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Wahrscheinlichkeitsmodellierung von Umgebungsbedingungen in der Auslegung von schwimmenden Windenergieanlagen

Titel: Wahrscheinlichkeitsmodellierung von Umgebungsbedingungen in der Auslegung von schwimmenden Windenergieanlagen
Typ:
  • Masterarbeit
Betreuer:
Status: offen

Hintergrund

Die Ermittlung von relevanten Umgebungsbedingungen ist ein wichtiger Schritt im Auslegungsprozess von schwimmenden Windenergieanlagen: Die Beschreibung von Auftretenswahrscheinlichkeiten verschiedener Grüßen der Umgebung (z.B. Windgeschwindigkeit, Wellenhöhe) ist der entscheidende Schritt zur Definition der Auslegungsgrößen für Berechnungen von Extrem- und Ermüdungslasten. Dies wird typischerweise mit sogenannten „Joint probability models“ durchgeführt, welche Kernbestandteil dieser Arbeit sind.
In der Vergangenheit wurden hierfür unterschiedliche Modelle vorgestellt mit variierender Modelltiefe. Am SWE wird kontinuierlich mit diesen Modellen gearbeitet. Ein Tool zur Evaluierung liegt vor, vergangene Arbeiten beschäftigten sich mit der Implementierung unterschiedlicher Modelle und auch der Ermittlung der Modellierungsgüte. Eine offene Frage bleibt die Ermittlung der Konvergenz (i.e. Anzahl benötigter Messwerte, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen) in Abhängigkeit verschiedener Modelle und Umgebungsbedingungen.

Problemstellung

In dieser Arbeit soll daher der Fokus auf der Quantifizierung der Unsicherheit und Qualität eines gegebenen Umgebungsmodells liegen. Im Detail sollen die bisher implementierten Rosenblatt und Nataf Modelle auf verschiedene, reale Messwerte aus dem NOAA Bojennetzwerk angewendet werden. Hierbei wird für verschiedene Anzahlen von Messpunkten und Umgebungsbedingungen die resultierenden Extremwerte und Modellierungsgüte ermittelt. Auf Basis der Erkenntnisse kann eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden. Eine optionale Erweiterung ist die Evaluierung der gesamten Wahrscheinlichkeitsverteilung an Stelle der Extremwerte, was für die Untersuchung von Ermüdungslasten relevant ist.

Aufgabe

  • Literaturstudie, Einarbeitung, Konzeption
  • Implementierung vorheriger Arbeiten (Modelle, Modellierungsgüte) in einer Umgebung um eine Konvergenzstudie zu ermöglichen
  • Anwendung der Modelle auf unterschiedliche Standorte, Konvergenzstudie
  • Dokumentation und Präsentation

Anforderung

Kenntnisse in MATLAB sowie selbstständiges Arbeiten werden vorausgesetzt. Kenntnisse in Windenergie und ein Interesse an theoretischem Arbeiten (Datenanalyse, Wahrscheinlichkeitsmodellierung) mit Bezug auf Site-Assessment ist erforderlich.

Dauer: ca. 6 Months Start: Fall 2017
Sprache: German or English

Literatur:
P. Agarwal et al - The Influence of the Joint Wind-Wave Environment on Offshore Wind Turbine Support Structure Loads, Puneet Agarwal and Lance Manuel, Journal of Solar Energy Engineering, 2008
Figure 1 – Environmental contours derived with the SWE inhouse tool.

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