Thomas Baumer FH Düsseldorf, 23. November...

FH D Fachhochschule Düsseldorf University of Applied Sciences

Baumer 2012-11 Seite 1

Innerstädtische Nutzung von Kleinwindenergieanlagen

Thomas Baumer FH Düsseldorf, 23. November 2012

http://www.solarecopower.eu/cms/front_content.php?idcat=16&idart=47&lang=1

http://www.bmu.de/mediathek/fotogalerien/aktionen_und_veranstaltungen/doc/print/45576.php?fSD=reg&bild=7

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Innerstädtische Nutzung von Kleinwindenergieanlagen

Gliederung des Vortrags:

Einleitung

Marktübersicht von Kleinwindenergieanlagen

Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung

Gesamtkosten der KWEA

Amortisation der KWEA

Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer

Empfehlung/ Fazit



Motivation:

Interesse des Amtes für Gebäudemanagements der Landeshauptstadt Düsseldorf am Einsatz von Kleinwindenergieanlagen (KWEA) auf städtischen Gebäuden.

Einleitung

Einleitung:

Untersuchung von technisch, wirtschaftlichen Aspekten von KWEA

Vorauswahl von KWEA durch ausgewählte innerstädtische Kriterien

Ertragsberechnung der ausgewählten KWEA

Vergleich der ausgewählten KWEA über den Amortisationszeitraum



Der KWEAn-Markt von 0,1 bis 29 kW ist sehr unübersichtlich. 90 KWEAn werden im Sonderdruck 18, Windenergieanlagen 2011 aufgelistet.

Entwicklung von Auswahlkriterien zur innerstädtischen Nutzung. Der Markt wird durch ausgewählte innerstädtischen Kriterien minimiert.

Marktübersicht von KWEAn

Kriterium Grenzwert Kriterium nicht erfüllt

Gewicht bis 2000 kg 5 von 90

Nennleistung ab 0,5 kW 17 von 90

Einschaltgeschwindigkeit bis 3 m/s 27 von 90

Abschaltgeschwindigkeit ab 23 m/s 9 von 90

Installierte Anlagen Weltweit min. 5 Anlagen 19 von 90

77 von 90

Übrige KWEAn, die alle Kriterien erfüllen 13 + Black 600

+ SFT-V4.2

Nähere Betrachtung



Übersicht der übrigen KWEAn mit relevanten Daten

WKA-Typ Turm-

gewicht [kg]

Gondel- gewicht

[kg]

Blatt-gewicht

[kg]

Nenn- leistung

[kW]

Einschalt- Windge-

schwindig- Keit

[m/s]

Abschalt- Windge-

Schwindig- keit

[m/s]

Instal- lierte

Anlagen Weltweit

Nenn- Windge- schwin-digkeit [m/s]

Rotor

Rotor-durch- messer

[m]

Rotor-fläche [m²]

Leistung bei Nennlast

(Hersteller) [W]

theo. Leistung bei

Nennlast [W]

Abweich- ung

Rotor- Dreh- zahl

Gesamt- Kosten

(inkl. Instal- lation)

über 2000 kg ab 0,5 kW bis 3 m/s ab 23 m/s über 5 teilweise Schätzungen

Axeptor AG AIRVVIN AV-R1

N/S 156 N/S 1,6 1,8 45 12 10 Vertikal 2,6 5,72 1600 2033,78 0,79 300

U/min 17628


N/S 293 N/S 3,2 1,8 45 8 10 Vertikal 3,3 10,89 3200 3872,00 0,83 200

U/min 27544


N/S 428 N/S 6 1,8 45 5 10 Vertikal 4,18 17,97 6000 6389,33 0,94 150

U/min 57700


N/S 630 N/S 12 1,8 45 2 11 Vertikal 5,12 26,01 12000 12309,09 0,97 100

U/min 100674

Windtronics BTPS 6500

N/S N/S N/S 2,5 1,8 34 100 16,9 Horizontal 1,82 2,6 2500 4464,78 0,56 N/S 11578

easy wind gmbh Easywind 6 AC

110/220/ 330

363 15 6 3 keine

(sturmsicher) 200 10,5 Horizontal 6 28,27 6000 11637,72 0,52

83 – 124 rpm,

U/min 45696

easy wind gmbh Easywind 6 DC

110/220/ 330

363 15 7,5 3 keine

(sturmsicher) 200 11,5 Horizontal 6 28,27 7500 15289,50 0,49

75 – 125 U/min

51408

Home Energy International

BVEnergy Ball V200 350/450 90 2 2,25 3 23 >500 19 Horizontal 1,98 3,8 2250 7509,11 0,30

max. 1600

U/min 7580

Fortis Wind Energy Fortiz Alize

N/S 420 N/S 10 3 keine 193 12 Horizontal 6,4 32 10000 19765,19 0,51 25 – 300 U/min

