Entwicklung eines Windleistungprognosemodells zur Verbesserung der Kraftwerkseinsatzplanung

Die Maßnahmen zur Förderung der Windenergie in Deutschland haben wichtige Anstöße zur technologischen Weiterentwicklung geliefert und die Grundlagen für den enormen Anlagenzubau geschaffen. Die installierte Windleistung hat heute eine beachtliche Größenordnung erreicht und ein weiteres Wachstum in ähnlichen Dimensionen ist auch für die nächsten Jahre zu erwarten. Die aus Wind erzeugte elektrische Leistung deckt bereits heute in einigen Netzbereichen die Netzlast zu Schwachlastzeiten. Dies zeigt, dass die Windenergie ein nicht mehr zu vernachlässigender Faktor in der elektrischen Energieversorgung geworden ist. Im Rahmen der Kraftwerkseinsatzplanung sind Betrag und Verlauf der Windleistung des folgenden Tages mittlerweile zu wichtigen und zugleich schwierig zu bestimmenden Variablen geworden. Starke Schwankungen und falsche Prognosen der Windstromeinspeisung verursachen zusätzlichen Bedarf an Regel- und Ausgleichsleistung durch die Systemführung. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Prognosemodell liefert die zu erwartenden Windleistungen an 16 repräsentativen Windparks bzw. Gruppen von Windparks für bis zu 48 Stunden im Voraus. Aufgrund von prognostizierten Wetterdaten des deutschen Wetterdienstes (DWD) werden die Leistungen der einzelnen Windparks mit Hilfe von künstlichen neuronalen Netzen (KNN) berechnet. Diese Methode hat gegenüber physikalischen Verfahren den Vorteil, dass der komplexe Zusammenhang zwischen Wettergeschehen und Windparkleistung nicht aufwendig analysiert und detailliert mathematisch beschrieben werden muss, sondern anhand von Daten aus der Vergangenheit von den KNN gelernt wird. Das Prognosemodell besteht aus zwei Modulen. Mit dem ersten wird, basierend auf den meteorologischen Vorhersagen des DWD, eine Prognose für den Folgetag erstellt. Das zweite Modul bezieht die online gemessenen Leistungsdaten der repräsentativen Windparks mit ein, um die ursprüngliche Folgetagsprognose zu verbessern und eine sehr genaue Kurzzeitprognose für die nächsten drei bis sechs Stunden zu berechnen. Mit den Ergebnissen der Prognosemodule für die repräsentativen Standorte wird dann über ein Transformationsmodell, dem so genannten Online-Modell, die Gesamteinspeisung in einem größeren Gebiet berechnet. Das Prognoseverfahren hat seine besonderen Vorzüge in der Genauigkeit, den geringen Rechenzeiten und den niedrigen Betriebskosten, da durch die Verwendung des bereits implementierten Online-Modells nur eine geringe Anzahl von Vorhersage- und Messstandorten benötigt wird. Das hier vorgestellte Prognosemodell wurde ursprünglich für die E.ON-Netz GmbH entwickelt und optimiert und ist dort seit Juli 2001 im Einsatz. Es lässt sich jedoch auch leicht an andere Gebiete anpassen. Benötigt werden dazu nur die Messdaten der Leistung ausgewählter repräsentativer Windparks sowie die dazu gehörenden Wettervorhersagen, um die KNN entsprechend zu trainieren.

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.

Dieselmotor-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im Kontext der Integration Erneuerbarer Energien in die Energieversorgung

