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.

Physik der Elektronen in Nanostrukturen und niedrigdimensionalen Systemen - Studie zweier Beispiele

Als Beispiele für die vielfältigen Phänomene der Physik der Elektronen in niedrigdimensionalen Systemen wurden in dieser Arbeit das Cu(110)(2x1)O-Adsorbatsystem und die violette Li0.9Mo6O17-Bronze untersucht. Das Adsorbatsystem bildet selbstorganisierte quasi-eindimensionale Nanostrukturen auf einer Kupferoberfläche. Die Li-Bronze ist ein Material, das aufgrund seiner Kristallstruktur quasi-eindimensionale elektronische Eigenschaften im Volumen aufweist. Auf der Cu(110)(2x1)O-Oberfläche kann durch Variation der Sauerstoffbedeckung die Größe der streifenartigen CuO-Domänen geändert werden und damit der Übergang von zwei Dimensionen auf eine Dimension untersucht werden. Der Einfluss der Dimensionalität wurde anhand eines unbesetzten elektronischen Oberflächenzustandes studiert. Dessen Energieposition (untere Bandkante) verschiebt mit zunehmender Einschränkung (schmalere CuO-Streifen) zu größeren Energien hin. Dies ist ein bekannter quantenmechanischer Effekt und relativ gut verstanden. Zusätzlich wurde die Lebensdauer des Zustandes auf der voll bedeckten Oberfläche (zwei Dimensionen) ermittelt und deren Veränderung mit der Breite der CuO-Streifen untersucht. Es zeigt sich, dass die Lebensdauer auf schmaleren CuO-Streifen drastisch abnimmt. Dieses Ergebnis ist neu. Es kann im Rahmen eines Fabry-Perot-Modells als Streuung in Zustände außerhalb der CuO-Streifen verstanden werden. Außer den gerade beschriebenen Effekten war es möglich die Ladungsdichte des diskutierten Zustandes orts- und energieabhängig auf den CuO-Streifen zu studieren. Die Li0.9Mo6O17-Bronze wurde im Hinblick auf das Verhalten der elektronischen Zustandsdichte an der Fermikante untersucht. Diese Fragestellung ist besonders wegen der Quasieindimensionalität des Materials interessant. Die Messungen von STS-Spektren in der Nähe der Fermienergie zeigen, dass die Elektronen in der Li0.9Mo6O17-Bronze eine sogenannte Luttingerflüssigkeit ausbilden, die anstatt einer Fermiflüssigkeit in eindimensionalen elektronischen Systemen erwartet wird. Bisher wurde Luttingerflüssigkeitsverhalten erst bei wenigen Materialien und Systemen experimentell nachgewiesen, obschon die theoretischen Voraussagen mehr als 30 Jahre zurückliegen. Ein Charakteristikum einer Luttingerflüssigkeit ist die Abnahme der Zustandsdichte an der Fermienergie mit einem Potenzgesetz. Dieses Verhalten wurde in STS-Spektren dieser Arbeit beobachtet und quantitativ im Rahmen eines Luttingerflüssigkeitsmodells beschrieben. Auch die Temperaturabhängigkeit des Phänomens im Bereich von 5K bis 55K ist konsistent mit der Beschreibung durch eine Luttingerflüssigkeit. Generell zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Dimensionalität, insbesondere deren Einschränkung, einen deutlichen Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften von Systemen und Materialien haben kann.

Behavioral Measures and their Correlation with IPM Iteration Counts on Semi-Definite Programming Problems

We study four measures of problem instance behavior that might account for the observed differences in interior-point method (IPM) iterations when these methods are used to solve semidefinite programming (SDP) problem instances: (i) an aggregate geometry measure related to the primal and dual feasible regions (aspect ratios) and norms of the optimal solutions, (ii) the (Renegar-) condition measure C(d) of the data instance, (iii) a measure of the near-absence of strict complementarity of the optimal solution, and (iv) the level of degeneracy of the optimal solution. We compute these measures for the SDPLIB suite problem instances and measure the correlation between these measures and IPM iteration counts (solved using the software SDPT3) when the measures have finite values. Our conclusions are roughly as follows: the aggregate geometry measure is highly correlated with IPM iterations (CORR = 0.896), and is a very good predictor of IPM iterations, particularly for problem instances with solutions of small norm and aspect ratio. The condition measure C(d) is also correlated with IPM iterations, but less so than the aggregate geometry measure (CORR = 0.630). The near-absence of strict complementarity is weakly correlated with IPM iterations (CORR = 0.423). The level of degeneracy of the optimal solution is essentially uncorrelated with IPM iterations.

