Schwarz, Carl Michael (2020) Wind turbine load dynamics in the context of intermittent atmospheric turbulence. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

In this work the impact of higher order statistics of wind on wind turbine loads, especially fatigue loads, is discussed. Non-Gaussian distributed wind velocity increments, which are related to the concept of turbulence intermittency, are the focal point of this thesis. Within this study, synthetic wind fields featuring Gaussian and non-Gaussian increment statistics are generated, utilizing a wind model based on Continuous-Time-Random-Walks. Subsequently, these fields are used as an input in a common wind turbine simulation. The resulting load responses are compared and analyzed with respect to the accumulated fatigue damage. In doing so, an increase in fatigue loading by approx. 5-10% for extreme coherent wind fields and selected load sensors is found. Additionally the dependency of this load enhancement on the coherence of the wind field is discussed. It is demonstrated that the intermittency effect decreases with the coherence.

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Lastdynamik von Windkraftanlagen unter dem Einfluss von intermittenter, atmosphärischer Turbulenz

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In dieser Arbeit wird der Einfluss höherer Wind-Statistik auf die Last-Dynamik, speziell Ermüdungslasten, von Windrädern diskutiert. Nicht-Gauss-verteilte Windgeschwindigkeits-Inkremente, die mit der Intermittenz von Turbulenz in Zusammenhang stehen, sind dabei im Fokus. Im Rahmen dieser Arbeit werden synthetische Windfelder mit Gauss’scher und nicht-Gauss’scher Inkrement-Statistik auf Basis eines sog. Continuos-Time-Random-Walk Ansatzes erstellt. Die auf diese Weise generierten Windfelder werden in einer fachüblichen Windturbinen-Simulation prozessiert. Die resultierenden Systemantworten werden verglichen und hinsichtlich der Ermüdungslasten ausgewertet. Für extrem kohärente Windfelder kann auf diese Weise eine erhöhte Belastung von etwa 5-10% für ausgewählte Lastsensoren gezeigt werden. Des Weiteren wird die starke Abhängigkeit dieser Lasterhöhung von der Kohärenz des Windfeldes beleuchtet. Es kann gezeigt werden, dass der Intermittenz-Effekt mit der Kohärenz des Windes abnimmt.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	Windenergie, Atmospärische Turbulenz, Ermüdungslast
Subjects:	Science and mathematics > Physics
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Institute of Physics (IfP)
Date Deposited:	28 Jul 2020 08:25
Last Modified:	28 Jul 2020 10:01
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/4644
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-47256
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