In dieser Arbeit werden die sich abzeichnenden zukünftigen Möglichkeiten, Stärken und Schwächen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) untersucht. Dies geschieht vor dem Hintergrund des Klimawandels, der Integration steigender Anteile Erneuerbarer Energien in die Stromerzeugung und unter Berücksichtigung der sich damit ergebenden Herausforderungen, eine sichere und nachhaltige Stromversorgung zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Dieselmotor-KWK und der Nutzung nachwachsender Kraftstoffe. Es wird davon ausgegangen, dass der Übergang zu einer reinen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energiequellen in Deutschland unter erheblicher Einbindung des hohen Potentials der kostengünstigen, umweltfreundlichen, aber in der Leistung extrem fluktuierenden Windenergie erfolgen wird. Als dezentrales Integrationswerkzeug wurde die Kraft-Wärme-Kopplung mit Dieselmotoren untersucht. Sie entspricht aufgrund ihrer großen Flexibilität und ihrer hohen Wirkungsgrade mit vergleichsweise kleinen Leistungen sehr gut den Anforderungen der gleichzeitigen dezentralen Wärmenutzung. In der Dissertation werden die Randbedingungen der Dieselmotor-KWK untersucht und beschrieben. Darauf aufbauend werden unterschiedliche Modelle der Windintegration durch KWK erarbeitet und in diversen Variationen wird der Ausgleich der Stromerzeugung aus Windenergie durch KWK simuliert. Darüber hinaus werden dezentrale KWK-Anlagen hinsichtlich eines koordinierten gemeinsamen Betriebs und hinsichtlich der optimalen Auslegung für den Windenergieausgleich betrachtet. Es wird für den beschriebenen Kontext der Erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärme-Kopplung das Thema „Umweltwirkungen“ diskutiert. Es wird dargelegt, dass die heute verwendeten Ansätze zur Bewertung der KWK zu einer Verzerrung der Ergebnisse führen. Demgegenüber wurde mit der so genannten Outputmethode eine Methode der Ökobilanzierung vorgestellt, die, im Gegensatz zu den anderen Methoden, keine verzerrenden Annahmen in die Wirkungsabschätzung aufnimmt und somit eine eindeutige und rein wissenschaftliche Auswertung bleibt. Hiermit ist die Grundlage für die Bewertung der unterschiedlichen Technologien und Szenarien sowie für die Einordnung der KWK in den Kontext der Energieerzeugung gegeben. Mit der Outputmethode wird u.a. rechnerisch bewiesen, dass die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen tatsächlich die optimale Nutzung der regenerativen Kraftstoffe „Biogas“ und „Pflanzenöl“ im Hinblick auf Ressourceneinsatz, Treibhausgaseinsparung und Exergieerzeugung ist. Es wurde darüber hinaus die Frage untersucht woher die für die Stromerzeugung durch Dieselmotor-KWK-Anlagen notwendige Bioenergie genommen werden kann. Es ist erwiesen, dass die in Deutschland nutzbare landwirtschaftliche Fläche nur zur Deckung eines Teils der Stromerzeugung ausreichen würde. Einheimisches Biogas und nachhaltiges importiertes Pflanzenöl, das in hohem Maße auf degradierten Böden angebaut werden sollte, können die notwendige Brennstoffenergie liefern. Um im Ausland ausreichend Pflanzenöl herstellen zu können, wird eine landwirtschaftliche Fläche von 6 bis 12 Mio. ha benötigt. Das Ergebnis ist, dass ein voller Ausgleich von Windenergie-Restlast durch KWK mit Erneuerbaren Energieträgern sinnvoll und machbar ist! Dieses Wind-KWK-DSM-System sollte durch ein Stromnetz ergänzt sein, das Wasserkraftstrom für den Großteil der Regelenergieaufgaben nutzt, und das den großräumigen Ausgleich Erneuerbarer Energien in Europa und den Nachbarregionen ermöglicht.

Einsatz von rückgekoppelten mehrstufigen selbstorganisierenden Karten in der Windenergie Leistungsprognose

In dieser Arbeit wird ein Verfahren zum Einsatz neuronaler Netzwerke vorgestellt, das auf iterative Weise Klassifikation und Prognoseschritte mit dem Ziel kombiniert, bessere Ergebnisse der Prognose im Vergleich zu einer einmaligen hintereinander Ausführung dieser Schritte zu erreichen. Dieses Verfahren wird am Beispiel der Prognose der Windstromerzeugung abhängig von der Wettersituation erörtert. Eine Verbesserung wird in diesem Rahmen mit einzelnen Ausreißern erreicht. Verschiedene Aspekte werden in drei Kapiteln diskutiert: In Kapitel 1 werden die verwendeten Daten und ihre elektronische Verarbeitung vorgestellt. Die Daten bestehen zum einen aus Windleistungshochrechnungen für die Bundesrepublik Deutschland der Jahre 2011 und 2012, welche als Transparenzanforderung des Erneuerbaren Energiegesetzes durch die Übertragungsnetzbetreiber publiziert werden müssen. Zum anderen werden Wetterprognosen, die der Deutsche Wetterdienst im Rahmen der Grundversorgung kostenlos bereitstellt, verwendet. Kapitel 2 erläutert zwei aus der Literatur bekannte Verfahren - Online- und Batchalgorithmus - zum Training einer selbstorganisierenden Karte. Aus den dargelegten Verfahrenseigenschaften begründet sich die Wahl des Batchverfahrens für die in Kapitel 3 erläuterte Methode. Das in Kapitel 3 vorgestellte Verfahren hat im modellierten operativen Einsatz den gleichen Ablauf, wie eine Klassifikation mit anschließender klassenspezifischer Prognose. Bei dem Training des Verfahrens wird allerdings iterativ vorgegangen, indem im Anschluss an das Training der klassenspezifischen Prognose ermittelt wird, zu welcher Klasse der Klassifikation ein Eingabedatum gehören sollte, um mit den vorliegenden klassenspezifischen Prognosemodellen die höchste Prognosegüte zu erzielen. Die so gewonnene Einteilung der Eingaben kann genutzt werden, um wiederum eine neue Klassifikationsstufe zu trainieren, deren Klassen eine verbesserte klassenspezifisch Prognose ermöglichen.