Descripción del comportamiento basal y transoperatorio de los nivels de NIRS cerebral en pacientes con cardiopatias congenitas cianosantes sometidos a cirugia paliativa o correctiva y su correlación con las variables fisiologicas determinantes del flujo sanguineo cerebral

La lesión neurológica es un riesgo latente en pacientes sometidos a cirugía cardiaca, en cirugía para corrección de cardiopatías congénitas puede tener una incidencia tan alta como del 26%, por lo cual es necesario contar con herramientas cada vez más acertadas y que puedan ayudar a disminuir esta incidencia; la saturación regional cerebral medida por NIRS constituye una herramienta válida, que permite una evaluación continua y de forma no invasiva, que puede servir para este fin. El presente estudio pretende determinar una asociación entre los niveles de saturación regional de oxígeno cerebral en los pacientes con cardiopatías congénitas cianosantes y las variables fisiológicas determinantes del aporte de oxígeno, asumiendo una hipoxemia crónica para estos pacientes. Se realizó un estudio de correlación para estas variables, para lo cual se evaluaron de forma sistemática estas en pacientes sometidos a cirugía cardiaca en la Fundación Cardioinfantil Instituto de Cardiología, que cumplían con los criterios de inclusión, hasta completar una muestra de 31 pacientes, en los cuales no se realizó ninguna intervención, catalogándolo como riesgo menor que el mínimo, cumpliendo con los criterios de Helsinki.Se encontró una correlación significativa entre los valores de NIRS cerebral con los contenidos arteriales, capilares y venoso de oxígeno en el análisis bivariado, encontrándose para estos pacientes niveles más bajos de estos contenidos como también para el consumo de oxígeno, no se encontró asociación significativa con la saturación arterial ni venosa de oxígeno, parece existir una relación significativa entre los niveles más bajos de NIRS con el resultado neurológico, estos hallazgos sin embargo no fueron significativos en el análisis multivariado.

La vía aérea, un reto en el servicio de urgencias indicaciones, manejo y complicaciones

INTRODUCCIÓN: El control rápido y seguro de la vía aérea es una de las habilidades más importantes que se debe tener para el manejo de pacientes críticamente enfermos y traumatizados en los departamentos de emergencias de todo el mundo, en nuestro medio no contamos con estadísticas que cuantifiquen el éxito y complicaciones en este aspecto. METODOLOGIA: Se realizo un estudio observacional, descriptivo, prospectivo, que recolecto los datos de las intubaciones realizadas en la sala de emergencias del Hospital Universitario Mayor “Mederi” por parte de especialistas en medicina de emergencias, medicina interna, médicos generales o personal en entrenamiento, durante el periodo comprendido entre noviembre de 2010 y junio de 2011. RESULTADOS: Se recolecto una muestra de 92 pacientes en el estudio, la causa mas frecuente de intubación orotraqueal fue falla respiratoria 77,2%, el éxito en el primer intento fue de 51,5%, se uso secuencia de intubación rápida como método de intubación en el 56,5% de los pacientes y se presento alguna complicación en el 61% de los pacientes. DISCUSIÓN: El éxito en la intubación orotraqueal es menor y las complicaciones superiores a los de países desarrollados, esto puede estar en relación con la falta del desarrollo de la medicina de emergencias y programas de entrenamiento formal en el manejo de la vía aérea.

