Rechenmodelle und Informationssysteme zur Integration großer Windleistungen in die elektrische Energieversorgung

In dieser Arbeit werden verschiedene Computermodelle, Rechenverfahren und Methoden zur Unterstützung bei der Integration großer Windleistungen in die elektrische Energieversorgung entwickelt. Das Rechenmodell zur Simulation der zeitgleich eingespeisten Windenergie erzeugt Summenganglinien von beliebig zusammengestellten Gruppen von Windenergieanlagen, basierend auf gemessenen Wind- und Leistungsdaten der nahen Vergangenheit. Dieses Modell liefert wichtige Basisdaten für die Analyse der Windenergieeinspeisung auch für zukünftige Szenarien. Für die Untersuchung der Auswirkungen von Windenergieeinspeisungen großräumiger Anlagenverbünde im Gigawattbereich werden verschiedene statistische Analysen und anschauliche Darstellungen erarbeitet. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Modell zur Berechnung der aktuell eingespeisten Windenergie aus online gemessenen Leistungsdaten repräsentativer Windparks liefert wertvolle Informationen für die Leistungs- und Frequenzregelung der Netzbetreiber. Die zugehörigen Verfahren zur Ermittlung der repräsentativen Standorte und zur Überprüfung der Repräsentativität bilden die Grundlage für eine genaue Abbildung der Windenergieeinspeisung für größere Versorgungsgebiete, basierend auf nur wenigen Leistungsmessungen an Windparks. Ein weiteres wertvolles Werkzeug für die optimale Einbindung der Windenergie in die elektrische Energieversorgung bilden die Prognosemodelle, die die kurz- bis mittelfristig zu erwartende Windenergieeinspeisung ermitteln. In dieser Arbeit werden, aufbauend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten, zwei, auf Künstlich Neuronalen Netzen basierende Modelle vorgestellt, die den zeitlichen Verlauf der zu erwarten Windenergie für Netzregionen und Regelzonen mit Hilfe von gemessenen Leistungsdaten oder prognostizierten meteorologischen Parametern zur Verfügung stellen. Die softwaretechnische Zusammenfassung des Modells zur Berechnung der aktuell eingespeisten Windenergie und der Modelle für die Kurzzeit- und Folgetagsprognose bietet eine attraktive Komplettlösung für die Einbindung der Windenergie in die Leitwarten der Netzbetreiber. Die dabei entwickelten Schnittstellen und die modulare Struktur des Programms ermöglichen eine einfache und schnelle Implementierung in beliebige Systemumgebungen. Basierend auf der Leistungsfähigkeit der Online- und Prognosemodelle werden Betriebsführungsstrategien für zu Clustern im Gigawattbereich zusammengefasste Windparks behandelt, die eine nach ökologischen und betriebswirtschaftlichen Gesichtspunkten sowie nach Aspekten der Versorgungssicherheit optimale Einbindung der geplanten Offshore-Windparks ermöglichen sollen.

Polarisation von Licht im Physikunterricht : ein Elementarisierungsansatz zur Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtskonzept für die gymnasiale Oberstufe beschrieben, das anhand der Polarisationseigenschaft des Lichts von der Beobachtung ausgehend einen Zugang zur Quantenphysik ermöglicht. Die Unterrichtsinhalte bauen so aufeinander auf, dass ein "harter Bruch" zwischen der klassischen und der quantenphysikalischen Beschreibung von Licht vermieden wird. Das methodische Vorgehen des Unterrichtskonzeptes führt vom Phänomen ausgehend zu quantitativen Experimenten hin zu einer Einführung in quantenphysikalische Begriffe und Prinzipien. Dabei bildet der elektrische Feldvektor die Verknüpfung zwischen der klassischen und der quantenphysi-kalischen Beschreibung der Polarisationsexperimente, in dem er zunächst die Polarisationsexperimente beschreibt und im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges als Wahrscheinlichkeitsamplitude gedeutet wird. Die Polarisation von Licht wird zu Beginn des Unterrichtsganges im Rahmen eines fächerübergreifenden Kontextes eingeführt, wobei die Navigation der Insekten nach dem polarisierten Himmelslicht als Einstieg dient. Die Erzeugung und die Eigen-schaften von polarisiertem Licht werden anhand von einfachen qualitativen Schüler- und Demonstrationsexperimenten mit Polarisationsfolien erarbeitet. Das Polarisationsphänomen der Haidinger-Büschel, das bei der Beobachtung von polarisiertem Licht wahrgenommen werden kann, ermöglicht eine Anbindung an das eigene Erleben der Schülerinnen und Schüler. Zur Erklärung dieser Experimente auf der Modellebene wird der elektrische Feldvektor und dessen Komponentenzerlegung benutzt. Im weiteren Verlauf des Unterrichtsganges wird die Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors für eine quantitative Beschreibung der Polarisationsexperimente wieder aufgegriffen. In Experimenten mit Polarisationsfiltern wird durch Intensitätsmessungen das Malussche Gesetz und der quadratische Zusammenhang zwischen Intensität und elektrischem Feldvektor erarbeitet. Als Abschluss der klassischen Polarisationsexperimente wird das Verhalten von polarisiertem Licht bei Überlagerung in einem Michelson-Interferometer untersucht. Das in Abhängigkeit der Polarisationsrichtungen entstehende Interferenzmuster wird wiederum mit Hilfe der Komponentenzerlegung des elektrischen Feldvektors beschrieben und führt zum Superpositionsprinzip der elektrischen Feldvektoren. Beim Übergang zur Quantenphysik werden die bereits durchgeführten Polarisationsexperimente als Gedankenexperimente in der Photonenvorstellung gedeutet. Zur Beschreibung der Polarisation von Photonen wird der Begriff des Zustandes eingeführt, der durch die Wechselwirkung der Photonen mit dem Polarisationsfilter erzeugt wird. Das Malussche Gesetz wird in der Teilchenvorstellung wieder aufgegriffen und führt mit Hilfe der statistischen Deutung zum Begriff der Wahrscheinlichkeit. Bei der Beschreibung von Interferenzexperimenten mit einzelnen Photonen wird die Notwendigkeit eines Analogons zum elektrischen Feldvektor deutlich. Diese Betrachtungen führen zum Begriff der Wahrscheinlichkeitsamplitude und zum Superpositionsprinzip der Wahrscheinlichkeitsamplituden. Zum Abschluss des Unterrichtsganges wird anhand des Lokalisationsproblems einzelner Photonen das Fundamentalprinzip der Quantenphysik erarbeitet.

