtoisiin energialähteisiin on edistetty ja edistetään monissa maissa, uusi kapasiteetti on kasvanut vuosittain vuosikymmenien ajan. Vaikka tutkimusrahoitus hallitsi alkuaikoina, syöttötariffit ovat nykyään yleisiä, esimerkiksi Saksan uusiutuvista energialähteistä annetussa laissa . Muita rahoitusmekanismeja ovat verohelpotukset ja uusiutuvista lähteistä peräisin olevan sähkön vähimmäiskiintiöt.

Hinnat

Tuuliturbiinien hinnat vaihtelevat normaalisti. Toisaalta palveluntarjoajilla on taipumus pitää matalaa profiilia, toisaalta yksilölliset puite -ehdot on otettava huomioon. Näitä ovat esimerkiksi rakennustyömaa , infrastruktuuri (pääsy rakennustyömaalle, etäisyys sähköverkkoon), sähkönlaatua ja melupäästöjä koskevat määräykset jne. Ja tästä riippuen käytetty tekniikka (perustuksen tyyppi, rehun tyyppi jne.). Vaihteettomat järjestelmät ovat yleensä kalliimpia asentaa kuin perinteiset vaihteella varustetut tuuliturbiinit, mutta ne ovat luotettavampia, vaativat vähemmän huoltoa ja ovat hiljaisempia.

Hau nimetty esimerkkinä esitetyt arvot kahden maalla tuulivoimalan nimellisteho on 3 MW, roottorin halkaisija 100 m ja navan korkeus 100 m, mutta eri teknisiä ratkaisuja: Tämän laskennallinen myyntihinta vaihtuvanopeuksinen vaihteisto, jossa on kaksoissyöttöinen asynkroninen generaattori ja osamuunnin, on 3 058 500 euroa tai 1019 euroa / kW. Muuttuja vaihteisto -tön , jossa kestomagneetti generaattori ja täynnä muuten samanlaisena kustannukset noin 3.305.250 euroa ja 1102 euroa / kW. Lisäksi kuluja on kulkuväylille, perustuksille, verkkoyhteyksille, hankesuunnittelulle , ympäristöraporteille, ekologisille korvaustoimenpiteille jne. niin että asennuskustannukset, ts. H. käyttövalmiiden tuulivoimalaitosten pystytyskustannukset ovat noin 125–135% tehtaan hinnasta tehtaalla. Offshore -tuulivoimalat ovat kalliimpia kuin onshore -laitokset, erityisesti lisälaitteiden kustannukset ovat huomattavasti korkeammat kuin offshore -laitokset.

Käytettyjen Ü20 -järjestelmien toiminta jatkuu

Kun 20 vuoden tuki on päättynyt, on mahdollisuus suoramarkkinointiin, markkinointiin sähkönhankintasopimuksen (PPA) kautta tai uudelleensijoittamiseen . Lisäksi EEG 2020 -keskustelun yhteydessä on harkittu asianmukaista liittymähintaa.

Tutkimus ja kehitys

Koska tuulienergiateknologia on vielä suhteellisen uusi ja vastaavasti tarvitaan vielä suuria teknisiä edistysaskeleita, tuuliturbiinivalmistajat investoivat suhteellisen suuren osan myynnistään tutkimukseen ja kehittämiseen. Koska tuuliturbiinia on valmistettu paljon, myös valtion tutkimus yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa on lisääntynyt. Saksassa z. Esimerkkejä ovat vuonna 1990 perustettu Saksan tuulienergiainstituutti (DEWI) ja sovelluslähtöistä tutkimusta käsittelevä Fraunhoferin tuulienergia- ja energiajärjestelmätekniikan instituutti . Esimerkkejä kansainvälisesti tärkeistä tuulienergia -alan tutkimuslaitoksista ovat Yhdysvaltain kansallinen uusiutuvan energian laboratorio ja tanskalainen Risø DTU . Tärkeitä kansainvälisiä tieteellisiä lehtiä , joissa tuuliturbiinien tutkimustyötä julkaistaan, ovat z. B. Tuulienergia , uusiutuva energia sekä uusiutuvan ja kestävän energian arviot .

