PowerTower15 - Hochschule für Technik Rapperswil · PowerTower15 Einleitung Autoren: N. Anderer, D. Glaus, I. Simon, D. Meier, D. Müntener Version: 1.0 Seite 5/30 HSR / Gruppe U14A

PowerTower15

Druck: 28.05.2015

Seite 1/30 HSR / Gruppe U14A

PowerTower15

Autor: Anderer Nils

Glaus Dominik

Simon Ivan

Meier Dominic

Müntener Dennis

Version: 1.0

Kürzel: Gruppe B

Semesterarbeit

Dozent: Markus Müller

Themengebiet: Innovation 2

Erstellt am: 22.05.2015

Letzte Änderung am: 27.05.2015

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Inhalt

Version: 1.0


Abstract

Problem Damit die Energiewende tatsächlich erreicht wird müssen die Windkraftanlagen einfacher aufgebaut werden, der Wirkungsgrad müsste steigen und die Politik müsste mitziehen. 2 der 3 Argumente kann durch eine neue innovative Technologie bewältigt werden, doch diese ist noch nicht auf dem Markt.

Ziel Das Ziel ist es mit den neuen Varianten, welche im SPP-Unterricht erarbeitet werden, eine neue Technologie herauszufinden, welche die Windkraftanlagen revolutioniert.

Methode / Vor-gehen

Das Problem wird mit Hilfe der gelernten Methoden des strategischen Produktplanungs-unterrichts des Innovationsmoduls 2 analysiert, behandelt und gelöst.

Wesentliche Ergebnisse

Für die Industrie wird dank der einfachen modularen Bauweise das Montieren und De-montieren sehr vereinfacht. Durch den höheren Wirkungsgrad müssen weniger Wind-kraftanlagen aufgestellt werden. Die technologischen Fortschritte könnten vielleicht auch die Politik beeinflussen.

Empfehlungen

Skizze unserer Empfehlung

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Version: 1.0


Änderungsnachweis

Version Änderungsgrund Kurz-Z. Datum

1.0 Erstellung des Dokuments NA 27.05.2015

Inhalt

1 Verzeichnisse..................................................................................................................................................................... 4

1.1 Bilder ........................................................................................................................................................................ 4

1.2 Tabellen.................................................................................................................................................................... 4

2 Einleitung ........................................................................................................................................................................... 5

3 Potentialfindung ................................................................................................................................................................ 6

3.1 Marktübersicht .......................................................................................................................................................... 6

3.2 Umfeldanalyse .......................................................................................................................................................... 7

3.2.1 Technologisch ..................................................................................................................................................... 7

3.2.2 Sozio-Kulturell ..................................................................................................................................................... 8

3.2.3 Ökologische Umwelt ............................................................................................................................................ 9

3.2.4 Ökonomische Umwelt ........................................................................................................................................ 10

3.2.5 Politische-Rechtliche Umwelt ............................................................................................................................ 10

3.3 Analyse Zukunftssituation....................................................................................................................................... 11

3.4 Erfolgspotential ....................................................................................................................................................... 12

3.5 Chancen & Risiken ................................................................................................................................................. 12

4 Produktfindung ................................................................................................................................................................ 13

4.1 Bezug zum Erfolgspotential .................................................................................................................................... 13

4.2 Ideensuche mit Brainstorming ................................................................................................................................ 14

4.3 Ideensuche mit Bionik ............................................................................................................................................ 15

4.3.1 Stabilität bei jeder Windlage .............................................................................................................................. 15

4.3.2 Stabile Mastkonstruktion .................................................................................................................................... 15

4.3.3 Mastbefestigung ................................................................................................................................................ 16

4.4 Ideen ...................................................................................................................................................................... 16

4.4.1 Lösungsidee 1 ................................................................................................................................................... 16

4.4.2 Lösungsidee 2 ................................................................................................................................................... 17

4.4.3 Lösungsidee 3 ................................................................................................................................................... 18

4.5 Nutzwertanalyse ..................................................................................................................................................... 18

4.6 Konkrete Produktidee ............................................................................................................................................. 19

4.6.1 Produkt .............................................................................................................................................................. 19

4.6.2 Markt.................................................................................................................................................................. 20

4.6.3 Chancen und Risiken......................................................................................................................................... 20

5 Produktkonzeption .......................................................................................................................................................... 21

5.1 Entwicklung Produktkonzept .................................................................................................................................. 21

5.1.1 Funktionsstrukturanalyse ................................................................................................................................... 21

5.1.2 Morphologischer Kasten .................................................................................................................................... 22

5.1.3 Nutzwertanalyse ................................................................................................................................................ 23

5.1.4 Fema ................................................................................................................................................................. 24

5.2 Entwicklung Geschäftsplanung .............................................................................................................................. 25

5.2.1 Canvas .............................................................................................................................................................. 26

6 Schlussfolgerungen, Ausblicke und Empfehlung ........................................................................................................ 27

7 Literatur und Quellenverzeichnis ................................................................................................................................... 28

8 Erklärung zur Urheberschaft .......................................................................................................................................... 29

Anhang ..................................................................................................................................................................................... 30

I Aufgabenstellung .................................................................................................................................................... 30

II Pflichtenheft ............................................................................................................................................................ 30

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Verzeichnisse

Autoren: N. Anderer, D. Glaus, I. Simon, D. Meier, D. Müntener

Version: 1.0


1 Verzeichnisse

1.1 Bilder

Abbildung 1: Horizontal/Vertikal Bauart .................................................................................................. 7 Abbildung 2: Luv/Lee Läufer .................................................................................................................. 7

Abbildung 3: Windgeschwindigkeit ......................................................................................................... 9

Abbildung 5: Windpotential .................................................................................................................... 9

Abbildung 6: Kanomodell ..................................................................................................................... 12

Abbildung 7: MindMap ......................................................................................................................... 14

Abbildung 8: Vergleich der Luftströmung zweier Flügelformen: Königslibelle und Flugzeug ................ 15

Abbildung 9: Velorahmen aus Bambus und Innenaufbau von Bambus, ............................................... 15

Abbildung 10: Skizze Produktidee ....................................................................................................... 16

Abbildung 11: Flachwurzel ................................................................................................................... 19

Abbildung 12: Knochenstruktur ............................................................................................................ 19

Abbildung 13: Libellenflügel ................................................................................................................. 20

Abbildung 14: Funktionsstruktur ........................................................................................................... 21

Abbildung 15: Morphologischer Kasten ................................................................................................ 22

Abbildung 16: Skizze Produktkonzept .................................................................................................. 23

Abbildung 17: Canvas .......................................................................................................................... 26

1.2 Tabellen

Tabelle 1 Bildungsstand Schweiz 2012 .................................................................................................. 8

Tabelle 2: Nutzwertanalyse Produktidee .............................................................................................. 18

Tabelle 3: Nutzwertanaylse zu den in Punkt 5.1.2 beschriebenen Konzepten ...................................... 23

Tabelle 4: Fema-Analyse ..................................................................................................................... 24

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Einleitung


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2 Einleitung

Kontext Die Aufgabenstellung ist in verschiedene Bereiche unterteilt. Zuerst muss aus dem ge-gebenen Hauptthema "Windkraftanlagen" ein Konzept erarbeitet werden, wie man das Problem lösen kann. Danach wird mittels der Umfeldanalyse ermittelt, wie es derzeit um die Windkraftanlagen steht. Mit der anschliessenden Potentialfindung werden die zukünf-tigen Kundenbedürfnisse ermittelt. Die Produktfindung beinhaltet die Entwicklung einer Idee, welche aus dem Resultat der Potentialfindung stammt. Bei der Produktkonzeption geht um das Grobkonzept des Produktes und um die Erarbeitung eines Anforderungs-katalogs. Das Projekt wird mit der Geschäftsplanung abgeschlossen, welche den Ver-marktungsplan und die Formulierung des Geschäftsmodells beinhaltet.

