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Abreißen von Rotorblättern, Havarie von WKA


CC-BY-NC-SA 3.0

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dasstrukturelle ?? sagen der WindenergieanlageRotorblätter reißen ab oder der ganze Turm gibt um die Konstellationerst mal die Rotorblätterwarum passiert das das eines Materialermüdung?? jüngst ja auch hier in der Umgebung in PaderbornRand natürlich auch Chinas in Flammen steht unter Brand übergreift?? auf den Rotor haben sie sich das dann im Zweifelsfall die Rotorblätter auch tatsächlichabreißenund Spieler in der Steuerungregelungfehlender Bremsewenn zum Beispiel bei starkem Wind nicht abgeriegelt wird weil die Elektronik versagthoffentlich nicht Weise Programmierfehlerdrin habenoder weil die Bremse versagtoder weil ihre Pitch-Regelung versagtwas eigentlich alles sie vorkommen solltesonst besser keinen Unfallals wenn sie sich schaffen bei Chromwinddie Anlageab zu regeln Problem ist dann der Motor läuft zu schnell und die Zentrifugalkraftzerlegt ihren Rotordas umstürzendes Turms kann dann eine Folge davon sein wenn ein Rotorblattabreißthaben sie eine derartig hohe Unwucht das vielleicht es auch den Tumor Beistrich unwuchtigen Verlust eines Rotorblattwerden eben bei dem Eiswurf schon mal vorsichtig nachgerechnetwie weitdünnesEis fliegen könnte einige hundert Meter bei den typischen Anlagendie Rotorblätterin die abreißenwerdenhoffentlich nicht ganz so weit fliegen dass wir wirklich gefährlichin der die zig Tonnen so weit durch die Gegend fliegen aber Rotorblättersehr fleißig drehenwarum werden die vielleicht nicht die vier hundert fünf hundert Meter fliegengerade für das Eis ausgerechnetso mich interessiert allerdings weniger vom Schwerpunktsie haben hier oben dann vielleichtachtzig Meter pro Sekunde oder wenn ihre Entwicklung ausgefallen ist hundert Meter pro Sekundehabe ich erst in die Richtung ausgefallen ist Pitch-Regelung Beispiel ausgefallen ist aber nur an der Blattspitzein der Mitte haben sie nur vierzig Meter pro Sekundeund dicht bei der Nabebewegt sich das kaum nennenswert das Blatt die Frage ist wo's der Schwerpunktwohntsich die Form vorstellen von den Rotorblätternich auch schon in alten Jahren vorgerechnetes irgendwie mit eins durch er theoretisch gehen müsste stimmt dann an der Name nicht mehr ganz der Schwerpunkt nicht sehr weit unten als wenn hier Schwerpunktesleicht bewegt sich der Schwerpunkt nur aus dem Bauch heraus Beistrich der Schwerpunkt mit dreißig Meter pro Sekundealso wir werden nicht auf diese vier hundert Meter Flugweite kommenbei dem mal auf die zwei hundert Meter kommenwenn das Blatt fliegt wie ein Steinsowie weit kann das Blatt fliegenwir sagen der Schwerpunkt hat vielleicht nur dreißig Meter pro Sekundedie Hälfte weniger als die Hälfte mehr als ein Drittel von dem was wir eben hatten an Geschwindigkeitdann würden wir sagennicht die vier hundert fünfhundert Meter sondern vielleicht nur zwei hundert Meter kleiner gleich zwei hundert Meter ich hab jetzt aber den Luftwiderstandignoriert eben schon bei dem Eis und hier könnte ich ja noch Auftrieb reinkommen ist unplausibeldass dieses Rotorblatt gerade so fliegt das Windsegelflugzeugnicht ein friedlicher falsch rum es sich ja nicht so längstin diese Richtung vieler Segelflugzeugesliegt ja aufrechtvon daher würde ich es auch nicht erwarten dass der