Forschung zum Anfassen

High-performance hemp fibre reinforced biopolymers for ecological WIND turbine production

Aktuell in Antrag und Genehmigungsphase

HEMPWIND zielt darauf ab, Lösungen für Verbundwerkstoffe aus erneuerbaren Rohstoffen und Verbundwerkstoff-Verarbeitungstechnologien speziell für Hanfpflanzen zu entwickeln, mit denen die Probleme vermieden werden können, die beim derzeitigen Stand der Technik bei biobasierten Harzen und Naturfaserverstärkungen auftreten. Das HEMPWIND-Material und die Technologien werden für Rotorblätter von Windkraftanlagen (7 m lang) als erster Testfall im Bereich der Leichtbau-Verbundwerkstoffanwendungen validiert. Die Ergebnisse werden es Unternehmen im Bereich der Windenergie ermöglichen, herkömmliches, aber nicht nachhaltiges GFK in Rotorblättern durch das neuartige, kostengünstige, biobasierte Leichtbaumaterial zu ersetzen. Darüber hinaus werden Hersteller von Verbundwerkstoffen für viele andere Leichtbauprodukte (Transportfahrzeuge auf der Straße, Schiene und in der Luft, Bauwesen, Sportartikel usw.) von den Projektergebnissen profitieren.
 

Enabling Small Wind Power Systems to contribute to a resilient and sustainable future Energy System of Smart Cities

FFG Nummer 889587
Laufzeit: 01.09.2021 bis 31.08.2025
Fördergeber: Klima und Energiefond, Programm: Smart Cities

Während die Kleinwindkraft in den letzten Jahren technisch deutliche Fortschritte machen konnte und sich zu einer sicheren und ernstzunehmenden Erzeugungstechnologie entwickelt hat, ist das Bewusstsein für die Technologie und deren Vorteile in Österreich nach wie vor sehr gering. Gemeinsam mit der nach wie vor komplexen Standortauswahl bzw. -bewertung sowie der administrativen Aspekte (länderspezifische Genehmigungsverfahren) führt dies dazu, dass sich die Kleinwindkraft bisher nicht am Markt etablieren konnte. Um das zu ändern, werden im geplanten Projekt folgende Ziele verfolgt: 

Bewusstsein für die Technologie sowie deren Akzeptanz erhöhen und Vorbehalte ausräumen mittels folgender Maßnahme:

• Errichtung von Kleinwindkraftanalgen in Gemeinden und Befragung der betroffenen Bevölkerung.

Vereinfachung planerischer, organisatorischer und administrativer Aspekte bei der Planung und Umsetzung von KWEA in besiedelten Gebieten, unter anderem durch folgende Maßnahmen: 

• Entwicklung einer einfachen Methode zur Standortauswahl bzw. -bewertung in besiedelten Gebieten.
• Ausarbeitung von Best Practice Beispielen für die Genehmigung von KWEA.

Integration dezentraler Windkraftanlagen in ein Gesamtenergiesystem

FFG Nummer: 876726 
Laufzeit: 01.11.2019 bis 28.02.2023
Fördergeber: FFG
Programm: IEA

Der IEA Task 41 beschäftigt sich mit dezentralen Windkraftanlagen (Distributed Wind), deren technologischer Weiterentwicklung und Bewertung, der Erschließung von Kosteneinsparungspotenzialen sowie deren Integration in zukünftige Energiesysteme und –märkte. Ziel von Task 41 ist es die internationale Forschung in diesem Themenfeld zu koordinieren und einen Austausch für Forschende auf dem Gebiet zu ermöglichen. Die FH-Technikum Wien trägt mit Forschungsergebnissen und dem Austausch dieser Ergebnisse seit einigen Jahren aktiv zur Gestaltung der Forschung in diesem Themenfeld bei.