Problem Zurzeit sind Windkraftanlagen stark im Trend und mit einem weiteren Zuwachs in der Zukunft ist zu rechnen. Das Problem der heutigen Anlagen ist, dass der Wirkungsgrad nicht gerade hoch und die Montage und Demontage sehr komplex ist. Ausserdem ist es nicht möglich die derzeitigen Windkraftanlagen bei sehr starken Winden einzusetzen ohne einen künstlichen Wiederstand einzubauen.

Ziel Das Ziel besteht darin, aus einer Aufgabenstellung aus dem industriellen Umfeld eine innovative Produktentwicklung zu erarbeiten. Auf die Windkraftanlagen bezogen heisst das, dass die derzeitigen Probleme mit der neuen Technologie vermindert werden kön-nen.

Methode / Vor-gehen

Unser Vorgehen in diesem Projekt beruht auf den erlernten Methoden im SPP-Unterricht im 2. Semester des Moduls Innovation 2. Diese Methoden beinhalten die Umfeldanalyse, die Potentialfindung, die Produktfindung, die Produktkonzeption und die Geschäftspla-nung. All dies wird zusätzlich in einem Bericht festgehalten und dokumentiert.

Überblick über die Arbeit

Während der Arbeit geht es darum die 5 obengenannten Teilbereiche an einem konkre-ten Beispiel kennen zu lernen und im Team zu erarbeiten. Die fachgerechte Anwendung der SPP-Methoden und Abläufe stehen im Vordergrund.

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Potentialfindung


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3 Potentialfindung

3.1 Marktübersicht

Stromversor-gung

Die Stromversorgung der Schweizer Endkunden wird durch rund 700 Elektrizitätsver-sorgungsunternehmen sichergestellt. Rund 40% des Stromes wird heute durch die Kernenergie sichergestellt. Mit dem Atomausstiegsentscheid von Bundesrat und Parla-ment im Jahr 2011 steht die Schweizer Stromversorgung vor grossen Veränderungen. Die Kernkraftwerke sollen nach Ende Ihrer sicherheitstechnischen Betriebsdauer still-gelegt werden und nicht mehr durch neue ersetzt werden. Aufgrund dieses Entscheids wurde die Energiestrategie 2050 angepasst. Es soll auf eine Steigerung der Energieef-fizienz gesetzt werden. Die Nutzung der Windenergie spielt für die Erreichung der dort festgelegten Ziele eine grosse Rolle.1

Windkraftanla-gen

In der Schweiz existiert momentan ein sehr kleiner Markt für Windkraftanlagen. Wir un-terscheiden zwischen kleinen Windkraftanlagen bis 300kW und den normalen Wind-kraftanlagen über 300kW. Fast alle grossen Windkraftanlagen der Schweiz lieferten entweder Vestas oder Enercon, diese Hersteller sind auch auf dem Weltmarkt führend. Bei den Kleinwindkraftanlagen sticht die Aventa AG heraus. Aventa ist eine Schweizer Firma und hat mit Geldern von Bund, Kantonen und Elektrizitätswerken eine Leicht-windanlage für den Einsatz in der Schweiz konzipiert. Es existieren auch kleine verti-kale Anlagen, jedoch sind diese meistens in Privatbesitz und somit ist es schwierig an Daten solcher Anlagen zu gelangen. Kunden von Windanlagen sind vor allem Firmen, die sich auf die Stromproduktion durch Windenergie konzentrieren. 2

1 http://wind-data.ch/wka/list.php

2 http://www.bfe.admin.ch/themen/00511/index.html?lang=de

http://wind-data.ch/wka/list.php

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3.2 Umfeldanalyse

3.2.1 Technologisch

Allgemein

Es gibt viele verschiedene Ansätze für Windkraftanlagen. Die Bauart der horizontalen Luvläufer hat sich aber stark durchgesetzt. Alle grösseren Hersteller bauen nach die-sem Prinzip, weil dieses nach dem heutigen Stand die einfachste und effizienteste Lö-sung ist. Im Bild unten ist neben der horizontalen Bauart noch eine vertikale Anlage zu sehen. Diese Bauart hat einige Vorteile, sie ist von der Windrichtung unabhängig, ver-ursacht weniger Geräusch Emissionen und ist wartungsfreundlicher, da der Generator am Boden montiert werden kann. Leider hat sie aber auch entscheidende Nachteile. Allen voran der geringere Wirkungsgrad. Aufgrund der entstehenden Schwingungen, ist die mögliche Bauhöhe begrenzt und somit kommt man nicht in die konstanten Wind-schichten. Zurzeit sind sie zudem noch zu teuer und relativ schwer. Bei den Horizonta-len Anlagen kann man zwischen Luv- und Leeläufer unterscheiden. Beim Leeläufer fällt die Wind Nachführung weg und man könnte die Rotoren flexibler gestalten da der Turm nicht im Wege steht, jedoch haben wir bei höheren Leistungen das Problem, dass es für so hohe Ströme keine „verdrehsicheren“ Kabeldurchführungen gibt. Das Problem vom Turmschatten tritt zwar beim Luvläufer auch ein wenig auf, beim Leeläufer taucht der Rotor aber für einen Moment hinter dem Turm ganz in den Windschatten. Der ein-zige Nachteil vom Luvläufer ist, dass man den Rotor immer in den Wind stellen muss. Das heisst, man braucht eine intelligente Steuerung.

Abbildung 1: Horizontal/Vertikal Bauart3 Abbildung 2: Luv/Lee Läufer4

Schlüsseltech-nologien

Die Schlüsseltechnologie für Windkraftwerke ist zum einen die Aerodynamik des Ro-tors, denn diese entscheidet über die Effizienz einer Anlage. Weiter könnten damit auch die Lärmemissionen gesenkt werden. Zum anderen wird der Generator bei einer Windkraftanlage meist zu wenig beachtet, wobei man hier auch noch Potenzial hätte. Heute wird meist hinter dem Rotor ein Getriebe geschaltet das dann die optimale Dreh-zahl für den asynchronen Generator erzeugt. Einige Hersteller setzen heute auch auf direktangeschlossene sogenannte Transversalflussgeneratoren, dies hat den Vorteil das kein Getriebe notwendig ist. Somit sinken die Wartungskosten und das Gewicht.

