Optimization and Economic Feasibility of Small-Scale Wind Turbines in Various Urban Settings and Wind Conditions

 

Projektlaufzeit: 1/2012 - 1/2013
Gefördert durch die Umbrella Cooperation

  Beispiel einer Ablöseblase ("A" zeigt den Wirbel, welcher an der Dachkante auftritt und die Ablöseblase verursacht) (Quelle: Sàenz-Diez Muro et al., 2010) Beispiel einer Ablöseblase ("A" zeigt den Wirbel, welcher an der Dachkante auftritt und die Ablöseblase verursacht) (Quelle: Sàenz-Diez Muro et al., 2010)

Im Rahmen der Umbrella Cooperation untersuchten das FCN und the Turbo and Jet Engine Laboratory (Technion University Haifa) die technische Optimierung und Wirtschaftlichkeit von Kleinwindkraftanlagen in Abhängigkeit verschiedener Windbedingungen und urbanen Umgebungen. Im Speziellen hatte dieses Forschungsprojekt das Ziel ein detailliertes Verständnis des technischen Verhaltens und der ökonomischen Aspekte von Kleinwindkraftanlagen im Stadtbereich zu schaffen, um das Design dieser Anlagen speziell für den urbanen Raum energieeffizient zu optimieren und das ökonomische Potential abschätzen und ausnutzen zu können.

Das Hauptziel des Projektes stellte die Untersuchung von Investitionsmöglichkeiten in Kleinwindkraft für private Haushalte in Abhängigkeit der Bedingungen im urbanen Raum dar. Hierzu wurden sechs verschiedene Szenarien modelliert, welche sich hinsichtlich des betrachteten Haushalttyps und Stromverbrauchs, der gewählten Kleinwindanlage und technischen Parametern, Förderprogrammen und Kreditkonditionen und besonders hinsichtlich der verschiedenen urbanen Standorte unterschieden. Durch Evaluierung und Vergleich der Szenario-Resultate der Wirtschaftlichkeitsanalysen ließen sich die zentralen Parameter für eine wirtschaftliche Nutzung von Kleinwindanlagen im städtischen Bereich identifizieren: die Gestaltung der gesetzlichen und regulativen Rahmenbedingungen, die Wahl des Standortes, sowie das technische Design der Anlage.

Im Rahmen des technischen Teils des Projektes (Technion) galt es das Verhalten von Kleinwindanlagen speziell bei niedrigen und stark turbulenten Windgeschwindigkeiten zu untersuchen, welche oft im städtischen Raum in unmittelbarer Gebäudenähe zu finden sind (Abb.). Um daher den maximalen Windertrag zu erhalten, sollte die Turbine flexibel sein, d.h. ein geringes Gewicht und eine geringe benötigte Anlaufgeschwindigkeit aufweisen. Hierzu stand die Optimierung des Designs der Rotorblätter im Vordergrund, um eine maximale aerodynamische Leistung bei niedrigen Startgeschwindigkeiten zu erreichen. Um das Design der Rotorblätter optimieren zu können, wurde eine Testanlage mit sechs Windmessern auf dem Dach des Turbo and Jet Engine Lab gebaut.

Projektpublikationen

Grieser B., Madlener R., Sunak Y. (2013). Economics of Small Wind Power Plants in Urban Settings: An Empirical Investigation for Germany, FCN Working Paper No. 1/2013, Institute for Future Energy Consumer Needs and Behavior, RWTH Aachen University, January.

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Reinhard Madlener

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