A Study of a Comprehensive Career Services System in Chinese Universities

Since 1999, with the adoption of expansion policy in higher education by the Chinese government, enrollment and graduate numbers have been increasing at an unprecedented speed. Accustomed to a system in which university graduates were placed, many students are not trained in “selling themselves”, which exacerbates the situation leading to a skyrocketing unemployment rate among new graduates. The idea of emphasizing career services comes with increasing employment pressure among university graduates in recent years. The 1998 “Higher Education Act” made it a legislative requirement. Thereafter, the Ministry of Education issued a series of documents in order to promote the development of career services. All higher education institutions are required to set up special career service centers and to set a ratio of 1:500 between career staff and the total number of students. Related career management courses, especially career planning classes, are required to be clearly included as specific modules into the teaching plan with a requirement of no less than 38 sessions in one semester at all universities. Developing career services in higher education has thus become a hot issue. One of the more notable trends in higher education in recent years has been the transformation of university career service centers from merely being the coordinators of on-campus placement into full service centers for international career development. The traditional core of career services in higher education had been built around guidance, information and placements (Watts, 1997). This core was still in place, but the role of higher education career services has changed considerably in recent years and the nature of each part is being transformed (Watts, 1997). Most services are undertaking a range of additional activities, and the career guidance issue is emphasized much more than before. Career management courses, especially career planning classes, are given special focus in developing career services in the Chinese case. This links career services clearly and directly with the course provision function. In China, most career service centers are engaging in the transformation period from a “management-oriented” organization to a “service-oriented” organization. Besides guidance services, information services and placement activities, there is a need to blend them together with the new additional teaching function, which follows the general trend as regulated by the government. The role of career services has been expanding and this has brought more challenges to its development in Chinese higher education. Chinese universities still remain in the period of exploration and establishment in developing their own career services. In the face of the new situation, it is very important and meaningful to explore and establish a comprehensive career services system to address student needs in the universities. A key part in developing this system is the introduction of career courses and delivering related career management skills to the students. So there is the need to restructure the career service sectors within the Chinese universities in general. The career service centers will operate as a hub and function as a spoke in the wheel of this model system, providing support and information to staff located in individual teaching departments who are responsible for the delivery of career education, information, advice and guidance. The career service centers will also provide training and career planning classes. The purpose of establishing a comprehensive career services system is to provide a strong base for student career development. The students can prepare themselves well in psychology, ideology and ability before employment with the assistance of effective career services. To conclude, according to the different characteristics and needs of students, there will be appropriate services and guidance in different stages and different ways. In other words, related career services and career guidance activities would be started for newly enrolled freshmen and continue throughout their whole university process. For the operation of a comprehensive services system, there is a need for strong support by the government in the form of macro-control and policy guarantee, but support by the government in the form of macro-control and policy guarantee, but also a need for close cooperation with the academic administration and faculties to be actively involved in career planning and employment programs. As an integral function within the universities, career services must develop and maintain productive relationships with relevant campus offices and key stakeholders both within the universities and externally.