Keskeinen lähtökohta tuulivoimalaitosten kehittämiselle on sähkön tuotantokustannusten alentaminen edelleen, jotta voidaan saavuttaa täysi kilpailukyky fossiilisia polttoaineita käyttävien voimalaitosten kanssa. Vuonna 2015 julkaistun katsaustutkimuksen mukaan tämän tavoitteen pitäisi olla mahdollista saavuttaa lähitulevaisuudessa. Tekninen kehitys sisältää ensisijaisesti kustannusten alentamista tehokkaamman sarjatuotannon ja koneiden käytön lisäämisen avulla erityisesti Jotkut roottorin siivet on valmistettu käsin. Roottorin siipien siipien pituudet ovat yhä suurempia, ja niiden tarkoituksena on lisätä turbiinikohtaista tuottoa ja alentaa sähkön hintaa. Jotta kuormat pysyisivät kasvavan omapainon vuoksi alhaisina, a. tutki kevyempien ja vakaampien materiaalien, kuten CFRP: n, käyttöä, joilla on kuitenkin erilaiset tekniset ominaisuudet kuin laajemmin käytetyillä GFRP -pohjaisilla levyillä. Lisäksi uudet profiilit, jaettavat siivet helpottamaan kuljetusta ja "älykkäät" terät ovat tutkimuksen tavoite. Lisäksi vähemmän tuulisten alueiden kehittäminen erityisten vähätuulisten järjestelmien avulla siirtyy valmistajien ja tutkimuksen keskipisteeseen.

Uusia voimansiirto- ja generaattorikonsepteja kehitetään myös. Generaattorit, jotka herättävät korkean lämpötilan suprajohteita ja vastaavasti korkea energiatiheys, ovat erityisen lupaavia offshore-järjestelmille, joilla on suuri teho . Perinteisiin rakennusmenetelmiin verrattuna huomattavasti pienempiä ja kevyempiä generaattoreita voidaan rakentaa korkean lämpötilan suprajohteilla, mikä lupaa kustannussäästöjä.

Toinen tutkimuksen painopiste on offshore -tuulivoimalat, joita Saksassa seurasi muun muassa FINO -tutkimusalustojen asennus . Tutkitaan z. B. niiden vaikutus rannikon ekosysteemeihin . Vain kaksi roottorin siipiä sisältävät offshore -tuuliturbiinit ottavat yhä enemmän huomioon, koska tällaisten järjestelmien asentaminen merelle olisi paljon helpompaa. Jossa kelluva tuuliturbiinit , vedet yli 50 metrin syvyyteen on kehitettävä, jolla paljon suurempia alueita valtamerten voitaisiin avata käyttöön tuulivoimaa. Useita prototyyppejä on jo olemassa, mutta kaupallisia hankkeita ei ole vielä toteutettu. Haasteita ovat taloudellinen tehokkuus, joka johtuu kalliista kelluvista perustusrakenteista, sekä monimutkainen dynaaminen käyttäytyminen karkealla merellä.

Lentävät tuulivoimaloita, niin sanottu ilmaa tuulivoimaloissa, ovat myös kohteena nykyinen tutkimus.

