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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
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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
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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
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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
Axeptor AG AIRVVIN AV-R2
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
Axeptor AG AIRVVIN AV-R3
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
Axeptor AG AIRVVIN AV-R4
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
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Windhäufigkeitsverteilung von Messstandorten wird angelegt.
Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung
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
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Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung
0 5 10 15 20 250
5
10
15
20
25
30
35
40
Windgeschwindigkeit [m/s]
Häufigkeitsvert
eilu
ng (
01.0
1.2
009-3
1.1
2.2
011)
[%]
Standort Eulerstraße, 30.Min.-Mittelwerte
Standort FHD, 30.Min.-Mittelwerte
Standort Flughafen, 30.Min.-Mittelwerte
Standort Reisholz, 30.Min.-Mittelwerte
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Windhäufigkeitsverteilung von Messstandorten wird angelegt.
Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung
Leistungskurve der KWEAn wird aus Herstellerdaten generiert.
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 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
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Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung
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 d
er
Anla
ge P
[kW
]Anlage 01 AIRWIND AV-R1
Herstellerangabe
Herst.interpoliert
PBetz
Poo
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Windhäufigkeitsverteilung von Messstandorten wird angelegt.
Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung
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
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 20 250
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
Häufigkeitsverteilung und Leistungskurve
werden miteinander multipliziert
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Einbeziehung von Winddaten auf die Anlagenleistung
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 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 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
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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
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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:
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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
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Subvention bzw. Stromkosten
Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer
Subvention oder höhere Stromkosten reduzieren den Amortisationszeitraum.
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Subvention bzw. Stromkosten
Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer
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Subvention bzw. Stromkosten
Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer
Anlagenpreis
Subvention oder höhere Stromkosten reduzieren den Amortisationszeitraum.
Geringerer Anlagenpreis wirkt sich bei gleichem Ertrag positiv auf Amortisationszeitraum aus.
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Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer
Anlagenpreis
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Baumer 2012-11 Seite 19
Subvention bzw. Stromkosten
Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer
Ertragsänderung
Anlagenpreis
Subvention oder höhere Stromkosten reduzieren den Amortisationszeitraum.
Geringerer Anlagenpreis wirkt sich bei gleichem Ertrag positiv auf Amortisationszeitraum aus.
Höhere Installation bedeutet Ertragssteigerung (10m ≈ 30 %).
Ertragssteigerung bedeutet Reduzierung der Amortisation.
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Haupteinflussfaktoren auf die Amortisationsdauer
Ertragsänderung
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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
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Baumer 2012-11 Seite 22
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
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Baumer 2012-11 Seite 23
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)
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Baumer 2012-11 Seite 24
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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