Auftrieb viel bringtman vielleicht ganz viel Pech hat könnte noch Auftrieb reinkommen aber man würde irgendwas erwarten ?? nicht mehr zwei hundert Meter wird zur Rotorblattdurch die Gegend fliegenwas man naiv glauben könnte was ein großes Problem ist sind Stürmesicherlich jetzt von Sturm gar nichts geschriebenStürme sind die Windturbinenrecht gut gesichertdie sind so gebautdass sie mit Stürmen sehr gut umgehen könnenwie steht es um die Beschädigungdurch Sturm Fragezeichenich hab sofort Komma dahinter eher unwahrscheinlichwir können uns mal folgendesanguckendie IDChat die typische Einteilung in Windklassenwas sind gute Standortesind Winkel gute Standorteder Sondereinteilungin WindklassenPCeinzig tausend vier hundert einsda gibt es Windklassenum die Güte von Standorten zu beschreibenmit Class einsdas ist die beste Windklassedie mit dem größten Ertragbei der uin Class eins ist dann zum Beispiel folgendes der fünfzig Jahres Wind also wie schlimm wird der Wind einmalin fünfzig Jahrenwenn sie über fünfzig Jahren gucken was ist das extrem was man erwartetüber fünfzig Jahredas sind fünfzig Meter pro Sekunde Aufnahmen hörendafür muss eine Anlage ausgelegtsein wenn die für Windclass eins zertifiziert ist muss die Anlage das abkönnenfünfzig Meter pro Sekunde Aufnahmefünfzig Jahre sind wie schlimm wird über die Dauer von fünfzig Jahren der zehn Minuten Mittelwertwindgeschwindigkeitenkommt man sicher klassischer Weise die zehn Minuten Mittelwerte analso das muss die Anlage abkönnen wenn zehn Minuten lang der Mittelwert fünfzig Meter pro Sekunde istdie Muster mehr abkönnenüber kürzere Zeitenkürzer Zeit muss sie die fünfzig Jahres Öl ertragenund das sind in dieser Windklasse siebzig Meter pro Sekunde Aufnahmeohne Mühe heißt drei Sekundendrei Sekunden lang muss die Anlage siebzig Meter pro Sekunde aushaltenzum Vergleichwas in siebzig Meter pro Sekundesie können auf Kilometer pro Stunde umgerechnetauf Rechner zwei drei Komma sechssind ungefähr zwei hundert fünfzigKilometerproStundezum Vergleich fassen Sturm sonst so machtein Orkandas ist die höchste Kategorieein Organ hat dreiunddreißigMeter pro Sekunde oder mehrund dann es schon der Wald flach gelegtbei Moccaihre Windturbinemuss siebzig Meter pro Sekunde für drei Sekunden ertragenoder fünfzig Meter pro Sekunde für zehn Minuten ertragenund frostig sein muss ?? dass sie wieder pro Sekundeam Boden natürlich wir sind hier in hundert Meter Höhe und trotzdem sind wir weit wegwas der Windturbinegefährlich wird es zum Beispiel ein Tornadowenn sie nicht konstant fünfzig Meter pro Sekunde haben in eine Richtungsondern wenn die Windgeschwindigkeitsich sehr schnell ändert wenn der Tornado zum Beispielvorbeiziehtdafür sind die dann doch nicht ausgelegt ist ?? in Deutschland ja eher wenige Tornadoskönnte jetzt noch malschön rechnen welche Kräfte hier eigentlich wirkenfünfzig Meter pro Sekundedie Anlage abgestellt natürlich bei fünfzig Meter pro SekundeAnlage versucht möglichst wenigStrömungswiderstandund möglichst wenig Auftrieb zu haben als die Kräfte klein bleiben eine fünfzig Meter pro Sekunde das Komma einer vergleichen mit den Kräften die normalerweiseWerkenausführlichen spannenden Vergleichals ein Vergleichdie Kraft im regulären Betrieb der Schub auf die Anlagestark drückt der Wind die Anlageden Rotor genauer gesagt wie stark drückt der Wind den Rotorim normalen