Ziel des Projektes ist der Test von Kleinwindanlagen in Aufdachmontage. Neben der Photovoltaik stellt die Kleinwindkraft eine der wenigen Möglichkeiten dar, auch in dicht bebauten Gebieten sowie im städtischen Umfeld umweltfreundlich elektrische Energie zu erzeugen. Mangels Erfahrungswerten wird jedoch dabei oftmals der Einfluss der Umgebung auf die Performance der Anlage vernachlässigt. Geringe Erträge bzw. häufige Störungen und Defekte sind unter anderem die Folgen dieser Planungsfehler. Darüber hinaus müssen auch sicherheitstechnische Aspekte sowie die unmittelbaren Auswirkungen der KWEA (z. B. Schall, Infra- und Körperschall, Vibrationen, Schwingungen) auf das Gebäude, dessen BewohnerInnen sowie die bewohnte Umgebung berücksichtigt werden, um eine Beeinflussung der Lebensqualität zu vermeiden.

Um diese Aspekte bei zukünftigen Planungen berücksichtigen zu können, bedarf es einer umfassenden messtechnischen Evaluierung. Im Zuge des geplanten Projekts werden daher 3 am Markt verfügbare KWEA unterschiedlicher Technologie (Savonius Vertikalläufer, Darrieus-Helix Vertikalläufer, 2-Blatt Horizontalläufer) auf einem Gebäude montiert und unter Berücksichtigung verschiedener Dachaufbauten im Praxisbetrieb messtechnisch untersucht. Dabei werden primär folgende Ziele verfolgt:

• Evaluierung der Auswirkungen von komplexen Hindernissen (Wohngebäude mit unterschiedlichen Dachaufbauten) auf die Strömung sowie auf die Anströmung von gebäudemontierten KWEA unter realen Betriebs- und Umgebungsbedingungen
• Messtechnische Evaluierung der Auswirkungen unterschiedlicher, dachmontierter KWEA auf deren Performance (Ertrag, Lebensdauer,...) sowie auf das Gebäude, dessen BewohnerInnen und die unmittelbare Umgebung hinsichtlich Schall, Infraschall und Körperschall, Vibrationen und Schwingungen sowie sicherheitstechnischer Aspekte

Um diese Ziele zu erreichen, wird im Energieforschungspark Lichtenegg ein Gebäudenachbau mit variablem Dachaufbau (Flachdach, Giebeldach) errichtet. Während sich bisher durchgeführte Untersuchungen auf Simulationen bzw. Modellmessungen im Windkanal beschränken, bietet diese Infrastruktur die Möglichkeit KWEA unter realen Umgebungsbedingungen direkt auf einem Gebäude zu vermessen und die Auswirkung gebäudemontierter KWEA messtechnisch zu erfassen. Dazu werden im Betrieb

• die Strömungsverhältnisse rund um das Gebäude (Windgeschwindigkeit, -richtung und beschleunigung, Turbulenzintensität und -frequenz),
• Ertrag und ausgewählte Betriebsparameter der KWEA (z. B Leistung, Drehzahl, …),
• Vibrationen und Schwingungen an der KWEA sowie im/am Gebäude,
• Schall und Infraschall in unmittelbarer Umgebung sowie Körperschall im Gebäude

erfasst. Im Sinne einer gesamtheitlichen Betrachtung werden die Messergebnisse mit einer Technikfolgenabschätzung (Lebenszyklusanalyse, Wirtschaftlichkeitsbewertung, Auswirkungen auf Betroffene, …) ergänzt. Auf Basis der gewonnen Mess- und Erfahrungswerte werden ein Kriterienkatalog für die Umsetzung von KWEA in dicht bebauten und bewohnten Gebieten auf oder in unmittelbarer Umgebung von Wohngebäuden sowie ein Anforderungskatalog für die Prüfung/Zertifizierung von gebäudemontierten KWEA erarbeitet. Um die Ergebnisse einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen, werden diese in einem Leitfaden für die Errichtung und den Betrieb von gebäudemontierten KWEA zusammengefasst und online sowie in gedruckter Form veröffentlicht. 


