Diplomarbeit (abgeschlossen)

Sven Zimmermann

Bauingenieurwesen

Statistische Analyse des mittleren Windfeldes an einer Windenergieanlage auf der Grundlage von Windmessdaten

Die Abschätzung der technischen Lebensdauer bzw. Restlebensdauer einer ausgesuchten WEA setzt die Kenntnis von ermüdungsrelevanten Einwirkungen voraus. Neben den Belastungen durch Start oder Stopvorgänge und Starkwindereignissen sind vor allem auch die Betriebswindlasten von Bedeutung.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen die Windfelder, bei denen die Betriebswindlasten auftreten untersucht ausgewertet und analysiert werden. Als Datengrundlage stehen Windmessdaten zur Verfügung, welche mit Hilfe eines Ultraschallanemometers in ca. 13 m und eines Schalenkreuzanemometers in ca. 67 m über dem Boden gemessene werden. Mit dem Ultraschallanemometer werden im Einzelnen die horizontale und vertikale Windgeschwindigkeit, die Windrichtung und die Temperatur bei einer Abtastfrequenz von 50 Hz kontinuierlich aufgezeichnet.
Zudem liegen Messdaten der horizontalen Windgeschwindigkeiten etwas oberhalb der Nabenhöhe auf ca. 67 m vor, welche mit einer Abtastfrequenz von 100 Hz abgegriffen und aufgezeichnet werden.


Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen folgende Punkte bearbeitet werden:


Statistische Beschreibung der Windmessdaten: Die zur Verfügung gestellten Windmessdaten sollen zunächst sektorweise in Blöcke geeigneter Länge (z.B. 10-Minuten) unterteilt und anschließend statistisch ausgewertet werden (u. a. Stationarität, Mittelwert, Standardabweichung, Varianz, Korrelation, Spektralanalyse).

Anpassen des mittleren Windprofils: Auf Grundlage der Windmessdaten sollen je Sektor (12 Sektoren) ein mittleres Windprofil ermittelt und mit den Profilangeban der Normen verglichen werden.

Ermittlung der Integrallängenmaße der Turbulenz: Auf Grundlage der Windmessdaten sollen die integralen Längenmaße der Turbulenz sektorweise mit Hilfe unterschiedlicher Methoden ermittelt und verglichen werden.

Exemplarisch sind auf Grundlage der Windmessdaten bestimmte Sturmereignisse (Gewittersturm bzw. Tiefdrucksturm) zu identifizieren und deren Charakteristiken zu beschreiben. Zum Auffinden geeigneter Sturmereignisse steht ein Webinterface zur Verfügung, über welches die Aufgezeichneten Messdaten in reduzierten Form parallel visualisiert werden können.

Es ist eine sorgfältige Literaturrecherche vorzunehmen, u.a. ist der Einfluss der Thermik auf die Turbulenzstruktur zu beschreiben