Foto: Schiestlhaus

Urbane Windenergie - Entwicklung von Beurteil­ungsmethoden für den Einsatz von Kleinwindener­gieanlagen in urbaner Umgebung

Im Projekt "Urbane Windenergie" werden die Grundlagen für die techni­sche Beurteilung des Einsatzes von Kleinwindenergieanlagen (KWEA) im urbanen Raum geschaffen. Dazu werden einerseits Methoden zur Charakterisierung von turbulenten Strömungsfeldern entwickelt und andererseits die Auswirkungen von turbulenten Strömungsbedingungen anhand ausgewählter Turbulenzeigenschaften auf die Performance von KWEA analysiert. Auf Basis der Ergebnisse wird ein Standort-Bewert­ungsschema für die Errichtung von KWEA im urbanen Raum entwickelt.

Kurzbeschreibung

Status

Laufend

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Kleinwindkraft stellt neben der Photovoltaik in besiedelten Gebieten eine Möglichkeit dar, die Ziele der neuen EU Gebäuderichtlinie, mit der Forderung nach "nearly zero energy" Gebäuden, zu erreichen. Es mangelt jedoch einerseits an innovativen Konzepten für Kleinwindenergieanlagen, andererseits gibt es bei der Standortevaluierung und dem Einsatz von Kleinwindenergieanlagen (KWEA) bei stark turbulenten Windverhält­nissen, wie sie in urbanen Gebieten oftmals vorherrschen, noch viele planungs- und sicherheitstechnische Unsicherheiten.

So ist die Wirkung turbulenter Strömungsbedingungen auf die Perfor­mance von Kleinwindenergieanlagen im Detail nicht bekannt. Außerdem liegen für den Einsatz von KWEA im urbanen Gebiet bis dato keine umfassenden Wirkungs- und sicherheitstechnischen Analysen zur Beurteilung der Interaktion mit der Umgebung und des Gefährdungs­potentials vor.

Inhalte und Zielsetzungen

Grundsätzlich sollen folgende 5 Fragen durch das Projekt beantwortet werden:

  1. Wie können die Windverhältnisse bei stark turbulenten Strömungs­bedingungen im städtischen Bereich charakterisiert werden und welche Messungen und Modellansätze sind geeignet, um einen geplanten KWEA-Standort im städtischen Bereich hinsichtlich des Leistungspotentials der vorgesehenen Anlage zu beurteilen?
  2. Welchen Einfluss haben stark turbulente Windverhältnisse auf den Ertrag und die Lebensdauer einer KWEA sowie die Qualität des ins Netz eingespeisten elektrischen Stroms?
  3. Welche Belastung der umgebenden Infrastruktur durch Vibrationen und potenzielle Gefährdung für Personen geht von KWEA im urbanen Raum aus und wie hoch ist das Gefährdungspotential?
  4. Welche KWEA-Technologie ist für die Anwendung in bebauter Umgebung geeignet?
  5. Wie erfolgt eine umfassende Standort-Bewertung für die Errichtung von KWEA in Siedlungsgebieten?

Methodische Vorgehensweise

Dazu werden Untersuchungen an zwei unterschiedlichen Technologien, einer KWEA mit vertikalem und einer mit horizontalem Rotor, jeweils an einem urbanen Standort, der ENERGYbase in Wien - Floridsdorf und einem ländlichen Teststandort in Lichtenegg durchgeführt. Darüber hinaus wird für den gewählten urbanen Standort eine umfassende mess- und simulationstechnische Charakterisierung der turbulenten Windver­hältnisse durchgeführt.

Durch eine Evaluierung unterschiedlicher CFD-Modelle wird untersucht, welcher Simulationsansatz für die Standortbegutachtung einer KWEA im urbanen Raum am geeignetsten ist. Anschließend werden die Auswirk­ungen von turbulenten Strömungsbedingungen auf die Performance einer KWEA anhand ausgewählter Turbulenzeigenschaften untersucht.

In einer Wirkungsanalyse werden basierend auf Schwingungsmessungen einerseits die Interaktionen mit dem Gebäude und andererseits die Belastung der KWEA selbst in Abhängigkeit von der Turbulenzstärke der vorherrschenden Windbedingungen untersucht. Da die verursachten Schallemissionen ein weiterer sehr wichtiger Entscheidungsparameter für den Einsatz von KWEA in besiedelten Gebieten sind, wird dieser Aspekt im vorliegenden Projektvorhaben einer detaillierten Untersuchung unterzogen.

Zusätzlich wird auch die Frage nach der von KWEA im urbanen Raum ausgehenden Gefährdung für Personen, insbesondere das Risiko durch Vereisung, untersucht. Durch eine experimentelle Untersuchung des Eiswurfes sowie die Anwendung einer probabilistischen Sicherheits­analyse zur Ermittlung der Risiken durch Brand, wird die Basis für die Beurteilung der Sicherheit von KWEA geschaffen.

Abschließend werden relevante Kriterien erarbeitet sowie ein Bewert­ungsschema entwickelt um zukünftig die technische Realisierbarkeit bzw. Sinnhaftigkeit einer Kleinwindkraftanlage an einem beliebigen Standort bewerten zu können.

Erwartete Ergebnisse

Die Projektergebnisse stellen eine wesentliche Grundlage für die zukünftige technische Beurteilung des Einsatzes von KWEA im urbanen Raum dar.

Projektbeteiligte

Projektleitung

Technikum Wien GmbH, Institut für Erneuerbare Energie

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

Kontaktadresse

Technikum Wien GmbH - Institut für Erneuerbare Energie
Kurt Leonhartsberger
Standort ENERGYbase, Giefinggasse 6
A-1210 Wien
Mobil: +43 (664) 619 25 86
E-Mail: kurt.leonhartsberger@technikum-wien.at
Web: www.technikum-wien.at

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