Betrieb in Windrichtungvergleichen wir malmit dem Strömungswiderstandbei äh diesenfünfzig Meter pro Sekunde ?? zwei Kräfteauch wieder nur ganz Handy Gigantomaniedie zu kriegen welchen Größenordnungenwieder Lebenschon im Normalbetriebein bisschen Aussagen zu der Anlage soll die Anlage aussehenein Datenblatt aufgeschlagenund folgendesgelesen im Datenblattacht Megawatt Nennleistunghundert dreißig MeterRotordurchmessereine von den aktuellen Anlagenund fünfzehn Meter pro SekundeNennwindgeschwindigkeitüberlegt sich mal wie sie darauf den Schub Komma was ist schon wie können Sie den Schub schätzen zumindest keine nicht genau ausrechnenkönnen schon zumindest schätzen und dann überlegen ?? zur Serie noch fürden Orkandas man andersrumstellen Sie sich folgendes vor die Luft ruhtohne Luftkann sie ein Autofährt gegen die ruhende Luftdieses Auto fährt mit einer Geschwindigkeitvon fünfzehn Metern pro Sekundees hat ein Wahnsinnsmotorden nämlich acht Megabytedauertso das es dieselbe Situationrückwärts sozusagen mein Auto power Leistung rein sichtlich die Windturbine die Leistung raus holt man auf PortleistungseinPferd mit fünfzehn Meter pro Sekundeund verprellt acht Megawattwelche Kraft wirkt auf das Auto ist die Frage wo's jetzt der Zusammenhangzwischen Geschwindigkeitund Leistungund Kraftso die Kraft jadas ist derStrömungswiderstandden sie spüren erst diese Kraftistdie acht Megawattdurch die fünfzehn Meter pro Sekundewenn ich davon ausgehedass mein Motor hundert Prozent effizient ist das dieser Motor tatsächlich acht Megawatt aufdie Straße bringt warumso warum ist das so sie könne ausgerechnet welcheLeistungdieses Auto ihr der Bruder von dem Auto zu verrichten was ist die Leistung die Leistungist Arbeit pro Zeitjetzt weh durch die Shop ?? W durch diewie für Werkarbeitdurch ?? oder E durch die?? wird verwirklichen weniger Energie als tatsächlich arbeitet ??wie durch C was ist die Arbeitdie verrichtet wird Arbeit ist Kraft malWeg Kraft mal Weg durch Zeitund jetzt sind sie nur lustig Kraft mal Weg durch Zeit in der Zeit zähle ich das Auto den Weg es zurück ist schlicht und ergreifendKraft mal GeschwindigkeitLeistungskraft?? GeschwindigkeitBeistrich Victoria ?? alles geht immer in dieselbe Richtung odergegendie Einrichtungder Zimmer keine Vektoren Gedanken machenwir können einfach Kraft und Geschwindigkeit publizieren kommt dann auf die Leistung anzusehen und es hier oben tunganz banal aus wirklich auch wieder angewandter Dreisatzdann würde ich sagen das die Kraftist dieLeistung durch die Geschwindigkeitalso diese acht Megawattdurch die fünfzehn Meter pro Sekundewir wissen schon von dieser Rechnung hier SI-Einheitenes kommt tatsächlich Newton raus ich muss jetzt nicht diese Watt großartigzerlegen?? auch Wiedermeter Sekunde Kilogramm ist es klar dass sie aus dieser Rechnung sofortNewton rauskommen acht fünfzehntelMillionenalso ein halb ungefähr nicht ein halb achtundfünfzig Beistrich sechzehnungefähr eine halbe MillionJudenein halbes Mega Newton fünf hundert Kilonewton solchen Schreiben fünf hundert Kilonewtonwird die Schubkraftungefähr sei das jetzt wirklich ganz Handy betendüber den breiten Daumenhundert Prozent Wirkungsgrad ausgehend gerechnet fünf hundert Kilonewton wie kann ich ?? fünf hundert Kilonewtonvorstellenwas das anschaulichso das entspricht aber ?? ausdrücklich eine sprichtdas ist eine Kraft