Factores de riesgo para morbilidad materna extrema en gestantes

Introducción: La morbilidad materna extrema es un término usado para definir cualquier condición obstétrica severa que amenaza la vida y requiere una intervención médica urgente con el fin de prevenir la probable muerte materna. Con el presente estudio se pretendió evaluar los factores de riesgo para morbilidad materna extrema en las gestantes del Hospital Universitario Mayor. Metodología Se realizó un estudio de casos y controles, comparando pacientes con MME y sin MME en una relación de 1:1. Se realizó un muestreo aleatorio simple teniendo en cuenta 95% de la población apareadas por diagnóstico de ingreso. Resultados Se incluyeron un total de 110 pacientes (55 en cada grupo). Ambas poblaciones fueron comprables. Ser de estrato socioeconómico bajo (p 0,000), haber tenido 2 o menos partos (p 0,000), ser tipo de sangre negativo (p0.000) realizar entre 0-3 controles prenatales (p 0,000), tener antecedente de preeclampsia (p 0,000), hipotiroidismo (p 0,000), o trastorno bipolar (p 0,000), son factores de riesgo significativos para presentar MME. Entre los factores protectores están tener más de tres partos OR 0,60 (IC95%: 0,17-0,82, p=0,00) y 7 o más controles prenatales OR 0,23 (IC95%: 0,09-0,55, p=0,000). Resultados concordantes con la literatura Discusión: Es importante dar a conocer los resultados del presente estudio para promover las campañas de prevención primaria, secundaria y terciaria con el fin de evitar las altas complicaciones que se pueden presentar en las mujeres en edad fértil de nuestra población.

Variational data assimilation for parameter estimation: application to a simple morphodynamic model

Data assimilation is a sophisticated mathematical technique for combining observational data with model predictions to produce state and parameter estimates that most accurately approximate the current and future states of the true system. The technique is commonly used in atmospheric and oceanic modelling, combining empirical observations with model predictions to produce more accurate and well-calibrated forecasts. Here, we consider a novel application within a coastal environment and describe how the method can also be used to deliver improved estimates of uncertain morphodynamic model parameters. This is achieved using a technique known as state augmentation. Earlier applications of state augmentation have typically employed the 4D-Var, Kalman filter or ensemble Kalman filter assimilation schemes. Our new method is based on a computationally inexpensive 3D-Var scheme, where the specification of the error covariance matrices is crucial for success. A simple 1D model of bed-form propagation is used to demonstrate the method. The scheme is capable of recovering near-perfect parameter values and, therefore, improves the capability of our model to predict future bathymetry. Such positive results suggest the potential for application to more complex morphodynamic models.

The North Atlantic jet stream under climate change and its relation to the NAO and EA patterns

This paper describes recent variations of the North Atlantic eddy-driven jet stream and analyzes the mean response of the jet to anthropogenic forcing in climate models. Jet stream changes are analyzed both using a direct measure of the near-surface westerly wind maximum and using an EOF-based approach. This allows jet stream changes to be related to the widely used leading patterns of variability: the North Atlantic Oscillation (NAO) and East Atlantic (EA) pattern. Viewed in NAO–EA state space, isolines of jet latitude and speed resemble a distorted polar coordinate system, highlighting the dependence of the jet stream quantities on both spatial patterns. Some differences in the results of the two methods are discussed, but both approaches agree on the general characteristics of the climate models. While there is some agreement between models on a poleward shift of the jet stream in response to anthropogenic forcing, there is still considerable spread between different model projections, especially in winter. Furthermore, the model responses to forcing are often weaker than their biases when compared to a reanalysis. Diagnoses of jet stream changes can be sensitive to the methodologies used, and several aspects of this are also discussed.

Revisiting Asian monsoon formation and change associated with Tibetan Plateau forcing: II. Change

Data analysis based on station observations reveals that many meteorological variables averaged over the Tibetan Plateau (TP) are closely correlated, and their trends during the past decades are well correlated with the rainfall trend of the Asian summer monsoon. However, such correlation does not necessarily imply causality. Further diagnosis confirms the existence of a weakening trend in TP thermal forcing, characterized by weakened surface sensible heat flux in spring and summer during the past decades. This weakening trend is associated with decreasing summer precipitation over northern South Asia and North China and increasing precipitation over northwestern China, South China, and Korea. An atmospheric general circulation model, the HadAM3, is employed to elucidate the causality between the weakening TP forcing and the change in the Asian summer monsoon rainfall. Results demonstrate that a weakening in surface sensible heating over the TP results in reduced summer precipitation in the plateau region and a reduction in the associated latent heat release in summer. These changes in turn result in the weakening of the near-surface cyclonic circulation surrounding the plateau and the subtropical anticyclone over the subtropical western North Pacific, similar to the results obtained from the idealized TP experiment in Part I of this study. The southerly that normally dominates East Asia, ranging from the South China Sea to North China, weakens, resulting in a weaker equilibrated Sverdrup balance between positive vorticity generation and latent heat release. Consequently, the convergence of water vapor transport is confined to South China, forming a unique anomaly pattern in monsoon rainfall, the so-called “south wet and north dry.” Because the weakening trend in TP thermal forcing is associated with global warming, the present results provide an effective means for assessing projections of regional climate over Asia in the context of global warming.