43453

Fortis Wind Energy Fortiz Montana

N/S 200 N/S 5,6 2,5 keine 2458 14 Horizontal 5 20 5600 19156,73 0,29 120 – 400

U/min 14843

Fortis Wind Energy Fortiz Passaat

N/S 75 N/S 1,4 3 keine 1491 16 Horizontal 3,12 7,6 1400 11134,39 0,13 180 – 775

U/min 6652

Nheolis Nheowind 3D50

250 N/S N/S 1,5 2,5 30 40+ 12 Horizontal 2,8 6,3 1500 3783,18 0,40 40 – 425 U/min

16900

Nheolis Nheowind 3D100

250 N/S N/S 3,5 2,5 30 40+ 12 Horizontal 4 12,6 3500 7720,78 0,45 40 – 395 U/min

23400

Silent Future Tec SFT-V4.2

N/S 390 N/S 4,2 3 13 12 11,3 Vertikal 4 16 4200 6446,93 0,65 165

U/min 20111

preVent GmbH Black 600

variabel 18 kg 1,12 0,6 1 12 2000 11 Horizontal 1,59 1,97 600 932,29 0,64 220 – 600

U/min 2145

Benötigte Informationen für Betrachtung der Amortisationsdauer

Einschaltgeschwindigkeit

Abschaltgeschwindigkeit

Rotorfläche

Gesamtkosten



Windhäufigkeitsverteilung von Messstandorten wird angelegt.


0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

30

35

40

Windgeschwindigkeit [m/s]

Häu

figke

itsve

rteilu

ng (0

1.01

.200

9-31

.12.

2011

) [%

]

Standort Eulerstraße, 30.Min.-Mittelwerte

Standort FHD, 30.Min.-Mittelwerte

Standort Flughafen, 30.Min.-Mittelwerte

Standort Reisholz, 30.Min.-Mittelwerte




0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

30

35

40


Häufigkeitsvert

eilu

ng (

01.0

1.2

009-3

1.1

2.2

011)

[%]









Leistungskurve der KWEAn wird aus Herstellerdaten generiert.

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

30

35

40


Häu

figke

itsve

rteilu

ng (0

1.01

.200

9-31

.12.

2011

) [%

]





0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Windgeschwindigkeit coo

[m/s]

Leis

tung

der

Anl

age

P [k

W]

Anlage 01 AIRWIND AV-R1

Herstellerangabe

Herst.interpoliert

PBetz

Poo




0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2


[m/s]

Leis

tung d

er

Anla

ge P

[kW

]Anlage 01 AIRWIND AV-R1

Herstellerangabe

Herst.interpoliert

PBetz

Poo





Leistungskurve der KWEAn wird aus Herstellerdaten generiert.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2


[m/s]

Leis

tung

der

Anl

age

P [k

W]


Herstellerangabe

Herst.interpoliert

PBetz

Poo

0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

30

35

40


Häu

figke

itsve

rteilu

ng (0

1.01

.200

9-31

.12.

2011

) [%

]





Häufigkeitsverteilung und Leistungskurve

werden miteinander multipliziert




0 5 10 15 20 250

5

10

15

20

25

30

35

40


Häu

figke

itsve

rteilu

ng (0

1.01

.200

9-31

.12.

2011

) [%

]





0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2


[m/s]

Leis

tung

der

Anl

age

P [k

W]


Herstellerangabe

Herst.interpoliert

PBetz

Poo Bei der Multiplikation vom

aktuellen Strompreis erhält man den Ertrag in €, der für weitere Amortisationsrechnungen wichtig ist

X

Man erhält den möglichen Ertrag in kWh von einer KWEA an einem Standort

X Strompreis



Der Gesamtpreis stellt sich aus drei Kostenteilen zusammen: 1) Genehmigungskosten

2) Installationskosten 3) Anlagenkosten

Gesamtpreis der KWEAn

0 €

10.000 €

20.000 €

30.000 €

40.000 €

50.000 €

60.000 €

70.000 €

80.000 €

90.000 €

100.000 €

Kosten Genehmigung [€]

Kosten Installation [€]

Kosten Anlage [€]

Pre

is [

€]