3 http://scr3.golem.de/screenshots/1207/vawt/thumb620/vawt_1.jpg

4 https://www.wind-energie.de/system/files/images/page/2011/windenergieanlagen-mit-horizontaler-achse/5-2-luv-und-leelauufer-bwe.jpg

http://scr3.golem.de/screenshots/1207/vawt/thumb620/vawt_1.jpg

https://www.wind-energie.de/system/files/images/page/2011/windenergieanlagen-mit-horizontaler-achse/5-2-luv-und-leelauufer-bwe.jpg

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3.2.2 Sozio-Kulturell

Bildung in der Schweiz

Die Schweiz ist ein vielseitiges Land. Nicht zuletzt aufgrund ihrer Mehrsprachigkeit. Ne-ben vier Landessprachen (Deutsch, Französisch, Italienisch und Rätoromanisch) spielt Englisch eine wichtige Rolle und wird im Arbeitsumfeld von ca.18% der Bevölkerung gesprochen.5

Ausserdem verfügt die Schweizer Bevölkerung insgesamt über eine sehr gute Ausbil-dung. Eine kurze Übersicht folgt in der Tabelle 3.1 Bildungstand Schweiz6.

Höchste abgeschlossene Ausbildung nach Geschlecht

Männer, % Frauen, %

obligatorische Schule 16.4 11

Sekundarstufe II (Allgemeinbildung) 9.8 6.3

Sekundarstufe II (Berufsausbildung 43.6 39.9

Höhere Berufsbildung 9.1 16.6

Hochschule 21.1 26.3

Tabelle 1: Bildungsstand Schweiz 2012

„Schweizer Werte“

Die Schweiz ist vor allem für ihre Werte bekannt, die sich in einem Land der direkten Demokratie aus der Bevölkerung ableiten lassen. Es ist eine interessante Konstellation aus relativ konservativer Gesellschaft7 und Innovation, die sich in der hohen techni-schen Entwicklung der Schweiz widerspiegelt. Die Schweiz kann in der Quantität Ihrer Produkte kaum mir der Globalisierung mithal-ten, deswegen legen viele Entwickler in der Schweiz Wert auf die Qualität und Zuver-lässigkeit ihrer Produkte.

Bevölkerung und Wirtschaft

Nicht zuletzt durch den relativ hohen Ausländeranteil (ca.20%) verfügt die Schweiz über insgesamt einen hohen Anteil gut bis sehr gut ausgebildeter Arbeitskräfte. Dazu kommt eine deutlich hohe Arbeitsbereitschaft der arbeitenden Bevölkerung im Ver-gleich zu den hohen Lebensstandards und trotz der vielen Teilzeit-Arbeitskräfte (ver-gleich Ferieninitiative 03.2012 und 42-Std-Woche).

Die Attraktivität der wirtschaftlichen Schweiz (nicht zuletzt für die Schweizer selbst) sind vor allem hohe Lebensqualität und hohe Arbeitslöhne. Ebenso gut spürbar ist ein ho-hes Umweltbewusstsein der Gesellschaft. Beispiele dafür sind nicht nur die allgemeine Sauberkeit auf den Strassen und strenge gesetzliche Umweltauflagen, sondern auch die vielen Recycling-Anlagen und die breit praktizierte Mülltrennung.8

5 http://www.bfs.admin.ch/bfs/portal/de/index/themen/01/05/blank/key/sprachen.html 6 http://www.bfs.admin.ch/bfs/portal/de/index/themen/15.html

7 Vergleich: Nationalratwahlen 2011 und politische Grundideologien einzelner Parteien 8 www.swissworld.org/de/bevoelkerung/

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3.2.3 Ökologische Umwelt

Ressourcen-verfügbarkeit

Die Schweiz gibt es zwar keine Erdölvorkommen, jedoch verfügt sie über einige andere natürliche Energielieferanten. Das sind vor allem Wasserkraft, Windkraft, Holz, Stein/Erden und Schnee.

Interessant für uns, ist vor allem das Potential der Windkraft-Nutzung.

Laut einer Studie der ZHAW vom 15.5.2012 gibt es in der Schweiz 786 Gemeinden mit gutem Windpotential. Das ergibt eine Fläche von ca. 297 km2. Diese Gebiete liegen vor allem in höheren Regionen, der Süd- und Ostschweiz, im Jura und in Solothurn.

Diese würde neben den 33 bestehenden Windkraft-Anlagen, Platz für 3697 weitere An-lagen bieten.

Abbildung 3: Windgeschwindigkeit9

Abbildung 4: Windpotential10

Umweltbe-wusstsein

Leider hat das Umweltbewusstsein in den letzten Jahren abgenommen. Laut dem Amt für Statistik nahm das Umweltverhalten um 6% ab und liegt jetzt bei 45%. Das Umwelt-bewusstsein nahm um 9% ab und liegt nun bei 49%. Jedoch stehen Klimawandel und Luftverschmutzung immer noch ganz oben auf dem Angstbarometer. Die Bereitschaft staatliche Gelder für den Umweltschutz zu nutzen ist 2013 um 7% gesunken.

9 http://lsfm.zhaw.ch/fileadmin/user_upload/life_sciences/_Institute_und_Zentren/ecologicalengineering/erneuerbareener-

gien/docs/Pr%C3%A4sentationen/Windpotential_ESRI_2012_esma.pdf

10 http://lsfm.zhaw.ch/fileadmin/user_upload/life_sciences/_Institute_und_Zentren/ecologicalengineering/erneuerbareener-

gien/docs/Pr%C3%A4sentationen/Windpotential_ESRI_2012_esma.pdf

http://lsfm.zhaw.ch/fileadmin/user_upload/life_sciences/_Institute_und_Zentren/ecologicalengineering/erneuerbareenergien/docs/Pr%C3%A4sentationen/Windpotential_ESRI_2012_esma.pdf




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3.2.4 Ökonomische Umwelt

Wirtschafts-wachstum

Bis zum Dezember 2014 wurde ein BIP-Wachstum von 2.1% für das Jahr 2015 prog-nostiziert. Die Aufhebung des Mindestkurses am 15. Januar 2015 durch die National-bank lässt jedoch auf eine Reduzierung dieses Wachstums schliessen. Exakte Progno-sen sind aufgrund der unsicheren Situation mit dem Starken Schweizer Franken derzeit nicht zu erstellen.11

Zinsniveau Derzeit herrscht ein enorm tiefes Zinsniveau. Negativzinsen der SNB lassen über eine Anordnung eines Strafzinses für Normale Sparer spekulieren. Die Frage ist jedoch ob dies nur für Ausländer gelten soll und ab welchem Vermögen. Die tiefen Zinse haben den Vorteil, dass auch das Zinsniveau bei der Vergabe von Krediten sehr tief ist. Das regt Investoren dazu an, Kredite aufzunehmen um in Unternehmen zu investieren. Bei-spielsweise in Produzenten von Windenergie.12

Konsumver-halten

Derzeit wollen Schweizer vom starken Schweizerfranken profitieren, in dem sie Pro-dukte vom Ausland beziehen. Jeder zweite kauft im Ausland ein. Bei den Nahrungsmit-teln ist jedoch ein Trend in die Gegenrichtung zu erkennen. Durch das steigende Ge-sundheitsbewusstsein wird vermehrt Wert auf Regionalität beim Kauf von Nahrung ge-legt. Die Neigung zu „günstiger Nahrung“ nimmt also vermehrt ab. 13

3.2.5 Politische-Rechtliche Umwelt

Einflussfaktor Die politische Entwicklung ging in den letzten Jahren stark voran. Einer der vielen Gründe war die Atomkatastrophe von Fukushima in Japan. Nach dem tragischen Un-glück fand weltweit ein Boom im Bereich der erneuerbaren Energien statt. Plötzlich wollten viele Staaten keine Atomenergie-/Kraftwerke mehr betreiben und planten den Wechsel auf andere Energien, wie auch auf die Windenregie.