Localització de les zones òptimes del litoral català per la instal•lació d’un parc eòlic marí

Anàlisi territorial del litoral català mitjançant una sèrie de variables tractades amb sistemes d’informació geogràfica (recurs eòlic, perfil batimètric, zones incloses en Xarxa Natura 2000, subestacions elèctriques vora la costa) per tal de localitzar les zones òptimes d’implantació d’un parc eòlic marí

El discurso bélico en la regeneración. una genealogía del nacimiento de la policía nacional en Colombia (1886-1910)

El presente trabajo monográfico tiene como fin responder a la pregunta, ¿Cuál es el papel del discurso bélico Borbón implementado por los regeneradores en el nacimiento de la Policía Nacional?, a esta pregunta se plantea responder que, el periodo de la Regeneración en Colombia al retomar el discurso bélico, la política como continuación de la guerra por otros medios implementado por los borbones en la Nueva Granada, permitió una gubernamentalización del Estado que generó la emergencia del dispositivo de policía, como medio para mantener el orden público al interior de la República.

Perfil logístico de Portugal

El presente documento ofrece un estudio del perfil logístico de Portugal, abarcando diferentes aspectos que afectan la competitividad y el desempeño de la cadena logística de un país, con la finalidad de conocer a uno de los socios comerciales con los cuáles Colombia se encuentra negociando, en este caso Portugal, uno de los 28 países que hace parte del reciente tratado de libre comercio aprobado con la Unión Europea, es preciso estudiar las ventajas competitivas que poseen dichos socios, a las cuales el país se enfrenta en un mundo globalizado. Para el desarrollo de este trabajo se determinaron a partir de un análisis competitivo del país; las principales ciudades y puertos; logrando establecer un completo panorama de la situación logística en Portugal.

Bahrain's Formula-1 racing circuit: energy and environmental considerations

The Bahrain International Circuit (BIC) and complex, at latitude 26.00N and longitude 51.54E, was built in 483 days and cost 150 million US$. The circuit consists of six different individual tracks with a 3.66 km outer track (involving 10 turns) and a 2.55 km inner track (having six turns). The complex has been designed to host a variety of other sporting activities. Fifty thousand spectators, including 10,500 in the main grandstand, can be accommodated simultaneously. State-of-the art on-site media and broadcast facilities are available. The noise level emitted from vehicles on the circuit during the Formula-1 event, on April 4th 2004, was acceptable and caused no physical disturbance to the fans in the VIP lounges or to scholars studying at the University of Bahrain's Shakeir Campus, which is only 1.5 km away from the circuit. The sound-intensity level (SIL) recorded on the balcony of the VIP lounge was 128 dB(A) and was 80 dB(A) inside the lounge. The calculated SIL immediately outside the lecture halls of the University of Bahrain was 70 dB(A) and 65 dB(A) within them. Thus racing at BIC can proceed without significantly disturbing the academic-learning process. The purchased electricity demand by the BIC complex peaked (at 4.5 MW) during the first Formula-1 event on April 4th 2004. The reverse-osmosis (RO) plant at the BIC provides 1000 m(3) of desalinated water per day for landscape irrigation. Renewable-energy inputs, (i.e., via solar and wind power), at the BIC could be harnessed to generate electricity for water desalination, air conditioning, lighting as well as for irrigation. If the covering of the BIC complex was covered by adhesively fixed modern photovoltaic cells, then similar to 1.2 MW of solar electricity could be generated. If two horizontal-axis, at 150 m height above the ground, three 75m bladed, wind turbines were to be installed at the BIC, then the output could reach 4 MW. Furthermore, if 10,000 Jojoba trees (a species renowned for having a low demand for water, needing only five irrigations per year in Bahrain and which remain green throughout the year) are planted near the circuit, then the local micro-climate would be improved with respect to human comfort as well as the local environment becoming cleaner.

