Die Aufgabenstellung des Assignments ist in vier Hauptaufgaben geteilt. Als Erstes soll das System „aerodynamische Energiewandlung“ beschrieben werden. Hierbei sollen die wesentlichen Systemelemente berücksichtigt werden. Im zweiten Teil werden die Transfersignale innerhalb des beschriebenen Systems betrachtet und den verschiedenen Kategorien von Transfersignalen zugeordnet. Weiter werden Rückkopplungen mit anderen Systemen ermittelt.
Abschließend wird das System der aerodynamischen Energiewandlung mit anderen umweltfreundlichen Arten der Energiewandlung hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Energiewende in der Bundesrepublik vergleichen.
Das Ziel dieser Arbeit ist es das gewählte System umfänglich zu beschreiben, zu analysieren und einen Ausblick auf die Zukunft solcher Systeme zu tätigen.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
2. AUFGABENSTELLUNG UND ZIELSETZUNG
3. SYSTEMBESCHREIBUNG
3.1 URSACHEN UND WIRKUNGEN
4. TRANSFERSIGNALE
4.1 ZUORDNUNG VON MERKMALEN
4.2 RÜCKKOPPLUNGEN
5. BEDEUTUNG IM ZUSAMMENHANG MIT DER ENERGIEWENDE
5.1 STROMGESTEHUNGSKOSTEN
5.2 WIRKUNGSGRADE DER ENERGIEWANDLUNGSSYSTEME
Zielsetzung und Themen der Arbeit
Diese Arbeit verfolgt das Ziel, das System der aerodynamischen Energiewandlung anhand einer Windkraftanlage umfassend zu beschreiben, systemtheoretisch zu analysieren und deren Bedeutung sowie Zukunftsfähigkeit im Kontext der Energiewende in Deutschland zu bewerten.
- Systemische Abgrenzung und Beschreibung einer direkt angetriebenen Windkraftanlage
- Klassifizierung und Analyse von Transfersignalen und Rückkopplungsmechanismen
- Vergleichende Untersuchung der Stromgestehungskosten im Vergleich zu konventionellen Energieträgern
- Bewertung des Wirkungsgrades und des Exergieanteils verschiedener Energiewandlungssysteme
Auszug aus dem Buch
3.1 Ursachen und Wirkungen
Die Ursachen und Wirkungen einer Windkraftanlage lassen sich vereinfacht in einem Blackbox-Modell darstellen: Als unabhängige Eingangsgröße wird die Windgeschwindigkeit gesehen. Diese stellt einen Umweltparameter dar, der für die Energiezufuhr maßgebend ist. Gleichzeitig kann sie aber auch Störgrößencharakter haben.
Weiter existieren anlagenspezifische Eingangsgrößen. Diese beinhalten insbesondere die Rotorblattgeometrie und die Rotoranordnung. Als veränderbare Größen (Zustandsgrößen) treten Turbinendrehzahl, Rotorblattstellung und Blatteinstellwinkel auf. Diese ergeben sich aufgrund des Übertragungssystems der gesamten Windkraftanlage.
Die Zustandsgrößen beeinflussen gezielt und direkt die Ausgangsgrößen der Turbine, die Leistung bzw. das Drehmoment. (vgl. Heier 2018, S. 30). Weitere Wirkungen sind Abwärme und Schall sowie der Umweltparameter Windgeschwindigkeit. Die Abwärme und die Schallwellen entstehen durch Reibungsverluste und Schwingungen innerhalb des technischen Systems. Da der bewegten Luft nur ein gewisser Anteil an Bewegungsenergie entnommen werden kann, ist die Eingangsgröße Wind auch noch als Ausgangsgröße vorhanden. Jedoch ändert sich die mitgeführte Energie und damit die Geschwindigkeit des Windes.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Dieses Kapitel verortet das Assignment im Modul „Allgemeine Systemtheorie“ und definiert den Betrachtungsgegenstand als aerodynamisches Energiewandlungssystem (Windkraftanlage).
2. AUFGABENSTELLUNG UND ZIELSETZUNG: Hier werden die vier Hauptaufgaben sowie das übergeordnete Ziel definiert, das System zu beschreiben, zu analysieren und einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen zu geben.