Planung In der Schweiz wurde die Energiestrategie 2050 durch die Katastrophe immer ein grös-seres Thema. Zurzeit ist die Strategie zwar geplant, aber eine massive Förderung der Politiker ist nicht zu erkennen und nach heutigem Stand wird die Schweiz den nächsten geplanten Meilenstein nicht rechtzeitig erreichen.

Problem Viele Gesetze für die Umsetzung dieser Strategie 2050 sind noch nicht geschrieben und müssen noch ausdiskutiert und zur Abstimmung gebracht werden. Zudem fühlt sich niemand im Bundeshaus wirklich verantwortlich, dass die Energiestrategie 2050 erreicht wird.

11 http://www.seco.admin.ch/themen/00374/00375/00376/

12 http://www.snb.ch/de/iabout/stat/statpub/zidea/id/current_interest_exchange_rates 13 http://www.unisg.ch/~/media/sitecore/content/internet/hsgservices/hsgmediacorner/medienmitteilungen/medienmitteilungen/2013/septem-

ber/konsumententrends-25september2013.pdf

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Potentialfindung


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3.3 Analyse Zukunftssituation

Mit Hilfe des Programmes „INKA 3“ wurde ein Szenario ermittelt, welches in den nächsten 25 Jahren eintreten könnte. Nach Einschätzungen mit ausgewählten Deskriptoren, liegt die Wahrscheinlichkeit, dass das Folgende Szenario ungefähr eintreffen könnte bei 53%.

Deskriptor [Wahrschein-lichkeit]

Szenario

Politische Ent-wicklung än-dert sich nicht

[75%]

Die Schweiz gilt allgemein als stabiles Land. Es wird nicht damit gerechnet, dass die Politische Situation sich so ändert, dass es einen drastischen Einfluss auf das Potential von Windkraftanlagen haben könnte. Das heisst, auf Politischer Seite wird einerseits kein Zwang zum Umstieg in alternative Energien erfolgen, andererseits wird der Bund sich auch nicht strikt gegen die Umsetzung von Windparks lehnen.

Neuartige Technologien und Erfindun-gen kommen auf den Markt

[20%]

Aufgrund des grossen Potentials der heutigen Technologien von Windkraftanlagen, ist nicht damit zu rechnen, dass eine Alternative Entwicklung erfolgversprechendere Er-gebnisse liefern wird. Der Grundstein für die Nutzung der Windkraft ist gelegt. Die Er-folgschancen die Windenergie optimal zu nutzen, liegt in der Weiterentwicklung der uns bekannten Windkraftanlagen. Das kann auch bedeuten, dass nur für einzelne Kompo-nenten von Windkraftanlagen neuartige Technologien erfunden werden.

Ressourcen gehen stark zurück [60%]

Unser Planet beherbergt immer mehr Menschen. Dies gilt auch für die Schweiz. Dass die Ressourcen laufend verbraucht werden, ist eine logische Folge. Somit ist es nahe-liegend, dass Ressourcen wie Erdöl, Kohle oder Uran und Werkstoffe wie Eisen, Alumi-nium usw. immer knapper werden. Diese Rückgänge haben zur Folge, dass der Bau von Windkraftanlagen teurer werden könnte. Dieses Verhalten gilt jedoch auch für den Bau von anderen Energieerzeugungsanlagen. Der Rückgang solcher Ressourcen bringt jedoch auch einen Vorteil für die Windkraft mit sich. Im Gegensatz zu Kraftwer-ken, welche mit Fossilen Energien arbeiten, ist die Windkraft nicht von solchen Res-sourcen abhängig. Die Ressource „Wind“ wird nach aktuellen Einschätzungen kaum zurückgehen. Messungen der vergangenen 40 Jahre haben ergeben, dass durch die Klimaerwärmung die Winde eher stärker werden. Über das Verhalten dieser Verände-rung für die Zukunft kann derzeit nur spekuliert werden.

Umweltbe-wusstsein bleibt gleich [70%]

Der Mensch möchte stets seine Lebensqualität beibehalten oder gar steigern. Der schweizer-Bürger scheint jedoch grundsätzlich bestrebt zu sein, die Umwelt dabei nicht Übermässig zu belasten. Da davon auszugehen ist, dass das Konsumverhalten stetig steigt, ist eine Effizienzsteigerung in der Nutzung von Energiequellen unumgänglich.

Güterkonsum steigt

[40%]

Da laufend neue Produkte auf den Markt kommen und durch die Werbung laufend neue Anreize geschaffen werden, wird davon ausgegangen, dass Private Haushalte immer mehr konsumieren. Das hat auch zur Folge, dass die Industrie laufend mehr konsumieren wird, um den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden. So muss ein Unternehmen Beispielsweise laufend im Besitz der aktuellsten Technik sein, um konkurrenzfähig zu bleiben.

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3.4 Erfolgspotential

Potential

Kanomodell

Wir stützen uns darauf, dass die fossilen Ressourcen in Zukunft zurückgehen werden. Dies scheint aufgrund der Szenario Analyse sehr wahrscheinlich zu sein. Das Potential die Windenergie im grösseren Ausmass zu nutzen steigt daher. Wir setzen daher auf neuartige Technologien, die es uns ermöglichen, bestehende Windkraftanlagen zu re-volutionieren. Wir gehen nicht davon aus, dass eine Technologie zum Vorschein kommt, welche die bisherigen Entwicklungen im Bereich der Windkraft ersetzen kann. Den Meilenstein zu einer genügend effizienten Nutzung der Windkraft sehen wir in der Optimierung bestehender Technologien.

Abbildung 5: Kanomodell

3.5 Chancen & Risiken

Chancen Durch die bereits bekannten Technologien steht ein sehr grosses Knowhow zur Verfü-gung und man weiss bereits bei vielen Faktoren Beschied, was funktioniert und was nicht. Wir sehen unsere Chancen in Windkraftanlagen, welche einerseits sehr einfach aufgebaut und sehr wartungsarm sind und andererseits ein ansprechendes und innova-tives Design für das Landschaftsbild abgeben.

Risiken Durch den zukünftigen Rückgang der fossilen Ressourcen werden erneuerbare Ener-gien immer stärker gefördert. Ein Risiko für die Windkraftanlagen stellen neue, noch nicht erfundene, Energieerzeugungsanlagen dar. Eine neue innovative Variante, mit welcher Energie viel effizienter erzeugt oder umgewandelt wird als mit den Windkraft-anlagen, könnte das Ende der derzeitig laufenden Windkraftprojekte bedeuten. Ein Rechtlicher Beschluss gegen die Benützung der Windkraftanlagen, wäre ein weiteres Risiko.

