Windenergieprojekt Kirchleerau / Kulmerau

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1 Windenergieprojekt Kirchleerau / Kulmerau Windgutachten Sara Koller, Meteotest

2 Meteotest Private, unabhängige und neutrale Firma in Bern 35 Mitarbeiter_innen Wetterprognose Monitoring Sonne & Klima Energiewirtschaft Windgutachten Vereisung Luftreinhaltung Geoinformatik Web & Software 2

3 Inhalt Windmessungen Datenanalyse Langjähriger Abgleich der Messungen Modellierung Windressourcenkarten Ertragsprognose 3

4 Windmessungen im Projektgebiet Windmessung Kulmerau 85m Mast Durch CKW realisiert 11. September 2014 bis 6. Dezember 2015 Windmessung Schlierbach 65m Mast Durch Luventa realisiert 2. September 2007 bis 23. September

5 Messmast Kulmerau Was wurde gemessen: Windgeschwindigkeit auf 87m, 85m, 75m, 55m und 35m Windrichtung auf 85m und 55m Sensortyp: kalibrierte Thies First Class Anemometer und Windfahnen Weitere Parameter zur Bestimmung der meteorologischen Bedingungen: Temperatur und relative Feuchte auf 84m und 9m Luftdruck auf 9m Fledermausvorkommen Messungen entsprechen der internationalen Norm IEC Grundlage für ein bankfähiges Gutachten. Die Vertrauenswürdigkeit ist gegeben. 5

6 Berechnung der Windressourcen Vorgehen: Bereinigung der Messdaten (unrealistische Werte filtern, Vereisungsperioden detektieren, etc.) Analyse der bereinigten Datenreihen zur Bestimmung der Bedingungen während der Messperiode Langjähriger Abgleich der Daten des Referenzanemometers auf 87m über Grund. Dabei wird die Messung auf durchschnittliche Bedingungen am Standort angepasst. Resultat: Windressourcen am Standort des Messmasts Modellierung des Projektgebiets unter Einbindung der Windressourcen am Standort des Messmasts Resultat: Windressourcen im ganzen Projektgebiet Berechnung des Energieertrags anhand von potentiellen Windturbinenstandorten 6

7 Analyse der Windmessung Bereinigte Zeitreihe der Windgeschwindigkeit auf 87m über Grund (Referenzanemometer auf der Mastspitze) 7

8 Analyse der Windmessung Saisonale Verteilung des Windvorkommens: Monatsmittelwerte der Windgeschwindigkeit (schwarz) und monatliche maximale Sekunden- Böenspitzen (rot) auf 87m über Grund Windmaximum in den Wintermonaten 8

9 Analyse der Windmessung Weibullverteilung der Windgeschwindigkeit auf 87m über Grund: Weibullverteilung: Annäherung an die Windgeschwindigkeitsverteilung Häufigkeit des Windvorkommens pro Windgeschwindigkeitsklasse (0-1m/s, 1-2m/s, 2-3m/s, etc.) Mittelwert der Windgeschwindigkeit auf 87m über Grund während der Messkampagne: 4.7m/s Weibullparameter A (Skalenparameter): 5.2m/s, Weibullparameter k (Formparameter): 1.5 Häufigkeit 9

10 Analyse der Windmessung Windprofil am Messmast Analyse der Windgeschwindigkeit auf allen Messhöhen Zunahme um 40% von 35m auf 87m über Grund 10

11 Analyse der Windmessung Nord Windrose: Darstellung der Häufigkeit pro Windrichtung in % West Ost Hauptwindrichtungen: Westsüdwest West Ostnordost (Bise) Winde mit hohen Windgeschwindigkeiten treten hauptsächlich aus Westsüdwest und West auf Süd Rot: Windgeschwindigkeiten über 8m/s blau: Windgeschwindigkeiten zwischen 4 und 8m/s grün: Windgeschwindigkeiten zwischen 0 und 4m/s 11

12 Langjähriger Abgleich der Messungen Korrelation mit 132 permanenten Messstationen der MeteoSchweiz um eine vergleichbare langjährige Messstation für den klimatologischen Abgleich zu bestimmen. 12