3. SYSTEMBESCHREIBUNG: Dieses Kapitel erläutert die Funktionsweise der Windenergiekonvertierung und definiert die Systemgrenzen sowie die für das Assignment relevanten technischen Komponenten.
3.1 URSACHEN UND WIRKUNGEN: Es wird ein Blackbox-Modell zur Darstellung der Eingangs- und Ausgangsgrößen sowie der internen systemischen Wechselwirkungen eingeführt.
4. TRANSFERSIGNALE: In diesem Kapitel werden die innerhalb des Systems auftretenden Signale identifiziert und ihre Charakteristika systematisch erfasst.
4.1 ZUORDNUNG VON MERKMALEN: Dieses Kapitel widmet sich der tabellarischen Klassifizierung der Transfersignale hinsichtlich ihrer zeitlichen und amplitudenbezogenen Eigenschaften.
4.2 RÜCKKOPPLUNGEN: Hier werden technische sowie soziale und ökologische Rückkopplungseffekte des Systems Windkraftanlage identifiziert und diskutiert.
5. BEDEUTUNG IM ZUSAMMENHANG MIT DER ENERGIEWENDE: Dieses Kapitel bewertet den Stellenwert der aerodynamischen Energiewandlung im Vergleich zu anderen Erzeugungsmethoden.
5.1 STROMGESTEHUNGSKOSTEN: Hier wird die ökonomische Wettbewerbsfähigkeit der Windenergie anhand aktueller Daten im Vergleich zu konventionellen Energieträgern wie Braunkohle evaluiert.
5.2 WIRKUNGSGRADE DER ENERGIEWANDLUNGSSYSTEME: Dieses Kapitel analysiert die technische Effizienz verschiedener Energiewandler anhand von Wirkungsgraden und Exergieanteilen.
Schlüsselwörter
Windkraftanlage, Systemtheorie, aerodynamische Energiewandlung, Stromgestehungskosten, Energiewende, Wirkungsgrad, Exergie, Transfersignale, Rückkopplung, Blackbox-Modell, Windgeschwindigkeit, Onshore, Erneuerbare Energien, Netzintegration, Systemauslegung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der systemtheoretischen Betrachtung einer Windkraftanlage als aerodynamisches Energiewandlungssystem.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Arbeit fokussiert auf die technische Systembeschreibung, die Analyse von Signalflüssen und Rückkopplungen sowie die wirtschaftliche und energetische Einordnung im Kontext der deutschen Energiewende.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, das System Windkraftanlage umfänglich zu analysieren, seine Bestandteile zu beschreiben und die Bedeutung der Technologie für die nachhaltige Stromerzeugung wissenschaftlich zu bewerten.
Welche wissenschaftliche Methode wird in der Arbeit verwendet?
Es wird ein systemtheoretischer Ansatz gewählt, der das System in ein Blackbox-Modell überführt und durch eine Wirkungskettenanalyse sowie den Vergleich von Wirtschafts- und Wirkungsgradkennzahlen ergänzt wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die detaillierte Systembeschreibung, die Klassifizierung von Transfersignalen und Rückkopplungen sowie die Bewertung der Stromgestehungskosten und Wirkungsgrade im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Kernbegriffe sind Windkraftanlage, Systemtheorie, Stromgestehungskosten, Energiewende, Wirkungsgrad und Exergie.
Welche technischen Systemgrenzen hat der Autor für die Windkraftanlage gewählt?
Die Systemgrenzen wurden aus Simplifizierungsgründen zwischen dem Rotor als Eingangsseite und dem Frequenzumrichter auf der Ausgangsseite festgelegt, wobei Getriebe und Hilfssysteme wie Kühlung ausgeklammert wurden.
Wie bewertet die Arbeit die ökologische Rückkopplung der Windenergie?
Der Autor stellt dar, dass ökologische Rückkopplungen sowohl positiver (CO2-Einsparung durch Ersatz konventioneller Kraftwerke) als auch negativer Natur (z. B. Kollisionsrisiko für Vögel) sind.
- Citation du texte
- Marvin Heyse (Auteur), 2018, Aerodynamische Energiewandlung. Technische Systeme - Aerodynamik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/459840