Kosten für Genehmigung und Installation fast auf dem Niveau von KWEA



Keine Konkreten Kosten für Genehmigung und Installation

Genehmigungs- und Installationskosten

€0

€1.000

€2.000

€3.000

€4.000

€5.000

€6.000

€7.000

€8.000

€9.000

€10.000

€11.000

€12.000

€13.000

€14.000

€15.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Anlagengröße [kW]

Gen

ehm

igu

ngs

kost

en

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Anlagengröße [kW]

Fakt

or

für

An

lage

np

reis

mit

Inst

alla

tio

n

Die Faktoren für die Installation werden plausibel festgelegt :

>5 kW = 1,6

<5 kW = 1,3

Die Genehmigungskosten werden nach zwei vorhandenen Beispielen in vier Bereiche eingeteilt:



Nach der Errechnung des Ertrags und der Gesamtkosten kann eine Amortisationsrechnung durchgeführt werden:

Amortisation

gesa

statischK

It

,

= Gesamtkosten [€] = Jahresertrag [€/a]

I

gesaK ,

Amortisationsrechnungen für die KWEAn an der Eulerstraße (bester untersuchter Standort)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Amortisation = Investition über den jährlichen Ertrag



Subvention bzw. Stromkosten


Subvention oder höhere Stromkosten reduzieren den Amortisationszeitraum.





Anlagenpreis


Geringerer Anlagenpreis wirkt sich bei gleichem Ertrag positiv auf Amortisationszeitraum aus.




Anlagenpreis





Ertragsänderung

Anlagenpreis


Geringerer Anlagenpreis wirkt sich bei gleichem Ertrag positiv auf Amortisationszeitraum aus.

Höhere Installation bedeutet Ertragssteigerung (10m ≈ 30 %).

Ertragssteigerung bedeutet Reduzierung der Amortisation.




Ertragsänderung



Auslegung für Bestandsgebäude Heinrich-Hertz-Berufskolleg

6-geschossiger Flachdachbau

Dachhöhe 26,76 m über Grund

öffentliches Gebäude

Besitzer & Betreiber: Amt für Gebäudemanagemante der Landeshauptstadt Düsseldorf

Empfehlung/ Fazit

Quell: Google Maps

Quele: Google Maps



Auslegung für Bestandsgebäude Heinrich-Hertz-Berufskolleg

Annahme mittlere Windgeschwindigkeit 6 m/s

Darstellung der „besten“ fünf KWEAn aus den Untersuchungen

Annahme von Genehmigungs-

freistellung, da Mast + Rotor < 10m oberhalb der Dachkante

Empfehlung/ Fazit

KWEA AIRWIND AV-R2 Easywind 6 AC Fortis Alice Fortis Montana Black600

P_Nenn [kW] 3,2 6 10 5,6 0,6

Ertrag [kWh/a] 11249 14465 21077 9356 1550

Anlagenpreis inkl. Installation [€] 27544 39986 43453 14843 2145

Quele: Bingmaps



KWEA AIRWIND

AV-R2 Easywind 6 AC Fortis Alice Fortis Montana Black600

P_Nenn 3,2 6 10 5,6 0,6

Ertrag kWh/a 11249 14465 21077 9356 1550

Ertrag [€] 2812 3616 5269 2339 387

Anlagenpreis inkl. Installation [€] 27544 39986 43453 14843 2145

Kosten Genehmigung 0 0 0 0 0

Kosten Kran 1000 1000 1000 1000 1000

statische Amortisation 10,1 11,3 8,4 6,8 8,1

Empfehlung/ Fatzit

Amortisationszeitraum dient als Kennzahl

Ergebnis: Wirtschaftlicher Anlagenbetrieb ist möglich Kommentar: Jedoch sind weitere Betrachtungen zur Gebäudeanbindung und genauere Betrachtung der Windsituation notwendig, vgl. Steinberg (2012)



Zusammenfassung

Marktrecherche von KWEAn

Minimierung des KWEAn Marktes durch ausgewählte innerstädtische Kriterien

Auswertung von Düsseldorfer Winddaten

Erstellung von Windhäufigkeitsverteilungen

Erstellung KWEAn-Leistungskurven aus Daten der Hersteller

Stromertragsrechnung der KWEAn

Berechnung des Amortisationszeitraums der KWEAn

Vergleich der KWEAn durch die „Kennzahl“ Amortisation

Anwendung auf Bestandsgebäude des Heinrich-Hertz-Berufskolleg

Ergebnis: Wirtschaftlicher Anlagenbetrieb ist möglich!

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