Saving the planet but losing the landscape: the impact of renewable energy policies on rural Britain

The main instrument of the Government's renewable energy policy is to promote wind power through regulation and subsidy. This gives rise to anomalies in rural planning when turbines are erected in sensitve areas in which other forms of development are strictly controlled. The situation is reviewed in the context of economic viability and considered also against the alternative of growing fuel crops. The latter are currently hampered by lack of Government support but could fulfil a useful secondary role of sustaining the agricultural sector and with it the management of lowland landscapes.

How well do coupled models replicate ocean energetics relevant to ENSO?

Accurate replication of the processes associated with the energetics of the tropical ocean is necessary if coupled GCMs are to simulate the physics of ENSO correctly, including the transfer of energy from the winds to the ocean thermocline and energy dissipation during the ENSO cycle. Here, we analyze ocean energetics in coupled GCMs in terms of two integral parameters describing net energy loss in the system using the approach recently proposed by Brown and Fedorov (J Clim 23:1563–1580, 2010a) and Fedorov (J Clim 20:1108–1117, 2007). These parameters are (1) the efficiency c of the conversion of wind power into the buoyancy power that controls the rate of change of the available potential energy (APE) in the ocean and (2) the e-folding rate a that characterizes the damping of APE by turbulent diffusion and other processes. Estimating these two parameters for coupled models reveals potential deficiencies (and large differences) in how state-of-the-art coupled GCMs reproduce the ocean energetics as compared to ocean-only models and data assimilating models. The majority of the coupled models we analyzed show a lower efficiency (values of c in the range of 10–50% versus 50–60% for ocean-only simulations or reanalysis) and a relatively strong energy damping (values of a-1 in the range 0.4–1 years versus 0.9–1.2 years). These differences in the model energetics appear to reflect differences in the simulated thermal structure of the tropical ocean, the structure of ocean equatorial currents, and deficiencies in the way coupled models simulate ENSO.

Industrial IT - Att certifiera produktinformation på ABB

Detta examensarbete genomfördes på ABB Power Technologies AB i Ludvika. ABB vill överbrygga gapet mellan industri och informationsteknologi för att få de båda delarna att arbeta integrerat. ABB kallar detta koncept för Industrial IT (IIT). Ett krav från koncernledningen är att alla produkter ska vara certifierade enligt nivå 0, som är det första steget i IIT: s certifieringsprocess. Målet var att utföra en kravspecifikation på ett system som ska kunna leverera certifierad produktinformation enligt IIT-standard. Målet var även att, med kravspecifikationen som underlag, ge förslag på en lösning för att ABB ska kunna skapa och bifoga denna produktinformation till sina kunder.Det akademiska syftet var att beskriva hur man kan gå till väga för att certifiera produktinformationen enligt IIT nivå 0 på en produkt i ABB: s verksamhet. Syftet var även att öka förståelsen för IIT-konceptet.Genom hela arbetet har Gatemodellen använts. Denna projektstyrningsmodell är framtagen speciellt för informationssystem-projekt inom ABB och alla projekt som utförs inom ABB ska följa den. För att uppfylla målet med en utförd kravspecifikation har relevanta delar ur Directmodellen använts. För att få information om hur verksamheten fungerar och få insikt i problematiken har intervjuer genomförts som grundar sig på litteraturstudier.Vi föreslår att ett tidigare utgivet system vid namn Aspect Object Builder (AOB) används som grund i det här projektet. AOB: n har använts i liknande projekt inom ABB och fungerat bra. Det finns ingen standardkoppling mellan AOB: n och de system där produktinformationen finns eftersom det finns så många olika typer av filservrar, PDM- och ERP-system, där informationen lagras. Därför måste ett unikt gränssnitt göras för just detta projekt, som hjälper AOB: n att samla in data. Ett förslag till ett gränssnitt presenteras i uppsatsen.