Begeisterungsmerkmal Leistungsmerkmal

Basismerkmal

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4 Produktfindung

4.1 Bezug zum Erfolgspotential

Neuartige Er-findungen

Da bei unserem Zukunfts-Szenario die Wahrscheinlichkeit von neuen Erfindungen nicht sehr gross ist, werden die meisten Komponenten unserer Anlagen lediglich wei-terentwickelt. Mit Ausnahme des Generators. Dabei erhoffen wir uns eine neuartige Entwicklung, welche den Generator effizienter und vor allem leichter macht. So wird es uns in Zukunft vielleicht möglich sein, noch mehr Wind pro Anlage in Energie umzu-wandeln.

Ressourcen und Güter-konsum

Da wir davon ausgehen, dass Energiequellen wie Erdöl, Kohle und Uran in Zukunft stärker zurückgehen werden, müssen wir mit unseren Anlagen einen würdigen Ersatz bieten.

Mit der weiterentwickelten Struktur des Masten und der Rotorblätter, soll gleichblei-bende Stabilität bei geringerem Gewicht und reduziertem Werkstoffverbrauch ge-währleistet werden. So kann bei einer grossen Produktion unserer Anlagen eine Menge an Werkstoffen gespart werden.

Politik Auch beim Transport und Aufbau können Kosten und Energie gespart werden. Dies ist vor allem auch wichtig, da wir in Zukunft nicht damit rechnen, mehr finanzielle Mit-tel als bisher vom Staat zu erhalten.

Durch unsere neue Bauweise werden die Anlagen mittels Helikopter zusammenge-baut werden. Es ist also nicht mehr nötig, dass einen Kran zur Montage aufgestellt werden muss.

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4.2 Ideensuche mit Brainstorming

Lösungsweg Durch die Ideensuche mit Brainstorming, wurde das untenstehende Mindmap erstellt.

Mind Map

Abbildung 6: MindMap

Ideenbeschrei-bung

Durch das Mindmap sind wir auf eine konkrete Idee gekommen. Grundlegend wird auf ein Horizontales Windkraftkonzept aufgebaut. Das Fundament sollte platzsparend sein. Konkret ist so die Idee mit Felsverankerungen zu arbeiten gekommen. So soll gewähr-leistet werden, dass Windkraftanlagen im Gebirge aufgestellt werden können. Der Mast soll als Gittermast ausgeführt werden damit er leichter ist und mit einem Helikopter transportiert werden kann. Der Generator ist das Kernstück unserer Idee. Er muss ent-weder leichter werden, oder eventuell am Boden angebracht werden. Die Effizienz soll gesteigert werden. Dies weil es sonst nicht möglich ist, eine relativ grosse Windkraftan-lage im Gebirge aufzustellen. Zudem sollte, durch neuartige Rotorblätter, eine konstan-tere Nutzung der Windkraftanlage ermöglicht werden.

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4.3 Ideensuche mit Bionik

4.3.1 Stabilität bei jeder Windlage

Libellenflügel Die Libelle ist in der Lage, auch bei relativ starkem Wind fast reglos in der Luft zu ver-harren. Bei der Untersuchung eines Libellenflügels ist den Wissenschaftlern eine inte-ressante Tatsache aufgefallen, die die hervorragende Flugeigenschaften einer Libelle erklärt. Die aerodynamischen Eigenschaften werden einerseits durch stabile und leichte Strukturen in der inneren Aufbau des Flügels ermöglicht und andererseits durch deren Oberflächengeometrie. Die letztere führt dazu, dass auf der Flügeloberfläche Micro-Luftwirbel entstehen, die die Libelle in der Luft halten und eine rasche Reaktion auf Windänderungen ermöglichen.

Abbildung 7: Vergleich der Luftströmung zweier Flügelformen: Königslibelle und Flugzeug14

4.3.2 Stabile Mastkonstruktion

Knochenstruk-tur

Die Röhrenknochen stellen ein sehr stabiles Gerüst dar. Grund dafür ist einerseits die porige Struktur, andererseits der Hohlraum, den diese Struktur umschliesst. Die Cal-cium-kollagen Struktur zeichnet sich durch besondere Mischung aus. Das Ergebnis ist Stabilität bei bleibender Flexibilität und geringem Gewicht. Dieses ist allerdings nur ein Grundgerüst, denn Knochen werden ausserdem zusätzlich durch Sehnen und Muskeln stabilisiert.

Bambus Bambus gehört zu den natürlichen Faserverbundstoffen. Die stabil verflochtene Seiten-wand, ein Hohlraum und kontinuierliche Querverstärkungen führen zu einer sehr robus-ten Bauweise bei bleibender Leichtigkeit und Flexibilität.

Abbildung 8: Velorahmen aus Bambus und Innenaufbau von Bambus15,16

14 http://www.mdpi.com/2218-6581/3/2/163/htm, Aerodynamic Bio-Mimetics of Gliding Dragonflies, A.Obata 15 http://www.bambooride.com/de/der-bambusrahmen 16 http://bambus.rwth-aachen.de/de/Referate/mecheigBambus/Bambuswurzel.jpg

http://www.mdpi.com/2218-6581/3/2/163/htm

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Produktfindung


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4.3.3 Mastbefestigung

Baumwurzeln Vor allem kommen hier die Flachwurzler in Frage, da diese in der Lage sind, sich auch an Gestein zu binden. Dies erlaubt einen starken Halt auf dem Boden, wo sich ein Baum in der Tiefe nicht verwurzeln kann (z.B. auf gefrorenen Böden). Diese breiten sich auf die umliegende Fläche aus und bieten auch sehr hohen Bäumen (bis über 50m) starken Halt. Eine Besonderheit stellt die Brettwurzel dar, die vor allem die Baum-riesen im Regenwald am Boden hält und selber bis zu 100 Meter Höhe erreichen.

4.4 Ideen

4.4.1 Lösungsidee 1

Idee Nach dem erarbeiteten Szenario liegt ein kompletter Neuaufbau bekannter Strukturen einer Windkraftanlage nahe. Die Strukturen sollen vor allem leichter werden und die Stabilität steigern. Vor allem sind diese Eigenschaften wichtig, wenn die Windkraftanla-gen in den Bergen aufgestellt werden.

Skizze

Abbildung 9: Skizze Produktidee

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Produktfindung


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Rotoren Die Rotorblätter sollten sehr leicht, stabil und bruchsicher werden. Die Möglichkeit ei-nes solchen Aufbaus von Rotorblättern machen die Insektenflügel vor, deren Stabilität und Flexibilität keine Alternativen kennt. Die oben beschriebenen, also bereits vorhan-denen Erkenntnisse machen es möglich, Diesen Aufbau in der Windkraft zu nutzen.

Es sind bereits Versuche gelaufen, wo die Geometrie des Lamellenflügels in einer Mini-atur-Windanlage genutzt wurde. Diese Anlage konnte laut Autoren Windstärke von 145km/h aushalten, da die Flügel sich einfach zu einem Konus gebildet haben, was die Rotation verlangsamte. (Akira Obata, Nippon Bunri University in Oita17)

Mast Es werden bereits Masten mit einem Hohlraum gebaut um Stabilität zu gewinnen. Je-doch sind diese meistens ein Composite aus Stahl und Beton. Diese könnten bei oben beschriebenen Rotorblättern auch aus leichteren Materialien gebaut werden, dies würde der Anlage auch mehr Flexibilität bei starkem Wind verleihen (siehe Bambusver-gleich). Dies könnte zum Beispiel auch mit Metallschäumen ermöglicht werden (siehe Vergleich zum menschlichen Knochen).

