Technologie / Technischer Leitfaden
Leistungsbeiwert, Betz-Grenze und Leistung bei Windenergieanlagen
Der Leistungsbeiwert beschreibt eine definierte Umwandlungsgrenze. Eine theoretische aerodynamische Grenze ist weder ein Generatorwirkungsgrad noch ein Nachweis der gemessenen elektrischen Leistung einer Anlage. Benennen Sie den Zähler, bevor Sie einen Cp-Wert einordnen.
Ein Windleistungsnenner kann unterschiedliche Ausgangsgrenzen haben.
Mechanische Rotorleistung und abgegebene elektrische Energie gehören zu unterschiedlichen Messungen. Ein sinnvoller Vergleich hält Windbezug, Fläche und Ausgangspunkt zusammen.
01 / Windleistung
Den Bezug der einströmenden Luft definieren.
Für den üblichen Vergleich bei gleichförmiger Strömung beträgt die verfügbare Windleistung P_wind = 0.5ρAU³.
Für den üblichen Vergleich bei gleichförmiger Strömung beträgt die verfügbare Windleistung P_wind = 0.5ρAU³. Die Dichte ρ wird in kg/m³, die Fläche A in m² und die Windgeschwindigkeit U in m/s angegeben; das Ergebnis ist in Watt. Die Fläche ist die gewählte Rotorscheibe, keine Grundstücksfläche.
Der Ausdruck beschreibt einen Bezug für den einströmenden Energiefluss. Er bestimmt nicht, wie viel eine reale Anlage abgibt. Behalten Sie Dichte und Windgrundlage bei der Berechnung bei, statt an jedem Betriebspunkt einen regionalen Jahresmittelwert einzusetzen.
02 / Cp-Bilanzgrenze
Mechanische Rotorleistung oder einen anderen Zähler angeben.
Der aerodynamische Rotor-Cp ist die vom Rotor entnommene mechanische Leistung geteilt durch die entsprechende verfügbare Windleistung.
Der aerodynamische Rotor-Cp ist die vom Rotor entnommene mechanische Leistung geteilt durch die entsprechende verfügbare Windleistung. Die SAM-Dokumentation für Windenergieanlagen verwendet diese Bilanzgrenze vom Rotor zur mechanischen Leistung. Ein Verhältnis mit nachgelagerter elektrischer Leistung hat eine andere Bilanzgrenze und muss entsprechend gekennzeichnet werden.
Generatorverluste, Umrichterverhalten und Eigenverbrauch sind von der aerodynamischen Größe zu trennen. Bezeichnen Sie einen Rotor-Cp-Wert nicht als elektrischen Gesamtwirkungsgrad des Systems und vergleichen Sie ihn nicht direkt mit einem Generatorwirkungsgrad von Wellenleistung zu elektrischer Leistung.
03 / Theorie
Eine Grenze ist keine Produktmessung.
Das DOE-Glossar nennt das theoretische Betz-Maximum mit 16/27, ungefähr 59.3%; dies ist kein gemessener MARSTON-Beiwert.
Das DOE-Glossar nennt das theoretische Betz-Maximum mit 16/27, ungefähr 59.3%; dies ist kein gemessener MARSTON-Beiwert.
Das ideale Modell hinter dieser Grenze ist weder eine Zertifizierung noch eine Jahresenergieprognose oder ein universeller Betriebssollwert. Auch eine Broschüre, die die theoretische Grenze nennt, benötigt tatsächliche Leistungsnachweise für die Ausrüstung und deren Messgrenze.
04 / Rechenbeispiel
Erfundene Eingaben klar als hypothetisch kennzeichnen.
Nehmen Sie eine gleichförmige Strömung mit Dichte 1.2 kg/m³, Scheibenfläche 10 m² und Geschwindigkeit 8 m/s an.
Nehmen Sie eine gleichförmige Strömung mit Dichte 1.2 kg/m³, Scheibenfläche 10 m² und Geschwindigkeit 8 m/s an. Die verfügbare Leistung ist 0.5 × 1.2 × 10 × 8³ = 3,072 W. Dies sind beispielhafte Eingaben, kein MARSTON-Betriebszustand.
Beträgt der hypothetische mechanische Rotor-Cp 0.30, beträgt die mechanische Rotorleistung 921.6 W. Die elektrische Leistung wird durch diese Berechnung nicht bestimmt. Das Beispiel weist weder tatsächlichen Modell-Cp noch Generatorwirkungsgrad oder Jahresertrag zu.
05 / Betriebsdaten
Ein Maximum beschreibt nicht die gesamte Kurve.
Ein Spitzenbeiwert bei einem Betriebszustand bestimmt nicht die Leistung an jedem Punkt.
Ein Spitzenbeiwert bei einem Betriebszustand bestimmt nicht die Leistung an jedem Punkt. Erfassen Sie bei der Prüfung eines gemeldeten Werts Rotordrehzahl, Strömungsdefinition, Geometrierevision, Belastungszustand und die Art der Leistungsermittlung.