 

Neben der Entwicklung eines international anerkannten Zertifizierungsverfahrens für Kleinwindkraftanlagen (KWEA) zur Sicherstellung von Qualität, Zuverlässigkeit, Sicherheit und Performance beschäftigen sich die ExpertInnen des IEA Wind Task 27 „Einsatz von Kleinwindkraftanlagen in Gebieten mit turbulenten Strömungsbedingungen“ schwerpunktmäßig mit dem Einsatz von Kleinwindkraftanlagen in Gebieten mit hohen Turbulenzintensitäten. Die aktive Mitarbeit der Technikum Wien GmbH im IEA Wind Task 27 ermöglicht die Anbindung der österreichischen Kleinwindkraft-Community an internationale Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich der Kleinwindkraft. Die Gründung einer nationalen Arbeitsgruppe Kleinwindkraft sowie die Organisation einer jährlichen Kleinwindtagung in Österreich sollen eine dauerhafte Vernetzung der österreichischen Kleinwindkraft-Akteure sicherstellen und durch wechselseitigen Erfahrungsaustausch mit nationalen und internationalen ExpertInnen für neue Impulse sorgen.

Projektstatus: Laufend
Projektlaufzeit: seit Oktober 2013

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Bundesministeriums für  Verkehr, Innovation und Technologie im Rahmen des Programms „Forschungskooperation Internationale Energieagentur“ gefördert.


 

In den letzten Jahren ist das Interesse an Kleinwindkraftanlagen (KWEA) stark angestiegen. Der Markt für KWEA in Österreich ist jedoch verhältnismäßig jung und weist daher typische Probleme, wie z. B. unzureichende Qualität aufgrund fehlender Zertifizierung oder unzuverlässige Herstellerangaben zur Leistungsfähigkeit, auf. Um diese Herausforderungen zu lösen, wurde im Zuge des Forschungsprojektes „Kleinwindkraftanlagen“ ein vereinfachtes Verfahren zur Zertifizierung von KWEA erarbeitet und an 13 KWEA getestet. Dafür wurde mit dem Energieforschungspark Lichtenegg eine Prüf- und Messinfrastruktur für KWEA in der Buckligen Welt geschaffen. Die Ergebnisse der durchgeführten Untersuchungen bestätigen die Notwendigkeit einer unabhängigen Zertifizierung von KWEA, da nur 6 der insgesamt 13 getesteten KWEA hinsichtlich Leistungsfähigkeit und Betriebsfestigkeit gute bzw. sehr gute Ergebnisse erzielen konnten.

Projektstatus: Abgeschlossen
Projektlaufzeit: Oktober 2010 bis Mai 2014
Projektpartner*Innen: AEE Noe-Wien, Energiewerkstatt, EVN; Fachhochschule Technikum Wien, ÖGUT, Solvento, Wicon Engineering

Projektbeschreibung:

Kleinwindenergieanlagen (KWEA) erfreuen sich zunehmender Beliebtheit: Ende 2012 waren insgesamt 806.000 KWEA weltweit installiert, 76.000 davon wurden im Jahr 2012 errichtet. Die World Wind Energy Association erwartet binnen der nächsten Jahre ein Wachstum, das mit der Entwicklung der Photovoltaik in der jüngsten Vergangenheit vergleichbar sein wird. Speziell in urbanen Gebieten wird die Kleinwindkraft neben der Photovoltaik als eine der wenigen Möglichkeiten gesehen, umweltfreundlich elektrische Energie zu erzeugen und könnte somit einen entscheidenden Beitrag leisten, die Ziele der neuen EU-Gebäuderichtlinie, mit der Forderung nach „nearly zero energy“ Gebäuden, zu erreichen.

Der Markt für KWEA in Österreich ist jedoch verhältnismäßig jung und weist daher typische Probleme auf, wie z. B.:

• Offene Fragen hinsichtlich Qualität und Sicherheit der Anlagen aufgrund fehlender Zertifizierung
• unzuverlässige Angaben der Hersteller zur Leistungsfähigkeit der Anlagen
• unzureichendes Wissen über die Auswirkungen turbulenter Strömungsbedingungen auf Ertrag und Lebensdauer der KWEA
• planungs- und sicherheitstechnische Unsicherheiten bei Einsatz von KWEA in urbanen Gebieten
• uneinheitliche Genehmigungsbedingungen sowie fehlende Erfahrungen der Behörden

Um eine Basis für den zukünftigen Einsatz von Kleinwindkraftanlagen - vor allem in urbanen Gebieten - zu schaffen, müssen Lösungsansätze für diese technischen, rechtlichen und organisatorischen Herausforderungen erarbeitet werden.