Co-eruptive and inter-eruptive surface deformation measured by satellite radar interferometry at Nyamuragira volcano, D.R. Congo, 1996 to 2010.

Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) measurements of surface deformation at Nyamuragira Volcano between 1996 and 2010 reveal a variety of co-eruptive and inter-eruptive signals. During 7 of the 8 eruptions in this period deformation was measured that is consistent with the emplacement of shallow near-vertical dykes feeding the eruptive fissures and associated with a NNW-trending fissure zone that traverses the summit caldera. Between eruptions the caldera and the summit part of this fissure zone subsided gradually (b3–5 cm/year). We also find evidence of post-eruption subsidence around the sites of the main vents of some flank eruptions (2002, 2004, 2006, and 2010). In the 6 months prior to the 2010 eruption a10-km wide zone centred on the caldera inflated by 1–2 cm. The low magnitude of this signal suggests that the presumed magma reservoir at 3–8 km depth contains highly compressible magma with little stored elastic strain energy. To the north of the caldera the fissure zone splits into WNW and NE branches around a zone that has a distinct InSAR signal. We interpret this zone to represent an elevated, 'stable' block of basement rocks buried by lavas within the Rift Zone.

Departures from diffusive equilibrium in the topside F-layer from satellite soundings

A method for the detection of O+ ion fluxes from topside soundings is described. The shape of the plasma scale-height profile is altered by such flows only at heights near the F2-peak, where ion-neutral drag is large. Model profiles are used to relate changes in scale height to the ratio (φ/φL) where φ is the field-aligned O+ flux (relative to the neutral air) and φL is the limiting value set by frictional drag. Values of (φ/φL) can then be determined to within a few per cent from experimental soundings, using the plasma temperature and its gradient (as deduced from the observed profile) and the MSIS model neutral temperature. It was found that 3700 topside profiles show departures from diffusive equilibrium, out of 10,000 used to obtain the global morphology of (φ/φL) near the sunspot minimum. Results reveal dynamic ion-flow effects such as the transequatorial breeze and the effects of the polar wind and protonospheric replenishment light-ion flows can be inferred.

Hydrogen adsorption on boron doped graphene: an ab initio study

(i) The electronic and structural properties of boron doped graphene sheets, and (ii) the chemisorption processes of hydrogen adatoms on the boron doped graphene sheets have been examined by ab initio total energy calculations. In (i) we find that the structural deformations are very localized around the boron substitutional sites, and in accordance with previous studies (Endo et al 2001 J. Appl. Phys. 90 5670) there is an increase of the electronic density of states near the Fermi level. Our simulated scanning tunneling microscope (STM) images, for occupied states, indicate the formation of bright (triangular) spots lying on the substitutional boron (center) and nearest-neighbor carbon (edge) sites. Those STM images are attributed to the increase of the density of states within an energy interval of 0.5 eV below the Fermi level. For a boron concentration of similar to 2.4%, we find that two boron atoms lying on the opposite sites of the same hexagonal ring (B1-B2 configuration) represents the energetically most stable configuration, which is in contrast with previous theoretical findings. Having determined the energetically most stable configuration for substitutional boron atoms on graphene sheets, we next considered the hydrogen adsorption process as a function of the boron concentration, (ii). Our calculated binding energies indicate that the C-H bonds are strengthened near boron substitutional sites. Indeed, the binding energy of hydrogen adatoms forming a dimer-like structure on the boron doped B1-B2 graphene sheet is higher than the binding energy of an isolated H(2) molecule. Since the formation of the H dimer-like structure may represent the initial stage of the hydrogen clustering process on graphene sheets, we can infer that the formation of H clusters is quite likely not only on clean graphene sheets, which is in consonance with previous studies (Hornekaer et al 2006 Phys. Rev. Lett. 97 186102), but also on B1-B2 boron doped graphene sheets. However, for a low concentration of boron atoms, the formation of H dimer structures is not expected to occur near a single substitutional boron site. That is, the formation (or not) of H clusters on graphene sheets can be tuned by the concentration of substitutional boron atoms.