Bewahren Sie auch Angaben zu Unsicherheit und Datenverarbeitung auf. Ein aus nicht zusammenpassenden Wind- und Leistungsaufzeichnungen abgeleiteter Beiwert kann diese Abweichung widerspiegeln. Verwenden Sie den Leitfaden zur Leistungskurve für die separate Frage nach Nachweisen der elektrischen Leistungsfähigkeit.
06 / Projektanwendung
Eine Energiebewertung nicht durch Cp ersetzen.
Für die Jahresenergie werden die anwendbaren Leistungsinformationen über die Windbedingungen des Standorts sowie die relevanten Annahmen zu Verfügbarkeit und Verlusten benötigt.
Für die Jahresenergie werden die anwendbaren Leistungsinformationen über die Windbedingungen des Standorts sowie die relevanten Annahmen zu Verfügbarkeit und Verlusten benötigt. Nenn-kW oder Spitzen-Cp mit einer beliebig gewählten Stundenzahl zu multiplizieren, belegt dieses Ergebnis nicht.
Die bestätigten Nennleistungen und Rotordurchmesser von MARSTON kennzeichnen die Produktgröße, kein freigegebenes Cp-Kennfeld. Bewahren Sie für einen Vergleich den tatsächlichen Leistungsbericht und seine Bilanzgrenze auf, während Nachweise zu Generatorverlusten eine andere Umwandlungsstufe behandeln.
Setzen Sie die Prüfung mit diesem Leitfaden fort: Generatorverluste und Wirkungsgradkennfelder bei Windenergieanlagen.
Setzen Sie die Prüfung mit diesem Leitfaden fort: Blatttiefe, Verwindung und Profilgeometrie bei Windenergieanlagen.
Setzen Sie die Prüfung mit diesem Leitfaden fort: Fester oder variabler Blattwinkel: Unterschied zur Azimutnachführung.
Setzen Sie die aerodynamische Prüfung fort mit Strömungsabriss und Strömungsablösung, Annahmen der Blattelement-Impulstheorie, und Spitzen- und Wurzelkorrekturmodelle.
Allgemeiner Hintergrund: SAM: Bilanzgrenze des mechanischen Rotorleistungsbeiwerts · DOE: Glossardefinition der Betz-Grenze · NREL: Bezugsgröße der verfügbaren Leistung im SAM-Windmodell. Diese Quellen erläutern Branchenkonzepte; sie sind von den geltenden MARSTON-Produkt- und Projektunterlagen zu unterscheiden.
Die Informationen für diese Prüfung vorbereiten.
Ordnen Sie die Projektangaben anhand der Checkliste. Markieren Sie fehlende Punkte und bewahren Sie Dokumentverweise auf.
| Prüfpunkt | Bereitzustellende Angaben | Zweck |
|---|---|---|
| Strömungsbezug | Dichte, Windstatistik, Fläche und Einheiten | Den Nenner definieren. |
| Leistungsmessgrenze | Mechanische Rotorleistung oder benannter elektrischer Ausgang | Den Zähler richtig einordnen. |
| Betriebspunkt | Drehzahl, Belastung, Konfiguration und Zeitbezug | Den Beiwert an einen Zustand binden. |
| Nachweisgrundlage | Methode, Unsicherheit und Berichtidentität | Berechnung von Prüfung unterscheiden. |
| Energiebetrachtung | Anwendbare Kurve und Ressourcenannahmen | Jahresertrag nicht aus einem Spitzenbeiwert ableiten. |
Technische Fragen.
Ist die Betz-Grenze der Generatorwirkungsgrad?
Nein. Sie betrifft ein ideales aerodynamisches Entnahmemodell, nicht den Wirkungsgrad einer Maschine von Wellenleistung zu elektrischer Leistung.
Ist Cp immer elektrische Leistung geteilt durch Windleistung?
Die Konvention benennen. Der aerodynamische Rotor-Cp verwendet die mechanische Entnahme; elektrische Verhältnisse haben eine andere Bilanzgrenze.
Beschreibt Cp 0.30 ein MARSTON-Modell?
Nein. Dies ist ein erfundener Wert, der nur im Rechenbeispiel verwendet wird.
Ist die Scheibenfläche die Aufstellfläche?
Nein. Die Standortplanung erfordert separate dreidimensionale und projektbezogene Abgrenzungsinformationen.
Lässt sich aus Spitzen-Cp die Jahresenergie bestimmen?
Nein. Die anwendbare Betriebskurve und die Standortbedingungen werden benötigt.
Belegt die theoretische Grenze eine Zertifizierung?
Nein. Eine theoretische Beziehung ist kein Konformitäts- oder Leistungsnachweis für ein Produkt.
Technische Anfrage
Ihre Projektinformationen in das Gespräch einbringen.
Der Leistungsbeiwert beschreibt eine definierte Umwandlungsgrenze. Teilen Sie die verfügbaren Informationen und den Ausrüstungsumfang mit, den Sie im Rahmen eines technischen Angebots prüfen lassen möchten.