Kansainväliset ennätykset

• Maailman vanhimmat tuulimyllyt sijaitsevat Iranin Nashtifanissa ja kuuluvat maailmanperintökohteisiin. Ne ovat niin sanottuja " persialaisia ​​tuulimyllyjä " (Asbads).
• Vanhin moderni tuuliturbiini, Tvind, on ollut käytössä vuodesta 1975 ja sijaitsee Tanskassa
• Tehokkain tuuliturbiinityyppi on GE Wind Energyn tuottama Haliade-X , jonka nimellisteho on 12  MW .
• Korkein tuuliturbiini on myös Haliade-X. Tämän tyyppisen turbiinin roottorin halkaisija on 220 m ja se on rakennettu Rotterdamiin, jonka navan korkeus on 150 m, jolloin sen kokonaiskorkeus on 260 m.
• Haliade-X: llä on myös suurin roottorin halkaisija 220 metriä.
• Maailman tehokkain kaksiteräinen roottori, jonka teho on 6,5 MW ja roottorin halkaisija 130 m. Sen kehitti saksalainen Aerodyn Energiesysteme ja sen rakensi Ming Yang vuoden 2014 lopussa. Saatavana on myös versio, jonka roottorin halkaisija on 6 MW ja 140 m.
• Suurin pystysuoran akselin tuuliturbiini, jonka kokonaiskorkeus oli 110 metriä, oli Éole, joka rakennettiin vuonna 1988 Le Nordaisissa , Cap-Chatissa, Kanadassa. Sen Darrieus -roottorin halkaisija on 64 m ja korkeus 96 m. Sulkemiseensa vuonna 1992 Éole oli tuottanut yhteensä 12 GWh sähköenergiaa, mikä vastaa hieman alle 20 viikon nimellistehoa (3,8 MW).
• Korkeimmat tuuliturbiinit rakennettiin vuonna 2013 tuulipuistoon Tiibetin hallintoalueella Nagquissa . Tuulipuisto, jonka loppuvaiheessa tulee olemaan 33 kiinalaisen valmistajan Guodianin 1,5 1,5 MW: n turbiinia , sijaitsee noin 4900 metrin korkeudessa. Elokuussa 2013 otettiin käyttöön viisi järjestelmää.
• Pohjoisin tuulipuisto (rakennettu vuonna 2002) koostuu 16 Nordex N80 -laitteesta, joiden nimellisteho on 2,5 MW, Havøygavlenin tuulipuistossa Hammerfestin lähellä Pohjois -Norjassa ; vuosituotanto on jopa 120 GWh.
• Eteläisin tuuliturbiinit ovat kolme Enercon E-33s 77 ° 51'S , joka, yhdessä diesel generaattorit, toimittaa Scott Base on Etelämantereella sähköenergiaa. Nyt hylätyssä Neumayer Station II: ssa 70 ° 38'S oli Heidelberg Motorsin Darrieus H -roottori vuosina 1991-2008 , joka korvattiin Neconay Station III : n Enercon E-10 : llä .

Tuuliturbiinit saksankielisissä maissa

Saksa

Liittovaltio on koonnut Saksan tuuliturbiiniluettelot:

Baden-Württemberg , Baijeri , Berliini ja Brandenburg , Bremen, Hampuri ja Ala-Saksi , Hessen , Mecklenburg-Länsi-Pommeri , Nordrhein-Westfalen , Rheinland-Pfalz , Saarland , Saksi , Saksi-Anhalt , Schleswig-Holstein , Thüringen .

Itävalta

Suurimmat laitokset on lueteltu Itävallan tuulivoimalaitosten luettelossa .

Katso myös luettelo Ala -Itävallan tuulivoimalaitoksista , tuulivoimasta Ylä -Itävallassa # ja tuulivoimasta Steiermarkissa # .

Kaksi erityisen voimakas tuulivoimaloiden tyyppiä E-126 (valmistaja Enercon ) rakennettiin lähelle Potzneusiedl jonka BEWAGin tytäryhtiö Itävallan tuulivoima (AWP) ja otettu käyttöön vuoden 2012 alussa. Niiden nimellisteho on 7,5 MW, navan korkeus noin 135 m ja roottorin kärjen korkeus noin 198,5 m.

Sveitsi

Sveitsissä on noin 55 tuuliturbiinia (vuoden 2014 puolivälissä). Heistä 16 on Mont Crosinin tuulipuistossa Mont Crosinin passin yläosassa.