Fundament Eine besondere Anforderung stellt das Fundament dar. Wenn wir davon ausgehen, dass wir es in den Bergen aufstellen wollen, muss die gesamte Konstruktion auf einem Boden halten, der schwer zu bearbeiten ist. Das Problem hat die Natur mit den Flach-wurzlern gelöst, was zwar nicht perfekt, aber sehr gut funktioniert. In Verbindung mit den technischen Möglichkeiten, ist auf diese Weise ein sehr stabiles Fundament einer Windkraftanlage möglich.

Generator

Mit einer ständig drehenden, relativ kleinen Windanlage verändert sich auch der An-spruch an den Generator. Die Entwicklung tendiert nicht nur zur maximalen Effizienz, sondern auch zum Leichtbau. So ist es vorstellbar, dass die kinetische Energie über die Hydraulik18 zum Generator nach unten auf den Boden geleitet werden kann. Dieses Konzept könnte einer der ersten Schritte in die richtige Richtung sein.

Der Leichtbau sollte es ermöglichen den Generator mit einem Helikopter zu transportie-ren.

Aufbau Die Anlage soll mit vorgefertigten Modulen zusammengebaut werden. Dies würde die Montage erleichtern und die Transportkosten senken.


Idee Eine vertikale Rotortechnik und Effizienzsteigerung beim bodenfesten Generator würde eine Alternative bedeuten. Die Entwicklungen in diese Richtung sind bereits durch grössere Projekte mehr oder weniger erfolgreich realisiert worden.

Rotoren Der Rotor ändert dabei komplett die Achse und dreht vertikal. Somit muss die Anlage vergleichsweise nicht sehr hoch gebaut werden und hat den Vorteil, dass der Genera-tor am Boden installiert ist. Ein weiterer Vorteil dieses Typs ist: Windrichtungsunabhän-gigkeit.

Generator Der Generator bleibt am Boden und kann nur auf Effizienz ausgelegt werden, da die Masse vernachlässigt werden kann. Allerdings ist die Stromproduktion durch den Wir-kungsgrad des Rotorteils aufbaubedingt begrenzt und die Entwicklungen laufen noch.

17 http://windturbineins.com/risk-is-on-the-wind/new_design_for_micro_wind_turbines 18 http://www.valentintechnologies.com/wind-turbine

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Idee Aus wirtschaftlicher und baulicher Sicht, ist es zu überlegen, nur die tragende Konstruk-tion so zu modifizieren, dass diese leicht auf einen Berg gebracht werden kann und Modular aufgebaut werden kann. Allerding ist dies nur für Anlagen mit kleineren Gene-ratoren denkbar, da ebendiese enorme Massen aufweisen und nur schwer in solchen Höhen installieren werden können.

Mast Bei einer intelligenten Stahlkonstruktion oder einem robusten Leichtbau liegt hier der zentrale Vorteil. Denn diese Konstruktion würde modular aufgebaut werden, also in ei-ner kurzen Zeit und in nur wenigen Schritten. Dies würde den Aufbau in den Bergen enorm erleichtern, da sich der Transport der Komponente und die Arbeiten auf dem Berg deutlich verkürzen würden.

Hochwertige Komponente

Durch die qualitativ hochwertigen Komponenten, würden sich die Wartungsintervalle der Anlage verlängern. Hier wird viel Wert auf Einfachheit gelegt, sodass die Anlage nach dem Prinzip „Plug&Play“ in Betrieb genommen und bedient werden kann.

4.5 Nutzwertanalyse

Tabelle 2: Nutzwertanalyse Produktidee

Nutzwertana-lyse

Die Optimierungskriterien wurden anhand der Erfolgsfaktoren eines Produkts erstellt und jeweils zu den einzelnen Lösungen bewertet. Die Kriterien zeigen auf in welcher Hinsicht sich die Technologie der Windkraftanlagen noch verbessern kann und worin das Erfolgs-potential stecken könnte. Die Optimierungskriterien TO1-TO6 sind mit verschiedenen Gewichtungen hinterlegt, weil zum Beispiel der Wirkungsgrad mit dem Gewichtungsfak-tor 10 viel wichtiger ist als zum Beispiel die wartungsarme Instandhaltung mit dem Faktor 1.7. Durch die gegebenen Punkte multipliziert mit dem Gewichtungsfaktor ergeben sich dann jeweils 6 Zwischenresultate, welche am Schluss zusammen gerechnet werden. somit kann ermittelt werden, welche Lösung am effizientesten abschneidet.

Diskussion Die Nutzwertanalyse zeigt klar, dass die erste Variante mit Abstand am besten abge-schnitten hat. Durch den sehr gut bewerteten Wirkungsgrad und den einfachen Aufbau macht die erste Lösungsvariante das Rennen. Die zweite Lösungsvariante verliert mit dem komplexen Aufbau wichtige Punkte. Die dritte Lösungsvariante verliert viele Punkte mit dem Wirkungsgrad. Anhand der Nutzwertanalyse und der Auswertung wird die erste Lösungsvariante weitergeführt und ausgearbeitet.

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4.6 Konkrete Produktidee

4.6.1 Produkt

Grundlage Dadurch, dass sich die Ideen aus der Ideensuche nicht gegenseitig behindern, lassen sich die Beiden Konzepte gut zu einem Produkt vereinen. Da wir unser Produkt vor al-lem in den Bergen, wo das Windpotential am grössten ist, aufstellen wollen, müssen wir darauf achten, dass alle Komponenten mit dem Helikopter transportiert werden kön-nen.

Fundament Da ein Betonfundament in den Felsigen Bergen schlecht aufzustellen ist, wollen wir un-ser Fundament den Wurzeln von Bäumen nachempfinden. Diese Wurzeln sollen auch Einfluss auf den Mast nehmen, dieser soll sich im unteren Teil stärker vergrössern.

Abbildung 10: Flachwurzel19

Masten Der Mast soll eine Knochenähnliche Struktur aufweisen. Um bei den Modulen noch mehr Gewicht zu sparen, soll ein Kräfteoptimierter Gittermast im CAD mittels Fem be-rechnet werden. Durch den ganzen Mast sollen Fasern zur Verstärkung gezogen wer-den.

Abbildung 11: Knochenstruktur20

Generator Durch die Entwicklung neuartiger Technologien kommt ein viel leichterer und effiziente-rer Generator auf den Markt, den wir dann auf unsere Bedürfnisse zuschneiden.

19 http://www.moebel-selection.de/wp-content/uploads/2014/03/Flachwurzeln-frei-durch-erosion.jpg 20 http://www.marienhospital-stuttgart.de/uploads/pics/ortho_osteoporose_knochenjung_600x400_01.jpg

http://www.moebel-selection.de/wp-content/uploads/2014/03/Flachwurzeln-frei-durch-erosion.jpg

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Flügel Die Rotorblätter sollen den Effekt von Libellenflügel nutzen. Somit kann der Flügel viel leichter hergestellt werden. Weiter erhoffen wir mit dem neuen Flügelprofil, dass wir die Kräfte auf den Masten deutlich reduzieren können.

