Eine Point Absorber Boje wandelt die oszillierende Bewegung der Meereswellen in elektrische Energie. Ihre Abmessungen sind klein gegenüber der Wellenlänge, deshalb wird sie Punk (Point) Absorber genannt. Selbstreferenzierend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Antrieb, der die oszillierende Bewegung in elektrische Energie wandelt, sich nicht auf dem Meeresgrund sondern auf einem anderen Schwimmkörper abstützt. In der vorliegenden Arbeit wurde das Verhalten eines Point Absorbers von der Welle bis zur abgegebenen elektrischen Leistung simuliert. Zunächst wird anhand des Kapazitätskredits der Beitrag des Anlagentyps zur Versorgungssicherheit untersucht. Der Kapazitätskredit für einen Park mit 100 Bojen und einer Gesamtleistung von 15 MW beträgt, für die untersuchten Szenarien rund 20% bis 30%, was nah an den Werten eines offshore Windparks gleicher Leistung liegt. Der Kern der Arbeit, die Simulationsumgebung, gliedert sich in zwei Teile. Der erste Teil, die hydrodynamische Simulation der Boje, erfolgte mit dem Wellenanalyseprogramm WAMIT. Aus den daraus gewonnenen Frequenzbereichsergebnissen wird eine Impulsantwort gebildet, um die Systemantwort per Faltung mit einem Wellenverlauf im Zeitbereich zu erhalten. Diese Ergebnisse werden im zweiten Teil der Simulationsumgebung zur Auslegung einer permanentmagnetisch erregten Synchronlinearmaschine verwendet, die die heute dominierende Hydraulik ersetzen kann. Anhand von Leistungsbilanzen wird das Wirkungsgradkennfeld des Generators ermittelt. Exemplarisch wird die Maschinentiefe auf die später berechneten Stromgestehungskosten hin optimiert. So kann mit der im ersten Teil errechneten, Bojenbewegung der Energieertrag berechnet werden. Anschließend wurde eine Fallstudie für jeweils drei repräsentative Standorte in den USA und Irland zur Ermittlung der standortspezifischen Stromgestehungskosten durchgeführt. Mit Hilfe der Simulationsumgebung und Wellendaten des National Data Buoy Centers wurden für sechs Szenarien der jährliche Energieertrag berechnet. Unter Abschätzung der Investitions- und Betriebskosten werden dann die Stromgestehungskosten ermittelt. Auf Grund der Unsicherheit der Kostenschätzung werden, mit Hilfe einer best case worst case Betrachtung, die Preisspanne für die Stromgestehungskosten der einzelnen Standorte angesetzt. Sie liegen zwischen 0,2 €/kWh und 0,8 €/kWH. In der anschließenden Sensitivitätsanalyse wird die Richtigkeit und die gute Übereinstimmung der Ergebnisse mit anderen Arbeiten erläutert. Es wurde gezeigt, dass es mit der erstellten Simulationsumgebung erstmals möglich ist, frühzeitig Aussagen über die technische und wirtschaftliche Machbarkeit eines Wellenenergieprojekts zu treffen. Im letzten Kapitel wird ein Ausblick auf die zukünftige Entwicklung gegeben. Neben dem Einfluss von Lerneffekten werden auch dielektrische Elastomere als mögliche zukünftige Antriebstechnologie untersucht.

    A point absorber is a kind of ocean energy system that converts the oscillating movement of the ocean waves into electric energy. Its dimensions are small compared to the wavelength. That is why it is called point absorber. In the following thesis a wave to wire simulation of a point absorber buoy is described. The starting point is a general explanation of ocean power. The calculation of the capacity credit to show the positive effects of wave power plants to the energy supply fallows. For a wave power park consisting of 100 buoys, 150 kW per buoy the capacity credit is about 20% to 30% for the chosen scenarios. This amount is close to the one of an offshore wind park of the same power on the same site. The simulation environment is divided into two parts. The first is about the hydrodynamic simulation of the buoy done with the help of WAMIT, a wave analysis program. Frequency domain results are transferred into an impulse response function to get the time dependent system answer by convoluting it with a certain sea state. This result is used in the second part to design a permanent magnet excited synchronous linear machine which replaces the dominant hydraulic power take off. By using loss power balances the generators characteristic diagram is calculated. The depth of the machine is exemplarily optimized according to the energy costs. These results are combined with the buoy movement calculated in part one to get the energy yield. Energy yields are site specific so a case study including 6 sites, three in the USA and three in Ireland, is done to get a clue of the energy yield. Investment and installation costs are estimated to calculate the energy costs for the 6 scenarios. Because of the uncertainties the costs of energy are given for a best case and a worst case scenario. The range is from 0,2 €/kWh to 0,8 €/kWh. A sensitivity analysis is done to proof the accuracy and the good fit to the results of several scientific papers. It has been shown that with this simulations environment it is possible to make a statement about the economical and technical feasibility of a wave energy project. In the last chapter a forecast of the future developments is given. Besides learning effects dielectric elastomers were examined if their properties fit to the utilization in a point absorber buoy.


    Zugriff

    Zugriff über TIB

    Verfügbarkeit in meiner Bibliothek prüfen


    Exportieren, teilen und zitieren



    Titel :

    Simulation einer selbstreferenzierenden Point-Absorber-Boje mit innovativem Antriebskonzept


    Beteiligte:
    Faß, Ulrich (Autor:in)

    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    165 Seiten, Bilder, Tabellen, 72 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch




    Boje

    MACKOWIAK GREGOR / DANIEL LAURENT | Europäisches Patentamt | 2019

    Freier Zugriff

    INTELLIGENTE BOJE

    AIGELSREITER MICHAEL / KETTNER-SADLAUER GEORG | Europäisches Patentamt | 2022

    Freier Zugriff

    Entwicklungsprojekt "Naref"-Boje

    Lewandrowski, G. | Tema Archiv | 1975


    VORRICHTUNG ZUM FESTLEGEN EINES BOOTES AN EINER BOJE

    LEMMEL JOHANNES | Europäisches Patentamt | 2023

    Freier Zugriff

    OBERFLÄCHENSCHWIMMKÖRPER, INSBESONDERE BOJE ODER TONNE

    VIERGUTZ THOMAS | Europäisches Patentamt | 2023

    Freier Zugriff