Vuonna 2012/13 rakennettu Calandawind -tuulivoimala (navan korkeus 119 metriä) on Sveitsin ensimmäinen 3 MW: n tuuliturbiini .

Euroopan korkein tuulipuisto on Griesin tuulipuisto, jossa on neljä tuuliturbiinia Nufenen Passin ja Gries Passin välissä .

Katso myös:

• Luettelo Sveitsin tuulivoimaloista
• Tuulivoima # Sveitsi
• Sveitsin energiapolitiikka
• Energiankulutus Sveitsissä

Tuuliturbiinien valmistaja

Suurin valmistaja asennetulla kapasiteetilla vuonna 2015 oli Goldwind , jota seurasivat Vestas , General Electric ja Siemens .

Katso myös

• energian siirtyminen
• Energian siirtyminen maittain

kirjallisuus

• Albert Betz : Tuulivoima ja sen käyttö tuulimyllyissä. Ecobook, Kassel 1982, ISBN 3-922964-11-7 . (Göttingenin painoksen uusintapainos 1926).
• Robert Gasch, Jochen Twele (toim.): Tuulivoimalat. Perusteet, suunnittelu, suunnittelu ja käyttö. 9., päivitetty painos. Springer, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-12360-4 .
• Erich Hau: Tuulivoimalat - perusteet, tekniikka, käyttö, talous. 5. painos. Springer, Berliini / Heidelberg 2014, ISBN 978-3-642-28876-0 . rajoitettu esikatselu Google -teoshaussa
• Siegfried Heier : Tuulienergian käyttö. 7. painos. Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2016, ISBN 978-3-8167-9587-2 .
• Siegfried Heier: Tuulivoimalat: järjestelmän suunnittelu, verkon integrointi ja ohjaus. 5. painos. Vieweg / Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8351-0142-5 .
• Matthias Heymann : Tuulienergian käytön historia: 1890–1990 . Campus Verlag, Frankfurt am Main 1995, ISBN 3-593-35278-8 .
• Peter Jamieson: Innovaatioita tuuliturbiinisuunnittelussa . Wiley, 2011, ISBN 978-0-470-69981-2 . rajoitettu esikatselu Google -teoshaussa
• Germanischer Lloyd: Guideline for the Certification of Wind Turbines , 2010 (PDF -tiedosto; 3,7 MB).
• Martin Kaltschmitt , Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (toim.): Uusiutuvia energioita. Järjestelmätekniikka, talous, ympäristönäkökohdat . Springer / Vieweg, 5. painos Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6 .
• Volker Quaschning : Regenerative Energy Systems. Tekniikka - laskenta - simulointi. 9. painos. Hanser, München 2015, ISBN 978-3-446-44267-2 .
• Alois Schaffarczyk (toim.): Johdatus tuulienergiatekniikkaan. 2. painos. Hanser, München 2016, ISBN 978-3-446-44982-4 .
• Hermann-Josef Wagner , Jyotirmay Mathur: Johdatus tuulienergiajärjestelmiin. Perusteet, tekniikka ja toiminta . Springer, Berliini / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-32975-3 .
• Viktor Wesselak , Thomas Schabbach , Thomas Link, Joachim Fischer: Handbook Regenerative Energy Technology. Kolmas, päivitetty ja laajennettu painos. Berliini / Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-53072-6 .
• Matthias Heymann : Tekninen tietämys, mentaliteetit ja ideologiat: Taustaa tuulienergiatekniikan vikahistoriasta 1900 -luvulla . Julkaisussa: Technikgeschichte, Vuosikerta 63 (1996), H. 3, s. 237-254.
• Vaughn Nelson: Innovatiiviset tuuliturbiinit: kuvitettu opaskirja. CRC, Boca Raton 2019, ISBN 9780367819316 .

nettilinkit

• www.windindustrie-in-deutschland.de- tietokanta tuuliturbiinien ominaisuuksista
• Kuvaesityksen "Tuuliturbiinit Saksassa" diaesitys

Yksilöllisiä todisteita