entsprichtalso wenn Sie wollen ungefährfünfzigTonnender GewichtskraftPunkt er natürlichentspricht und werde gewiss kochen fünfzig Tonnen alsosie hängenquasi einen anderthalb ?? wollen LKWs daranaber horizontaldas ist die Schubkraftund was sie gesehen haben den Rotordurchmesserhabe es gar nicht braucht man jedoch noch anders angehen könnenman hätte übers Betzsches Gesetzgehen können da kommt auch Kraft vor und dann kommt eine Rotorfläche vor Arbeitsgericht Baufinanzierunggerechnet aber mit Vorsicht zu genießenTechnik mit hundert Prozent Wirkungsgradund dazu sage bei Betz gibt's ja auch dann was anders als hundert Prozent Speed das jetzt Reinbezhaben wir die sechzehn siebenundzwanzigsteBriefe können Sie aus der Luft rausholenMenschengesetzwie für distheoretischerLeistung in der Luft drinnen und dann können Sie bei Betz ja nur diese sechzehn sieben zwanzigster rausholenfür den zwanzigster Träger schon mal was sechzig Prozentmuss ich jetzt sie noch sechzig Prozent mal sechzig Prozent nehmen durch sechzigProzentberücksichtigenoder nicht wenn ja wiedie sechzehn sieben zwanzigste ?? sind gar nicht spannend dass sie Manieren im Autoacht Megawattmacht der Motor es wirkt eine Kraft gegen das Auto fünfzehn Meter pro Sekunde ich brauche nicht die sechzehn sieben zwanzigstedas ?? vorwärts oder rückwärts läuft der Windenergie rausnehmen oder Energie Reinspeis sich bei dem Autoariaoder Betz reinkommtist die fünfzehn Meter pro Sekundediesen falschich muss sie mit zehn Meter pro Sekunde rechnen die Geschwindigkeit in der Anlagedie Windgeschwindigkeitfünfzehn Meter pro Sekunde ist ungestörtvor der Anlageder Wind kommt an und dann ist ja der Gedanke bei Betzdie Luft wird langsamerSchlauch am Endeist die Luft nur ein Drittel so schnell wie am Anfang und in der Anlage ist die Luft zwei drittel so schnell wie am Anfang also hier habe ich fünfzehn Meter pro Sekunde bei Betz und hier habe ich zehn Meter pro Sekunde bei Betz und hier habe ich fünf Meter pro Sekunde das muss ich berücksichtigenin der Anlage habe ich nicht mehr die ungestörte WindgeschwindigkeitWasserschlauchschon aufgegangen gesichert noch zehn Meter pro Sekundeda nur noch zehn Meter pro Sekunde aus da müssen zehn Meter pro Sekunde stehenoder müssen auch hier zehn Meter pro Sekunde stehen also acht durchziehen das wir noch viel einfacher gewesenalso nicht fünf hundert Kilo Newton sondern acht hundert Kilo Newton will sagen achtzig Tonnenalso noch mehr Lastwagendiese Dateien könnenhorizontal natürlichbei Henkelwas sich rechnet also ganz fies sie haben recht eigentlichwird doch die Kraft hier durch den Auftrieb erzeugtkomisch komisch Kaffee deutlichen Auftrieb erzeugt U two jetzt so als ob die Kraft dem Strömungswiderstanderzeugt jetztman guckt sich bei Betz ja den Rotor wirklich viele Blackbox Allerdingskommt Luft rein rechts kommt Luft raus mit der Geschwindigkeitsoundsoviel Mückenimpulspro Volumen soundsovielich gucke mir gar nicht genau an dieser Motor funktioniert bei Betz das es einfach nur eine Kiste in die Links Luft rein geht und rechts so viele rauskommtob das in dem Strömungswiderstandoderim Auftrieb passierte selber Betz völlig egal ich weiß auf jeden Fall wenn hierphysikalischArbeit verrichtet wird wird die dadurch verrichtetdass die Luft langsamer wird das ist die Situation hier beim Auto das Auto wird gebremst die Windturbinebremst