Στοχαστική προσομοίωση της φόρτισης ανέμου και κυμάτων στα υπεράκτια αιολικά πάρκα

Η τάση για απομάκρυνση από τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας τα τελευταία χρόνια έχει οδηγήσει- μεταξύ των άλλων εναλλακτικών τρόπων παραγωγής ενέργειας- στην ραγδαία αύξηση παραγωγής ενέργειας μέσω των υπεράκτιων αιολικών πάρκων. Όσον αφορά στον δομοστατικό σχεδιασμό των υπεράκτιων ανεμογεννητριών, τα διεθνή πρότυπα προτείνουν χρήση δυναμικών μοντέλων, που κάνουν χρήση μικρού μήκους προσομοίωσης, για τον υπολογισμό των δυνάμεων. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μοντελοποίηση της συμπεριφοράς των δυνάμεων με τη βοήθεια στοχαστικών μεθόδων, και η σύγκριση της στοχαστικής προσομοίωσης, ως μεθόδου σχεδιασμού, με τις προτεινόμενες από τα πρότυπα μεθόδους. Αρχικά, όσον αφορά στην ανάλυση των δεδομένων, επιλέγεται για μελέτη η μεγαλύτερη διαθέσιμη χρονοσειρά ταχύτητας ανέμου, υψών και περιόδου κύματος, η οποία αφορά καταγραφές στον κόλπο της Αλάσκας. Με χρήση κατάλληλων ντετερμινιστικών εξισώσεων υπολογίζονται οι χρονοσειρές των δυνάμεων οφειλόμενων στα αεροδυναμικά και στα υδροδυναμικά φορτία. Παράλληλα, υπολογίζονται τα στατιστικά χαρακτηριστικά, οι εποχικές περιοδικότητες και διαμορφώνονται οι κατανομές των χρονοσειρών των δυνάμεων. Στις κατανομές προσαρμόζεται η θεωρητική κατανομή Pareto-Burr-Feller και υπολογίζονται οι τέσσερις πρώτες ροπές από τις παραμέτρους της θεωρητικής κατανομής. Στη συνέχεια, για την στοχαστική ανάλυση του φαινομένου, μελετάται η δομή συσχέτισης των δυνάμεων μέσω του κλιμακογράμματος. Στα κλιμακογράμματα των δυνάμεων προσαρμόζονται τα στοχαστικά μοντέλα HK (Hurst-Kolmogorov), GHK( Generalized Hurst-Kolmogorov), και HHK (Hybrid Hurst-Kolmogorov). Καλύτερη προσαρμογή εμφανίζει το μοντέλο GHK. Τέλος, για την πραγματοποίηση της στοχαστικής προσομοίωσης χρησιμοποιείται το μοντέλο GHK στο σχήμα SMA (Symmetric-Moving-Average). Ως παράμετροι εισόδου στο μοντέλο χρησιμοποιούνται οι παράμετροι που προέκυψαν από την προσαρμογή του μοντέλου GHK στο εμπειρικό κλιμακόγραμμα και οι τέσσερις πρώτες στατιστικές ροπές που προέκυψαν από την προσαρμογή της κατανομής PBF στην εμπειρική κατανομή. Επιπλέον, εξετάζεται η προσαρμογή των δεδομένων της προσομοίωσης στα εμπειρικά κλιμακογράμματα και κατανομές, και γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα από τις προτεινόμενες από τα πρότυπα μεθόδους.