Metzger, Jens: Untersuchungen zu kinetischen Energiewandlern und Optimierungspotenziale von Zykloidalpropellern. 2020
Inhalt
- Titelblatt
- Danksagung
- Kurzfassung
- Abstract
- Inhaltsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Abkürzungs- und Symbolverzeichnis
- Begrifflichkeiten innerhalb der Arbeit
- 1 Einleitung
- 2 Definitionen
- 2.1 Einflussparameter und Rahmenbedingungen bei der Energieumwandlung durch kleine Wasserkraftanlagen
- 2.2 Kinetische Wasserkraftwandler
- 2.3 Widerstandsläufer und Auftriebsläufer
- 2.4 Arten von kinetischen Wasserkraftwandlern
- 2.5 Zykloidalpropeller
- 2.6 Stiller Energy Converter
- 3 Theoretische Grundlagen und Stand der Wissenschaft
- 3.1 Vorbemerkungen
- 3.2 Schnelllaufzahl
- 3.3 Gleitzahl
- 3.4 Betz’sches Gesetz
- 3.5 Widerstandsprinzip
- 3.6 Verluste
- 3.7 Theorie nach Schmitz
- 3.8 Vergleich der Theorien nach Betz und Schmitz
- 4 Entwicklungen im Bereich der kinetischen Energiewandlung
- 4.1 Vorbemerkungen
- 4.2 Geschichtliche Entwicklungen im Bereich der kinetischen Wasserkraft
- 4.3 Geschichtliche Entwicklungen im Bereich der Zykloidalpropeller
- 4.4 Neue Entwicklungen im Bereich der kinetischen Wasserkraft
- 4.4.1 Kinetische Wasserkraftwandler zur Nutzung von Meeresströmungen
- 4.4.1.1 Axial angeströmte Propellerturbinen
- 4.4.1.2 Turbinen mit Einhausung
- 4.4.1.3 Cross-Flow-Turbinen
- 4.4.1.4 Weitere Entwicklungen
- 4.4.2 Kinetische Wasserkraftwandler zum Einsatz in Binnengewässern
- 4.5 Schlussfolgerung
- 5 Entwicklung des Energiewandlers StECon
- 5.1 Patente
- 5.2 Forschungs- und Entwicklungsprojekte
- 5.3 Aufbau des StECon
- 5.4 Optimierungsarbeiten
- 5.4.1 Optimierung des Getriebes
- 5.4.2 Physikalische Versuche in der begrenzten Strömung
- 5.4.2.1 Versuchsaufbau der Testmodelle
- 5.4.2.2 Versuchsaufbau Prototyp
- 5.4.2.3 Datenaufzeichnung und –verarbeitung
- 5.4.2.4 Versuchsdurchführung an den physikalischen Modellen
- 5.4.2.5 Auswertung der Messreihen
- 5.4.2.6 Bestimmung der Generatorverlustleistung
- 5.4.3 Untersuchung der Spaltverluste
- 5.4.4 Untersuchung der Schaufelform
- 5.4.4.1 Untersuchung der Schaufelform in der begrenzten Strömung
- 5.4.4.2 Untersuchungen der Schaufelformen im Maßstab 1:2,5
- 5.4.4.3 Untersuchungen durch numerische Strömungssimulationen
- 5.4.5 Untersuchung der Schaufelanzahl
- 5.5 Zusammenfassung der Optimierungen
- 6 Geplante Naturuntersuchungen
- 7 Untersuchungen in der natürlichen Strömung
- 7.1 Vorbemerkungen
- 7.2 Herstellung des optimierten Prototyps
- 7.3 Untersuchung des StECon unter naturnahen Bedingungen
- 7.3.1 Aufbau der schwimmenden Versuchseinrichtung
- 7.3.2 Datenaufzeichnung und –analyse
- 7.3.3 Versuchsdurchführung
- 7.3.4 Auswertung der Messergebnisse
- 7.4 Untersuchung des StECon in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit
- 7.4.1 Versuchsaufbau
- 7.4.2 Datenaufzeichnung und –verwertung
- 7.4.3 Versuchsdurchführung
- 7.4.4 Auswertung der Messergebnisse
- 7.5 Zusammenfassung zu den Untersuchungen in der freien Strömung
- 8 Einordnung der Zykloidalpropeller
- 8.1 Vergleich mit anderen kinetischen Wasserkraftwandlern
- 8.2 Vergleich mit Windkraftwandlern
- 8.3 Betrachtung der Wirtschaftlichkeit
- 8.3.1 Vorbemerkungen
- 8.3.2 Wirtschaftlichkeit im Netzbetrieb
- 8.3.3 Wirtschaftlichkeit im Inselbetrieb
- 8.4 Abschließende Bemerkungen
- 9 Beantwortung der Forschungsfragen
- 10 Zusammenfassung
- 11 Ausblick
- 12 Quellenverzeichnis
- Anhang