Abbildung 12: Libellenflügel21

Montage Daher, dass unsere Windräder in den Bergen aufgestellt werden sollen, müssen alle Teile mit dem Helikopter transportiert werden. Um dies so einfach wie möglich zu ge-stalten, soll unsere Windkraftanlage im Lego-Prinzip aufgebaut sein und mit möglichst wenigen Schrauben auskommen.

4.6.2 Markt

Grundmarkt Um uns eine Grundlage zu schaffen, zielen wir am Anfang auf Unternehmen die bereits Windkraftanalgen in der Schweiz betreiben. Ziel soll es sein, dass solche Unternehmen Windparks in den Regionen wo viel Windpotential herrscht solche Anlagen betreiben. Diese sollen dann quasi den Anstoss für grössere Energiekonzerne sein.

Zielmarkt Da die Energiekonzerne die viel Atomstrom produzieren in Zukunft eine grosse Lücke schliessen müssen, sind diese unser Zielgebiet. Es soll uns durch unser neues Produkt gelingen, diesen Konzernen zu zeigen, dass wir mit unserm Produkt das Windkraftpo-tential in der Schweiz optimal nutzen können. Somit wird es für sie erstmals interessant dieses Potential wirtschaftlich und effizient zu nutzen.

4.6.3 Chancen und Risiken

Chancen Mit unserem Produkt haben wir die Chance erstmals das Windpotential der Schweiz ef-fizient zu nutzen. Es soll dazu beitragen die Energiestrategie 2025 umzusetzen und so-mit eine Schweiz ohne „dreckigen“ Strom zu schaffen. Zudem bringen wir mit unseren Ideen viele Innovationen auf den Markt, die auch die grösseren Konzerne interessieren könnten.

Risiken Risiken bestehen darin, dass kein solch leichter und effizienter Generator entwickelt/er-funden wird. Unsere Idee baut aber auf diesem auf, sonst können wir nur eine kleinere ineffizientere Windkraftanlage bauen, die so auf dem Markt nicht gefragt ist. Weiter könnte unsere Anlage am Schluss zu teuer werden und die Strategie mit den kleineren Einstiegsfirmen würde nicht funktionieren.

21 http://www.natur-portrait.de/images/upload/orig/JzqjXr.jpg

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5.1 Entwicklung Produktkonzept

5.1.1 Funktionsstrukturanalyse

Funktions-struktur

Abbildung 13: Funktionsstruktur

Hauptfunktion Unsere Windkraftanlage hat die drei Hauptfunktionen, Strom erzeugen, Stabilitätsfunk-tion und die Transportfunktion. „Strom erzeugen“ unterteilt sich weiter in die zwei Teil-aspekte, die Windkraft zu nutzen und den Strom zu transportieren. Die Windkraft soll einerseits in den Bergen genutzt werden können und um diese effektiv zu nutzen, muss sich die gesamte Anlage immer nach dem Wind ausrichten. Um den Strom zu transpor-tieren besitzt die Anlage ein modernes inneres Leitungssystem.

Die Stabilitätsfunktion soll daher generiert werden, dass der Masten mittels einer stabi-len Masten-Struktur aufgebaut ist. Auch die spezielle, neuartige Struktur der Rotorblät-ter sorgt für mehr Stabilität bei starkem Wind. Zudem muss die Anlage komplett Wetter-beständig sein.

Transportfunt-kion

Die Transportfunktion beinhaltet, dass die Anlage aus einzelnen Modulen aufgebaut ist und so mittels eines Helikopters aufgebaut werden kann. Sie enthält unter anderem auch den Aspekt Leichtbau, da dieser den Transport massiv beeinflusst. Mit Alumi-nium-Schäumen und der „Timber-Tower“-Bauweise sollte sich einiges an Gewicht ein-sparen lassen.

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5.1.2 Morphologischer Kasten

Morphologischer Kasten

Abbildung 14: Morphologischer Kasten

Konzept 1 (blau)

Bei diesem Konzept handelt es sich um eine kleinere aber sehr Innovative Auslegung unserer Idee. Der um die 40m hohe Mast soll aus leichtem Aluschaum Bestehen der mit einem Fundament, das in den Fels verankert wird gehalten werden. Der Generator soll mit einem hydrostatischem Antrieb am Boden platziert werde. Dies um eine mög-lichst Schlanke Auslegung aller Bauteile zu ermöglichen. Die Rotoren soll aus Carbon hergestellt werden. Sie sollen sich zudem wie Libellenflügel verhalten und so eine Selbstregulation der Windkraftanlage sicherstellen.

Konzept 2 (rot)

Das Konzept 2 richtet sich nach einer möglichst grossen und effizienten Windkraftan-lage. Ein Fundament, das durch Felsanker, welche sozusagen wie Wurzeln angeordnet werden, soll eine stabile Unterlage für die Windkraftanlage entstehen. Der Mast soll aus mit Aluschaum vorgefertigten Elementen bestehen, die durch Dyneema-Seile durch den ganzen Mast zusammen gezogen werden. Der Generator ist Modular aufge-baut, um das Gewicht pro Teil zu reduzieren. Um die Montage zu erleichtern, sollen grosszügige Führungen angebracht werden. Die Abmasse von 70m Rotordurchmesser und 80m Masthöhe sind Richtwerte.

Konzept 3 (grün)

Das Konzept legt den Schwerpunkt auf die Errichtbarkeit einer effizienten Windkraftan-lage in Bergregionen. Da die Elemente am besten mit einem Helikopter an solch schwierig zu erreichende Regionen gelangen, muss ein Augenmerk auf das Gewicht der einzelnen Elemente gelegt werden. Ein Fundament, welches Oberflächenwurzeln von Bäumen gleicht, soll den soliden Halt auch in Felsigen Geländen garantieren. Der aus Holzelementen bestehende Timbertower bietet die Möglichkeit, sich mit einzelnen Holzelementen in die Höhe zu arbeiten. Die Installation des Generators soll bei diesem Konzept auch keine Probleme bereiten, da sich dieser am Boden befinden soll. Man benötigt also keine weiteren riskanten Helikopterflugstunden um den Generator zu montieren. Die Rotoren sollen sich am Leichtbau der Libellenflügel orientieren. Eine Wabenstruktur, wie sie bereits im Flugzeugbau eingesetzt wird, soll zur nötigen Stabili-tät verhelfen. Der Rotordurchmesser wird aufgrund der erhöhten Windgeschwindigkei-ten in den Bergregionen auf 50m festgelegt. Dadurch ergibt sich auch die Höhe des Masten von rund 60 Metern.

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5.1.3 Nutzwertanalyse

Nutzwertana-lyse

Tabelle 3: Nutzwertanaylse zu den in Punkt 5.1.2 beschriebenen Konzepten

Die Optimierungskriterien, wurden wie in der ersten Nutzwertanalyse, im Zusammen-hang mit den Erfolgsfaktoren der Potentialfindung gewählt.