Im Zuge des Forschungsprojektes „Kleinwindkraftanlagen“ wurde ein vereinfachtes Verfahren zur Zertifizierung von Kleinwindkraftanlagen erarbeitet. Dafür wurde mit dem Energieforschungspark Lichtenegg eine Prüf- und Messinfrastruktur für Kleinwindkraftanlagen in der Buckligen Welt errichtet und 13 Kleinwindkraftanlagen untersucht. Um Aussagen über Qualität (z. B. technische Verfügbarkeit, Netzverträglichkeit) und Leistungsvermögen der Anlage treffen zu können, wurden alle KWEA über einen Zeitraum von jeweils 24 Monaten einer Langzeitevaluierung unterzogen. Darüber hinaus wurde bei fünf Anlagen eine Vermessung der Leistungskennlinie entsprechend den Vorgaben der internationalen Norm EN 61400-12 durchgeführt. Bei vier KWEA wurden Netzqualität bzw. Netzrückwirkungen in Anlehnung an die Norm EN 50438 ermittelt.

Während im Projekt „Kleinwindkraftanlagen“ ein vereinfachtes Zertifizierungsverfahren für KWEA entwickelt wurde, werden im laufenden Forschungsprojekt „Urbane Windenergie“ die Grundlagen für ein Standort-Bewertungsschema für die Errichtung von KWEA im urbanen Raum geschaffen. Dazu werden ein Horizontal- und ein Vertikalläufer sowohl an einem urbanen Standort mit hoher Turbulenzintensität (ENERGYbase in Wien – Floridsdorf) als auch an einem ländlichen Teststandort mit geringen Turbulenzen (Energieforschungspark Lichtenegg) jeweils für eine Dauer von 12 Monaten vermessen sowie diverse Untersuchungen (z. B. Analyse von Vibrationen und Schwingungen) durchgeführt. Parallel dazu erfolgt eine umfassende mess- und simulationstechnische Charakterisierung der turbulenten Windverhältnisse am gewählten urbanen Standort, auf Basis derer die Auswirkungen von turbulenten Strömungsbedingungen auf die Performance von KWEA analysiert werden.

Die ersten Ergebnisse der Untersuchungen im Energieforschungspark Lichtenegg bestätigen die Notwendigkeit einer unabhängigen Zertifizierung von KWEA, da die Erträge der getesteten Anlagen sehr stark variieren und teilweise wie in Abbildung 1 ersichtlich deutlich von den Herstellerangaben abweichen. Auch die technische Verfügbarkeit weist nennenswerte Unterschiede auf: Während einige KWEA ein sehr stabiles Betriebsverhalten an den Tag legten, kam es bei einzelnen Anlagen häufig zu längeren Stillstandzeiten. Sechs der getesteten KWEA konnten jedoch in beiden Kategorien gute bzw. sogar sehr gute Ergebnisse erzielen.

Auch die Vermessung der Leistungskennlinien ergab teils große Abweichungen zu den von den Herstellern publizierten Werten. Bei den Power-Quality Messungen konnte der vorgegebene Leistungsfaktor nur teilweise bei nahezu Nennleistung erreicht werden. In den unteren Leistungsbereichen liegt der Leistungsfaktor deutlich unter dem Grenzwert. Positiv ist anzumerken, dass alle vier gemessenen KWEA die Grenzwerte hinsichtlich Stromoberwellen, Flicker und Spannungseinbrüchen nicht überschreiten. Die Werte liegen teilweise jedoch knapp unterhalb der jeweiligen Grenzwerte.

Dieses Projekt wurde aus Mitteln des Klima- und Energiefonds im Rahmen der 4. Ausschreibung des Programms „Neue Energien 2020“ gefördert.