die Luft jetzt noch ein weiter ausholen halt aber wieso haben denn jetzt plötzlich mit Auftrieb die Anlage tatsächlich mit auf dem ?? könnte mit Auftriebdie Luftbremsenwarum wird der Auftriebsowenn ich jene Kiste normaleJobs einigen Strömungswiderstandist kann das seindie Blätter Rotorblätter Arbeit mit Auftriebich nutze den Auftrieb ausaber das wirkt so von außen betrachtet als ob ich Strömungswiderstandhabe die Luft kommt schnell an und geht langsam wieder weg kann das zusammenpassenwieso wird Auftriebzum StrömungswiderstandIrrglauben sicher ein Strömungswiderstandzu sehen Wind kommt an wird gebremst?? langsam wieder weg und wir haben eine Schubkraftinteressiert mich ja mit mit welcher Kraft drückt der Wind auf die Nabees sieht so aus als ob der Rotor einfach nur den Strömungswiderstandhier ausnutztwenn ich mir jetzt in Detail angucke was der Rotor Machtgruppenan der Nabe hier die Navi gucken sich an der Nabelschnur das Blatt an was zu uns zeigthabe das Blatt wasdu uns zeigtistso geformt?? noch stärkerdenn wir kriegenein bisschen Wind von vorneunserezehn Meter pro Sekundeund wir kriegenein Fahrtwindsowie das aus ausein bisschen Wind von vorneganz viel Fahrtwinddas heißt die an Strömungsrichtungist so fast horizontalund das Blattist natürlich dann ziemlich genau dieser an Strömungsrichtungsonst haben sie Strömungsabrisssieht es ist immer noch nicht steil genug Service gezeichnet habe das Blatt muss fast genau diese Richtung zeigenund ein bisschen noch aufwärts geneigt sein das wir Auftrieb kriegensowaskönnte der Sache näher kommen die Platine sollte so liegendas Auftrieb bekommen so ist das Blatt zumindest weit draußendicht an der Nabe sie nicht ganz so schlimm aber weiter drauf ich das Blatt sound jetzt bekommen wireinen Auftriebsenkrecht zu dieser Strömungsrichtungsomein AuftriebPunkt das ist die Anspannungsrichtungsenkrecht dazu der Auftriebund sie sind wieder Auftrieb wirktdass es für die gesamte Anlagesowas in Strömungswiderstanddas wäre der klassische Strömungswiderstandin Windrichtung?? den Strömungswiderstandgucken sich diesen Auftrieb an aus Sicht der Gesamtanlagesieht der Auftrieb aus dem StrömungswiderstandPatrick ist die Bewegung dass sich die Wetter so schnell bewegensie Auftrieb wie ein Strömungswiderstandaussieht im kleinen ist es ein Auftrieb das Blatt spürt den Auftriebaber die gesamte Anlage für die Schein Ressourcenschonungzusammen der Trick des Roboters ist also dass der Auftrieb grob betrachtetwieder Strömungswiderstandfunktioniertich merke eine Schubkraftauf den Rotorjägerneingesetztso besonders viel nochmals des Rotorblatt angegucktjetzt zum Wind was passiert wenn ich mit meiner Anlage in den Wind reingehefünfzig Meter pro Sekundekönnten sie abschätzenwelche Kraft auf den Rotor wird bei fünfzig Meter pro Sekunde wenn sie den Rotor so einstellen dass er möglichst windschlüpfrigist Fahnenstellungjetzt geht's wirklich ganz haarsträubend ans schätzenich bringe den Rotor in Fahnenstellungaus die oder Wetter an die Richtung wie die Fahnen im Wind flattertder Bruder soll sich nicht drehenaus ?? bisschen trudelt vielleichtwie kann ich jetzt abschätzenwelche Kraft auf den Rotor wirktdas wird deutlich Hände währender als das gerade das er schon Ende wedelt aber daswird jetzt auch deutlich individuellerPunktphysikalische Tradition?? Willkürzu Kugeln undWindturbinenoder nein