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Zuverlässigkeitsberechnung von Offshore-Windparks / von Issam Athamna. Wuppertal, 2015
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Vorwort
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Stand der Wissenschaft und Einordnung der Arbeit
1.3 Ziel und Aufbau der Arbeit
2 Grundlagen der Zuverlässigkeitsberechnung
2.1 Aufbau der Zuverlässigkeitsberechnung
2.2 Ausfallmodelle
2.3 Berechnungsverfahren
2.3.1 Analytische Verfahren
2.3.1.1 Netzwerkanalyse
2.3.1.2 Zustandsraumverfahren
2.3.2 Netzzustandsanalyse
2.3.3 Wiederversorgungsprozess
2.4 Kraftwerksmodell
2.5 Zuverlässigkeitskenngrößen
3 Anforderungen an die Zuverlässigkeitsberechnung von Offshore-Windparks
3.1 Aufbau und Betriebsweise von Offshore-Windparks
3.1.1 Windparknetz
3.1.2 Windenergieanlage
3.1.3 Netzschutzsystem
3.1.4 Betriebsführung und -überwachung
3.2 Analyse des Störungsgeschehens in Offshore-Windparks
3.2.1 Störungsgeschehen im Offshore-Windparknetz
3.2.2 Störungsgeschehen in Windenergieanlagen
3.3 Spezifika der Zuverlässigkeitsberechnung im Offshore-Bereich
3.4 Anpassungsbedarf der Zuverlässigkeitsmodelle
4 Modellbildung von Offshore-Windparks
4.1 Zuverlässigkeitskenngrößen für Windparks
4.1.1 Überblick der definierten Kenngrößen
4.1.2 Unterbrechung der Einspeisung
4.1.2.1 Unterbrechungshäufigkeit der Einspeisung
4.1.2.2 Unterbrechungsdauer der Einspeisung
4.1.2.3 Nichtverfügbarkeit der Einspeisung
4.1.2.4 Unterbrochene Einspeiseleistung
4.1.2.5 Nicht einspeisbare Energie
4.1.2.6 Entgangene Einspeisevergütung
4.1.3 Regelung der Einspeisung
4.1.3.1 Regelungshäufigkeit der Einspeisung
4.1.3.2 Regelungsdauer der Einspeisung
4.1.3.3 Nichtverfügbarkeit durch die Regelung der Einspeisung
4.1.3.4 Reduzierte Einspeiseleistung durch die Regelung
4.1.3.5 Nicht einspeisbare Energie durch die Regelung
4.1.3.6 Entgangene Einspeisevergütung durch die Regelung
4.1.4 Summenkenngrößen
4.2 Zustandsmodell der Windenergieanlage
4.2.1 Komponenten der Windenergieanlage
4.2.2 Beschreibung der Modellebenen
4.2.2.1 Ebene der Hauptkomponenten (Ebene 1)
4.2.2.2 Ebene der Subkomponenten (Ebene 2)
Tragestruktur-Komponente
Rotorsystem
Blattverstellungssystem (Pitch-Regelung):
1. Hydraulische Blattverstellung
2. Elektrische Blattverstellung
Elektrik
Windnachführungssystem
Triebstrang
Getriebe
Sensor- und Regelungseinheiten
Generator
Weitere Hauptkomponenten
4.2.2.3 Ebene des Gesamtsystems (Ebene 0)
4.2.3 Das Vier-Zustands-Modell für Windenergieanlagen
4.2.3.1 Aggregation der Modellierungsebenen
4.2.3.2 Berücksichtigung geplanter Instandhaltung
4.2.3.3 Gesamtmodell auf Ebene 0
4.2.4 Modellbildung konkreter Windenergieanlagen
4.2.4.1 Ergebnisse Hauptkomponenten (1. Ebene)
4.2.4.2 Ergebnisse Gesamtmodell (0. Ebene)
4.3 Modellbildung von Wettereinflüssen
4.3.1 Zugänglichkeit
4.3.2 Einspeiseleistung
4.3.3 Auswirkung des Wettermodells auf die Zuverlässigkeitsberechnung
4.4 Leistungsregelung der Windenergieanlagen bei Ausfällen
4.4.1 Allgemeines
4.4.1.1 Manuelle Leistungsregelung
4.4.1.2 Automatische Leistungsregelung
4.4.2 Modellbildung in der Zuverlässigkeitsberechnung
5 Kenndaten zur Zuverlässigkeitsberechnung von Offshore-Windparks
5.1 Kenndaten für Windenergieanlagen
5.2 Kenndaten für Windparknetze
6 Realitätsgerechte Zuverlässigkeitsberechnung von Offshore-Windparks
6.1 Auswirkung verbesserter Modellbildung
6.1.1 Leistungsregelungsmodell
6.1.2 Wettermodell
6.1.3 Einflüsse der Dauerlinien
6.1.4 Zuverlässigkeitsmodell der Windenergieanlagen
6.1.4.1 Ergebnisse des „Vier-Zustands-Modells“
6.2 Realistische Offshore-Windparknetze
6.2.1 Beschreibung der Windparknetze
6.2.2 Vergleich der Netzkonzepte ohne Windenergieanlagen
6.2.2.1 Ergebnisse der beiden Basisvarianten
6.2.2.2 Ergebnisse der Planungsvarianten
6.2.3 Berücksichtigung unterschiedlicher Windenergieanlagen-Konzepte
6.2.4 Monetäre Bewertung der Planungsvarianten
6.2.5 Wesentliche Erkenntnisse
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 English Summary
9 Literaturverzeichnis
10 Formelzeichen, Indizes und Abkürzungen
10.1 Formelzeichen
10.2 Indizes
10.3 Abkürzungen
11 Anhang
11.1 Weitere Modelle auf der Subkomponentenebene
11.2 Berechnungsformel der 1. und 2. Ebene
11.3 Berechnungsformel des Vier-Zustandsmodells
11.4 Beispielnetz 1
11.5 Beispielnetz 2
11.6 Zuverlässigkeitskenndaten von Offshore-Windparks
11.6.1 Zuverlässigkeitskenndaten für das Netz
11.6.2 Zuverlässigkeitskenndaten für Windenergieanlagenkomponenten
11.6.3 Zuverlässigkeitskenndaten für die 0. Ebene (inklusiv Wettermodell)
11.7 Betriebsmittelkosten für Offshore-Windparks