13 Langjähriger Abgleich der Messungen Beste Korrelationskoeffizienten der Referenzmessung auf der Mastspitze bei Kulmerau mit den Messungen an den Meteostationen der MeteoSchweiz: Station WMO- Nummer Koordinaten (CH-Landeskooordinaten LV1903) Höhe [m.ü.m.] Korrelationskoeffizient Tageswerte / Stundenwerte Salen-Reutenen 66' '900 / 278' / 0.81 Zürich / Fluntern 66' '117 / 248' / 0.77 Napf 66' '133 / 206'079 1' / 0.76 Gösgen 66' '417 / 245' / 0.72 Lägern 66' '250 / 259' / 0.77 Kriterien für die Eignung der Meteostationen als Referenz für den langjährigen Abgleich: 10-jährige Messreihe Homogenität und Konsistenz der Daten Keine Lücken 13

14 Langjähriger Abgleich der Messungen Station Länge der homogenen Messperiode Konsistenz Lücken Faktor langjährig / Messperiode Salen-Reutenen seit schwacher Trend keine 0.95 Zürich / Fluntern seit gut keine 0.94 Napf seit gut keine 0.96 Gösgen seit gut keine 0.98 Lägern seit gut keine 1.00 Wahl der Meteostation als Referenz für den langjährigen Abgleich: Zürich / Fluntern und Napf zeigen beide homogene Messungen über 9.5 Jahre Zürich / Fluntern und Napf korrelieren gut mit Mastmessung Kulmerau Absolutwerte der Meteostation Napf ähnlich wie Mastmessung Kulmerau Daten der Meteostation Napf für den langjährigen Abgleich verwendet 14

15 Langjähriger Abgleich der Messungen Formel zur Berechnung der langjährigen abgeglichenen Windgeschwindigkeiten: ff Mast, langjährig = ff Mast, Messperiod e ff ff Meteo, langjährig Meteo, Messperiod e 0.96 Verhältnis aus dem langjährigen Mittelwert und dem Mittelwert während der Messkampagne der Messdaten der Meteostation Napf Im langjährigen Mittel ist mit 4% tieferen Wind- Geschwindigkeiten zu rechnen, verglichen mit dem Messjahr während der Kampagne bei Kulmerau. 15

16 Langjähriger Abgleich der Messungen Weibullverteilung der langjährig abgeglichenen Windgeschwindigkeiten auf 87m über Grund 4% tiefer als während der Messkampagne (4.7m/s) 16

17 Modellierung CFD (Computational Fluid Dynamics) - Modellierung mit der Software WindSim Information zum Wind am Messstandort wird in das Gelände extrapoliert Eingabe: Höhenmodell, Rauigkeit und langjährig abgeglichene Klimatologien der Messmasten Kulmerau und Schlierbach Ausgabe: Windressourcenkarten auf verschiedenen Höhen über Grund Höhenmodell Rauigkeit 17

18 Windressourcenkarte auf 100m über Grund Windenergieprojekt Kirchleerau / Kulmerau

19 Windressourcenkarte auf 120m über Grund Windenergieprojekt Kirchleerau / Kulmerau

20 Windressourcenkarte auf 140m über Grund Windenergieprojekt Kirchleerau / Kulmerau

21 Ertragsprognosen Berechnung des Energieertrages: P = P: Leistung [W] : Luftdichte [kg/m3] A: Rotorfläche [m2] v: Windgeschwindigkeit [m/s] Leistungskurve: Vestas V126, 3.0MW 21

22 Ertragsprognosen Beispiel: Energieerträge für Parklayout mit Windkraftanlagen des Typs Vestas V126, 3.0MW auf 117m Nabenhöhe Bruttoenergieertrag: Ertrag, welcher gemäss der modellierten Windstatistik und der dichtekorrigierten Leistungskurve berechnet wurde Nettoenergieertrag Ep50: Bruttoenergieertrag minus Parkeffekt, Verfügbarkeit der Anlage (3%) und elektrische Verluste (1%) Nettoenergieerträge Ep75 resp. Ep90: Einberechnung eines Unsicherheitsfaktors zb. für die Ausarbeitung eines Businessplans Der Energieertrag wird mit einer Wahrscheinlichkeit von 75% (resp. 90%) überschritten, bzw. einem Risiko von 25% (resp. 10%) unterschritten. Standort v_mean in Nabenhöhe [m/s] E brutto [MWh/a] E netto E P50 [MWh/a] E netto E P75 [MWh/a] E netto E P90 [MWh/a] Verlust Parkeffekt [%] WEA1 WEA2 WEA3 WEA '663 4'453 4'066 3' '680 4'418 4'034 3' '122 4'891 4'466 4' '196 4'950 4'520 4' Total / Mittel '660 18'712 17'086 15'

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