Windenergie

Nichtlineare Methoden zur Last- und Energieangebotsprognose in Windenergiesystemen

Insbesondere starke kurzfristige Änderungen der Windgeschwindigkeit gefährden die mechanische Stabilität von Windenergieanlagen sowie die sichere Energieversorgung in lokalen Energienetzwerken. Ziel des Projektes der „Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. (MPG)“ ist es, Methoden zu entwickeln, die Kurzzeitvorhersagen der Windgeschwindigkeit und der produzierten elektrischen Leistung liefern. 

 

Zusammenfassung

In diesem Projekt werden nichtlineare Phasenraummethoden erstmals zur Steuerung von Windkraftanlagen angewandt. Dabei sollen Kurzzeitvorhersagen der Windgeschwindigkeit und der produzierten elektrischen Leistung dazu dienen, die mechanische Belastung von Rotorblättern (vor allem bei Böen) zu senken, den Einsatz von Wind-Diesel-Systemen zu optimieren sowie kurzfristige Schwankungen der eingespeisten Leistung zu vermindern. Somit kann die Lebensdauer von Windkraftanlagen gesteigert sowie die Energieausbeute und die Qualität der eingespeisten Leistung erhöht werden.

Die Beteiligten haben zunächst an verschiedenen Zeitreihen der Windgeschwindigkeit und der Leistungsabgabe von Windturbinen ein skalares, lineares Modell zur Vorhersage der Bodenwindgeschwindigkeiten untersucht. Im Anschluss sollten die Vorhersagen unter Anwendung entwickelter, nichtlinearer Methoden verglichen und verbessert werden. Da räumliche Zusatzinformationen, wie die Windgeschwindigkeit an anderen Orten, die Vorhersagbarkeit erheblich beeinflussen, wurden die linearen und nichtlinearen Verfahren auf multivariate Zeitreihen, d.h. auf mehrere simultan aufgezeichnete Datensätze, ausgeweitet. Die Vorhersagefähigkeit dieser Phasenraumverfahren wurde in einem letzten Schritt in vergleichender Weise untersucht.

 

Ergebnisse:

  • Die entwickelte, nichtlineare Phasenraummethode ist herkömmlichen linearen Modellen insbesondere bei der Vorhersage von Windböen, bei denen die Windgeschwindigkeit im Sekundenintervall stark ansteigt, deutlich überlegen.
  • Der gemittelte Vorhersagefehler bei der Leistungsvorhersage von Windturbinen ist bis zu 10 % geringer bei der Verwendung von nichtlinearen Phasenraummodellen verglichen mit linearen Modellen.
  • Multivariate Verfahren liefern deutlich verbesserte Vorhersagen verglichen mit skalaren Methoden. Bei der multivariaten Vorhersage können nichtlineare Verfahren den entsprechenden linearen Methoden auch im Mittel überlegen sein.

Weitere Projektdaten

Projekttitel: Nichtlineare Methoden zur Last- und Energieangebotsprognose in lokalen Energiesystemen, insbesondere bei Windenergie und Photovoltaik

Projektnummer: 0329848

Projektzeitraum: 1999 - 2002

Projektort: Deutschland (Sachsen)

Projektansprechpartner:

Herr Prof. Dr. Kantz

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Quelle:  Technische Informationsbibliothek Hannover (TIB)