Märkskyltprogram för mättransformatorer

Detta examensarbete utfördes på ABB Power Technologies i Ludvika med syfte att förenkla tillverkningen av märkskyltar till mättransformatorer.Tidigare utformades alla skyltar för hand i Excel utifrån data från ett beräkningsprogram. Det gjorde att det behövdes en mall för varje variant i varje språk vilket ledde till väldigt många mallar. På ABB ville man både komma ifrån mängden olika mallar och det tidskrävande handarbetet som dessutom kunde resultera i att skyltarna inte fick enhetligt utseende. Genom att göra ett program som automatiskt genererar skyltarna utifrån en standardmall med hjälp av en fil från beräkningsprogrammet sparas mycket tid och arbete. Den som utformar skylten behöver då bara lägga till några få data själv och kan välja språk direkt i programmet istället för att behöva skriva allt för hand.Resultatet av detta examensarbete blev ett program som används av ABB för att göra skyltar till nästan alla mättransformatorer.

Vindkraft i Dalarna : Från acceptans och lokalisering till planering och eftertanke

This thesis examines prerequisites for wind power diffusion in a county in Sweden that quite recently was concidered to be of interest for electricty production from renewable energy sources. Three different municipalities: Falun, Mora and Orsa in the county of Dalarna are highlighted.  Their view on permitting processes of wind power installations are investigated. Other actors, such as exploiters and local citizens are also being analysed. This study shows that the local acceptance was very high when the first wind power parks were built, much thanks to local politicians and local citizens. For the politicians the wind power symbolised a key to a better green society, for the local citizens the wind power meant some economical advantages. The first wind power parks were localised to areas because of good wind conditions and social factors, especially from local communities. However, results from this study shows that the acceptance for wind power the last few years, in generel, has decreased.  The local authorities have also been conscious of some negative consequenses from already built wind power parks.  As a response they started to add planning tools to the permitting process.

Solar Energy assessment based on weather station data for direct site monitoring in Indonesia

This thesis evaluates different sites for a weather measurement system and a suitable PV- simulation for University of Surabaya (UBAYA) in Indonesia/Java. The weather station is able to monitor all common weather phenomena including solar insolation. It is planned to use the data for scientific and educational purposes in the renewable energy studies. During evaluation and installation it falls into place that official specifications from global meteorological organizations could not be meet for some sensors caused by the conditions of UBAYA campus. After arranging the hardware the weather at the site was monitored for period of time. A comparison with different official sources from ground based and satellite bases measurements showed differences in wind and solar radiation. In some cases the monthly average solar insolation was deviating 42 % for satellite-based measurements. For the ground based it was less than 10 %. The average wind speed has a difference of 33 % compared to a source, which evaluated the wind power in Surabaya. The wind direction shows instabilities towards east compared with data from local weather station at the airport. PSET has the chance to get some investments to investigate photovoltaic on there own roof. With several simulations a suitable roof direction and the yearly and monthly outputs are shown. With a 7.7 kWpeak PV installation with the latest crystalline technology on the market 8.82 MWh/year could be achieved with weather data from 2012. Thin film technology could increase the value up to 9.13 MWh/year. However, the roofs have enough area to install PV. Finally the low price of electricity in Indonesia makes it not worth to feed in the energy into the public grid.

Testing Seasonal Unit Roots in Data at Any Frequency, an HEGY approach

This paper generalizes the HEGY-type test to detect seasonal unit roots in data at any frequency, based on the seasonal unit root tests in univariate time series by Hylleberg, Engle, Granger and Yoo (1990). We introduce the seasonal unit roots at first, and then derive the mechanism of the HEGY-type test for data with any frequency. Thereafter we provide the asymptotic distributions of our test statistics when different test regressions are employed. We find that the F-statistics for testing conjugation unit roots have the same asymptotic distributions. Then we compute the finite-sample and asymptotic critical values for daily and hourly data by a Monte Carlo method. The power and size properties of our test for hourly data is investigated, and we find that including lag augmentations in auxiliary regression without lag elimination have the smallest size distortion and tests with seasonal dummies included in auxiliary regression have more power than the tests without seasonal dummies. At last we apply the our test to hourly wind power production data in Sweden and shows there are no seasonal unit roots in the series.