Konzeptwahl Das Lösungskonzept 3 wurde als beste Variante ermittelt. Dies vorallem aufgrund der niedrigeren Kosten, da der Timbertower schon besteht und dadurch keine Entwick-lungskosten anfallen. Durch die Kompromisse, die bei diesem Konzept gemacht wur-den, sind auch die restlichen Kriterien sehr gut erfüllt.

Verweis Das Konzept selber ist unter dem Punkt 5.1.2 zu finden. Eine detailliertere Beschrei-bung des Konzepts ist im Anforderungskatalog ausgeführt, diesen finden Sie im An-hang.

Skizze

Abbildung 15: Skizze Produktkonzept

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5.1.4 Fema

FEMA

Tabelle 4: Fema-Analyse

Auswertung FMEA Die FMEA hat ergeben, dass die Potentiellen Fehler keine allzu grossen Gefahren bieten. Die meisten dieser Potentiellen Fehler haben bereits eine geringe Wahrscheinlichkeit des Auftretens. Falls einer der Gewählten potentiellen Fehler jedoch auftreten würde, hätte dies schlimme Konsequenzen für die Windkraftanlage. Die meisten Fehler führen zum Totalausfall der Anlage. Mit ausreichenden Tests vor Inbetriebnahme der Anlage, können die Fehler jedoch entdeckt werden, bevor sie schlimme Konsequenzen mit sich tragen. Das Grösste Risiko liegt bei dem „Libellen-rotor mit Wabenstruktur“, da dieser eine komplette Neuentwicklung sein soll. Da bisher noch keine Berechnungen stattgefunden haben, kann es sein, dass das Konzept dieser Rotoren den Anforderungen nicht standhält. Aus der Auswertung der FMEA zeigt sich, dass es wichtig ist, die einzelnen Elemente aufeinander abzustimmen und gut zu prüfen. Jegliche Risiken sind zu verhindern, indem man die Elemente auf Risiken testet und an die Einsatzbedingungen anpasst.

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5.2 Entwicklung Geschäftsplanung

SWOT-

Analyse

Vorteile Nachteile

Stärken

- wenig Gewicht

- sehr stabil

- modularer Aufbau

Schwächen

- Angewiesen auf neuen Generator

- Anlage noch nicht getestet (neuar-tiger Rotorblatt/ Generator-Zusam-menspiel)

Chancen

- Aufbau in neuem Gebiet

- effektivere Windnutzung

- Verbesserung bestehender Anlagen

Gefahren

- zu wenige Kunden

- Wirkungsgrad zu niedrig

- zu wenig effizient

- keine Akzeptanz der Gesellschaft

- zu teuer

Auswertung SWOT Chancen Risiken

Stärken Mit dem Modularen Aufbau und dem Leichtbau können wir unsere Anlagen in neuen Gebieten auf-stellen und so einen neuen Markt schaf-fen.

Windstabile Rotoren generieren eine effek-tivere Windnutzung.

Verschiedene Teile wie Rotoren, Mast und Generator kön-nen auch einzeln, zur Verbesserung von bestehenden Anlagen genutzt wer-den.

Schwächen Es könnte sein, dass kein neuer und leich-terer Generator entwi-ckelt wird. Das hat zur Folge, dass un-sere Anlage nicht mit-tels Helikopter auf Bergen aufgestellt werden kann.

Durch die Schwäche, dass die Anlage auf den neuen Genera-tor angewiesen ist, besteht das Risiko, dass der Wirkungs-grad und die Effizi-enz zu niedrig sind. Die Anlage würde sich nicht im Gebirge aufstellen lassen und so mit weniger Kun-den mit dem Konzept erreichen.

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5.2.1 Canvas

Abbildung 16: Canvas

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Schlussfolgerungen, Ausblicke und Empfehlung


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6 Schlussfolgerungen, Ausblicke und Empfehlung

Ergebnisse Das Entwicklungsteam ist mit dem erarbeiteten Projekt zufrieden und sieht eine Weiter-führung ihres Projektes als gut möglich. Verschiedenste Faktoren wurden optimiert und verbessert, um eine Steigerung der Effektivität der bisherigen Windkraftanlagen zu er-reichen.

Bewertung Dank der einfachen modularen Bauweise, dem hohen Wirkungsgrad und dem leichten Generator schätzt das Entwicklungsteam ihre Arbeit als sehr gut und gelungen ein. Um exaktere Messwerte zu erreichen müsste die Windkraftanlage modelliert und von Messprogrammen überprüft werden.

Probleme/ Of-fene Punkte

Es müsste noch darauf geachtet werden, wie die Windkraftanlagen genau im Boden verankert werden. Aufgrund der verschiedenen Bodenbeschaffenheiten wird es grosse Unterschiede geben.

Weiterfüh-rende Fragen

Es sind noch keine Messwerte bekannt, wie sich die neuen Windkraftanlagen in der Realität anstellen würden. Eine grosse Frage ist auch, wie die Bevölkerung auf die neuen Windkraftanlagen reagieren würde und ob sich die Politik stärker für die Energie-wende einsetzen wird oder nicht. Ein grosser Vorteil wäre es, wenn der Wirkungsgrad massiv ansteigen würde, damit weniger Windkraftanlagen gebraucht werden, die Politi-ker den Sinn hinter der ganzen Sache sehen und die Bevölkerung die Windkraftanla-gen schneller akzeptieren würden.

Empfehlungen Wir empfehlen unseren ersten Lösungsvorschlag, weil er sehr einfach aufgebaut ist, ei-nen höheren Wirkungsgrad erzielt als die bisherigen Windkraftanlagen, sehr wartungs-arm ist und durch den Leichtbau einige Kräfte minimiert werden können. Unsere Wind-kraftanlage erzielt ein gutes Preis/Leistungs-Verhältnis und passt sich gut an das um-gebende Landschaftsbild an.

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Literatur und Quellenverzeichnis


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7 Literatur und Quellenverzeichnis

Herkunft der Vorlage

Das Dokument wurde auf der Basis einer Vorlage für Technische Berichte erstellt. Die Vorlage ist ein Element des „Werkzeugkastens Technische Berichte“ der Hochschule für Technik Rapperswil. Sie orientiert sich an Prinzipien des Strukturierten Schreibens.

Quellen Alle Quellen wurden zuletzt am 27.05.2015 geprüft.

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Erklärung zur Urheberschaft


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8 Erklärung zur Urheberschaft

Erklärung Wir erklären hiermit, dass wir die vorliegende Arbeit ohne Hilfe Dritter angefertigt haben. Wir haben nur die Hilfsmittel benutzt, die wir angegeben haben. Gedanken, die wir aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommen haben, sind kenntlich gemacht. Die Ar-beit wurde bisher keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt und auch noch nicht veröf-fentlicht.

Ort/Datum Rapperswil, 28.05.2015

Unterschrift

N. Anderer

D. Glaus

I. Simon

D. Meier

D. Müntener

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Anhang


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Anhang

I Aufgabenstellung

II Pflichtenheft

Documents

PowerTower15 - Hochschule für Technik Rapperswil · PowerTower15 Einleitung Autoren: N. Anderer, D. Glaus, I. Simon, D. Meier, D. Müntener Version: 1.0 Seite 5/30 HSR / Gruppe U14A