Die Netz Noe GmbH betreibt hier ein Smart Grid, welches über eine 10 kWp-PV-Anlage und Kleinwindkraftanlagen gespeist wird. In diesem Smart Grid werden Haushaltsverbraucher simuliert (in dem Holzverschlag befinden sich Heizstrahler und Halogenstrahler, die „ferngesteuert“ ein- und ausgeschaltet werden). Wird der erzeugte Strom aus den Erneuerbaren nicht im Micro-Grid verbraucht, so wird er in den Batteriespeicher geleitet. Der Batteriespeicher (Vanadium-Redox-Flow-Batterie) hat eine Kapazität von 100 kWh und eine Leistung von 10 kW. Mithilfe von Prognosemodellen (z.B. scheint morgen die Sonne?) soll eine möglichst hohe Eigenverbrauchsquote erzielt werden. Es soll möglichst wenig Strom in das öffentliche Netz eingespeist und möglichst wenig daraus bezogen werden.


 

Im Projekt „Urbane Windenergie“ werden die Grundlagen für die technische Beurteilung des Einsatzes von Kleinwindenergieanlagen (KWEA) im urbanen Raum geschaffen. Dazu werden einerseits Methoden zur Charakterisierung von turbulenten Strömungsfeldern entwickelt und andererseits die Auswirkungen von turbulenten Strömungsbedingungen anhand ausgewählter Turbulenzeigenschaften auf die Performance von KWEA analysiert. Dazu werden zwei unterschiedliche KWEA-Technologien jeweils an einem urbanen und einem ländlichen Standort betrachtet. In einer experimentellen Wirkungsanalyse werden planungs-  und sicherheitstechnische Aspekte für die Anwendung von KWEA im urbanen Raum untersucht. Auf Basis dieser Ergebnisse wird in diesem Projekt ein Standort-Bewertungsschema für die Errichtung von KWEA im urbanen Raum entwickelt.

Projektstatus: Abgeschlossen
Projektlaufzeit: Oktober 2010 bis September 2017
Projektpartner*Innen: AEE Noe-Wien, Austrian Institute of Technology, BOKU, Energiewerkstatt, Fachhochschule Technikum Wien, ÖGUT, Solvento, ZAMG

Die Kleinwindkraft stellt neben der Photovoltaik in besiedelten Gebieten eine Möglichkeit dar, die Ziele der neuen EU Gebäuderichtlinie, mit der Forderung nach „nearly zero energy“ Gebäuden, zu erreichen. Es mangelt jedoch einerseits an innovativen Konzepten für Kleinwindenergieanlagen, andererseits gibt es bei der Standortevaluierung und dem Einsatz von Kleinwindenergieanlagen (KWEA) bei stark turbulenten Windverhältnissen, wie sie in urbanen Gebieten oftmals vorherrschen, noch viele planungs- und sicherheitstechnische Unsicherheiten. So ist die Wirkung turbulenter Strömungsbedingungen auf die Performance von Kleinwindenergieanlagen im Detail nicht bekannt. Außerdem liegen für den Einsatz von KWEA im urbanen Gebiet bis dato keine umfassenden Wirkungs- und sicherheitstechnischen Analysen zur Beurteilung der Interaktion mit der Umgebung und des Gefährdungspotentials vor.

Grundsätzlich sollen folgende 5 Fragen durch das Projekt beantwortet werden:

1. Wie können die Windverhältnisse bei stark turbulenten Strömungsbedingungen im städtischen Bereich charakterisiert werden? Welche Messungen und Modellansätze sind geeignet, um einen geplanten KWEA-Standort im städtischen Bereich hinsichtlich des Leistungspotentials der vorgesehenen Anlage zu beurteilen?
2. Welchen Einfluss haben stark turbulente Windverhältnisse auf den Ertrag und die Lebensdauer einer KWEA sowie die Qualität des ins Netz eingespeisten elektrischen Stroms?
3. Welche Belastung der umgebenden Infrastruktur durch Vibrationen und potenzielle Gefährdung? für Personen geht von KWEA im urbanen Raum aus und wie hoch ist das Gefährdungspotential
4. Welche KWEA-Technologie ist für die Anwendung in bebauter Umgebung geeignet?
5. Wie erfolgt eine umfassende Standort-Bewertung für die Errichtung von KWEA in Siedlungsgebieten?