Rotorblätteroder Wetter machen es aber ganz dreist zu Zylindernso wenn meine Windturbine so aussehesie hätte zylinderlangeZylinder als Rotorblätteroder Wetter in Fahnenstellungich dann soaber sei so zusammen Windturbine mal aussehenals stark vereinfachtes Modelloder wird es jetzt Kreisgerade Kreiszylinderso von den Abmessungen her gerne hundert dreißig Meter Rotordurchmesserdas heißt wir haben fünfundsechzig Meterfür diese Stangedas Rotorblatt ist außen sehr dünnund ihnen sehr Dickwassermittelseitlich muss man es chronisches dann vielleicht machen was haben wir mit ?? ist einfach ein Meter als Durchmessermit einem großen Fragezeichen dahinterwas sie ?? bräuchten wir ein CW Wertzielswie Wert für einen langen Zylinderdas etwas bei null Komma achtLeerzeichen mal die Kraftausauf den Rotorwas ist die Kraftdann drei Rotorblätterdreimaldreimal jetzt kommt der Strömungswiderstandeine halb Mal CWmal dichte mal Fläche mal Geschwindigkeitins Quadratmerke ich mir das hier den CW Wert muss als Faktor drin steht glaube das ist klardoppelter CW Wert doppelte Kraftdie Dichte muss als Faktor drinstehenwenn sie im Wasser sind statt in Luftdann erwarten sie offensichtlichdass die Kraft entsprechend stärker ist die Geschwindigkeit muss vorkommen ins Quadrat das Wasser dann irgendwann auswendig ins quadratischereverdoppeln heißt die vierfacheKraftdie Fläche muss vorkommen ?? die Fläche verdoppelnund sie die doppelte Kraft so weit Komma sich das also gut vorstehender Faktor ein halb hier den muss man leider auswendig lernen ?? man könnte über den Staudruckder StauprobandenUlida kommt ein Design halb herkönnte auch an die kinetischen Energie denken ein Halbmann Masse mal Geschwindigkeitsquadrataber es ist alles kein triftiger Grund man hätte diese Einheit eigentlich mit den CW zusammenfassenkönnen hat man nicht traditionelldas ist ein halb müssen sich leider merkenein halb bei WertdichteflächeGeschwindigkeitsquadratfür den Strömungswiderstandund für den Auftrieb dann einfach der entsprechendeAuftriebsbeiwertstatt des bei Werts für den Strömungswiderstandmuss ?? jetzt wir haben als Flächenatürlich ist hier die projizierte Fläche nicht die gesamte Oberflächegucken von vorne auf den Zylinderwelche Fläche hat er dann ein Rechteck von sechzig Meter längst ein Meter queralso hier haben wir fünfundsechzigQuadratmeterdie Geschwindigkeitsollte seinfünfzig Meter pro SekundeDisk ich natürlich nicht mit Betz dran die Anlage läuft ja nicht und beziehe sich mit zwei Dritteln die Geschwindigkeit hierbleiben fünfzig Meter pro Sekundeden CW Wert hatten oder eben null Komma achtdie DichteKomma eins Komma zwei irgendwas ich habe den eins Komma zweiKilogramm proKubikmetersind das über breitendammkriegen?? Gallus das jetzt auszurechnen oder doch im Taschenrechnerdrei durch zwei sind eins Komma fünfmal den CW Wert null Komma achtmal die eins Komma zwei?? von der Dichtewar die fünfundsechzig Quadratmetermalfünfzigins Quadratzwei hundert dreißigKilo Newton das heißtdann ist natürlich ganz ganz Ende wedelt hier vereinfachtund individuell gerechnetaber im Zweifelsfallist die Belastung bei Sturm kleiner als die Belastung im Betriebvielleicht überraschendwenig Leistung aus der Anlage raus ziehen sie extrem belastetwenn wirden Rotor so einstellen das er nichts tut das er nur trudeltist er vielleicht bei Sturm sogar deutlich weniger belastet