Dazu werden Untersuchungen an zwei unterschiedlichen Technologien, einer KWEA mit vertikalem und einer mit horizontalem Rotor, jeweils an einem urbanen Standort, der ENERGYbase in Wien – Floridsdorf und einem ländlichen Teststandort in Lichtenegg durchgeführt. Darüber hinaus wird für den gewählten urbanen Standort eine umfassende mess- und simulationstechnische Charakterisierung der turbulenten Windverhältnisse durchgeführt. Durch eine Evaluierung unterschiedlicher CFD-Modelle wird untersucht, welcher Simulationsansatz für die Standortbegutachtung einer KWEA im urbanen Raum am geeignetsten ist. Anschließend werden die Auswirkungen von turbulenten Strömungsbedingungen auf die Performance einer KWEA anhand ausgewählter Turbulenzeigenschaften untersucht.

In einer Wirkungsanalyse werden basierend auf Schwingungsmessungen einerseits die Interaktionen mit dem Gebäude und andererseits die Belastung der KWEA selbst in Abhängigkeit von der Turbulenzstärke der vorherrschenden Windbedingungen untersucht. Da die verursachten Schallemissionen ein weiterer sehr wichtiger Entscheidungsparameter für den Einsatz von KWEA in besiedelten Gebieten sind, wird dieser Aspekt im vorliegenden Projektvorhaben einer detaillierten Untersuchung unterzogen. Zusätzlich wird auch die Frage nach der von KWEA im urbanen Raum ausgehenden Gefährdung für Personen, insbesondere das Risiko durch Vereisung, untersucht. Durch eine experimentelle Untersuchung des Eiswurfes sowie die Anwendung einer probabilistischen Sicherheitsanalyse zur Ermittlung der Risiken durch Brand, wird die Basis für die Beurteilung der Sicherheit von KWEA geschaffen.

Abschließend werden relevante Kriterien erarbeitet sowie ein Bewertungsschema entwickelt um zukünftig die technische Realisierbarkeit bzw. Sinnhaftigkeit einer Kleinwindkraftanlage an einem beliebigen Standort bewerten zu können.

Die Projektergebnisse stellen eine wesentliche Grundlage für die zukünftige technische Beurteilung des Einsatzes von KWEA im urbanen Raum dar.

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Bundesministeriums für  Verkehr, Innovation und Technologie im Rahmen der 1. Ausschreibung des Programms „Stadt der Zukunft“ gefördert.

Um den zukünftigen Einsatz von Kleinwindkraftanlagen (KWEA) in besiedelten Gebieten voran zu treiben, müssen Lösungsansätze entwickelt werden um die potenzielle Gefährdung von Personen und Gütern durch Eiswurf und Eisabfall nachweisbar zu unterbinden. Im vorliegenden Projektvorhaben erfolgte daher eine Evaluierung ausgewählter, kosteneffizienter Lösungsansätze um Eisansatz einerseits zuverlässig zu detektieren und andererseits mittels Anti-Eis-Beschichtungen zu reduzieren bzw. zu unterbinden. Auf Basis der durchgeführten Messungen wurden sowohl Funktionalität, Performance und Wirtschaftlichkeit der unterschiedlichen Lösungsansätze als auch das Gefährdungsrisiko für Personen und Güter bewertet sowie konkrete Handlungsempfehlungen für EntscheidungsträgerInnen und Stakeholder abgeleitet.

Projektstatus: Abgeschlossen
Projektlaufzeit: Mai 2015 bis April 2018
Projektpartner*Innen: ATT Advanced Termal Technologies, BOKU, Bionic Survace Technologies, Energiewerkstatt, eologix sensor technology Fachhochschule Technikum Wien

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds im Rahmen der 1. Ausschreibung des Programms „Energieforschung 2014“ gefördert.