Windenergiepotentialkarte für Kleinwindkraftanlagen für die Stadt Wien

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Stefanie Dressler
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1 Windenergiepotentialkarte für Kleinwindkraftanlagen für die Stadt Wien Internationale Kleinwindtagung 2015 Mag. Hildegard Kaufmann ZAMG, Bereich Kundenservice, Fachabteilung Klima

2 Hintergrund Auftrag der Stadt Wien / MA 20 Energieplanung Folie 2 Windkataster für die Nutzung von Kleinwindkraftanlagen für Online-Integration in den Stadtplan der Stadt Wien Eckpunkte 10 m über mittlerer Gebäudehöhe Einbindung von Stadtentwicklungsgebieten Potentialkarten (Windgeschwindigkeit und Energiedichte) Bewertung

3 Methode Windmessdaten meteorologischer Messstationen (Wien, Umgebung) Datenanalyse, Windklimatologien Bereinigte Windfelder: Windatlas (WAsP) Folie 3 Erstellung digitale Rauigkeitskarte Digitales Geländehöhenmodell (BEV, 25m-Raster) Ermittlung der mittleren Gebäudehöhe Gebäudemodell der Stadt Wien (MA 41) Stadtentwicklungsgebiete Strömungsmodellierung Aufbereitung und Bewertung der Ergebnisse

Datengrundlagen: Winddaten, TAWES-Messnetz der ZAMG Stationsname Seehöhe [m]

Donauturm 164 252 Brunn am Gebirge 291 10 Groß-Enzersdorf 154 10 16.04.

4 Datengrundlagen: Winddaten, TAWES-Messnetz der ZAMG Stationsname Seehöhe [m] Höhe Windgeber [m] Wien/Stammersdorf Wien-Jubiläumswarte Wien-Mariabrunn Wien-Hohe Warte Wien/Unterlaa Wien-Innere Stadt Wien Donauturm Brunn am Gebirge Groß-Enzersdorf Folie 4 10-Minuten-Daten: Windrichtung, -geschwindigkeit Windmessung mit Messung 2D USA, beheizt Datenqualitäts- bzw. Plausibilitätsprüfung

5 Datengrundlage: Windklima Analyse Zeitreihen Ziel: möglichst lange Zeitreihen (ganze Jahre, inkl. 2013) Windstatistik: Häufigkeitsverteilung Windrichtung und Windgeschwindigkeit Weibull-Verteilung Mittelwerte Folie 5 Wien/Stammersdorf Wien-Innere Stadt

Datengrundlagen: Windatlas nach WAsP Digitalisierung

Hindernismodul: Entfernung, Höhe, Abmessung, Porosität Relevanz:

Hindernishöhe mindestens 1/3 Messhöhe Folie 6 Berechnung

6 Datengrundlagen: Windatlas nach WAsP Digitalisierung Hindernisse: lokale Effekte erfassen und bereinigen Eingabe in Hindernismodul: Entfernung, Höhe, Abmessung, Porosität Relevanz: Entfernung Messstation-Hindernis ~50 Hindernishöhen & Hindernishöhe mindestens 1/3 Messhöhe Folie 6 Berechnung Windatlas für jede Station Orographie: Raster 25m, 31 x 29 km Rauigkeit, 31 x 29 km Hindernisse

7 Mittlere Gebäudehöhe a. b. c. d. e. f. a. Gebäudemodell geringfügig bearbeitet Folie 7 b. 5 x 5 m Raster, die Schattierung zeigt die mittlere Gebäudehöhe der einzelnen Gebäude c. Raster in Punkte umgewandelt d. Interpoliertes Rasters 100 x 100 m e. Interpoliertes Raster 25 x 25 m mit Stadtentwicklungsgebieten f. Summe aus mittlerer Gebäudehöhe und Orographie

8 Modellierung Betreiben Strömungsmodell (WAsP), Eingangsfelder: Windatlas: bereinigte Windklimatologien Rauigkeit (reduziert) Mittlere Gebäudehöhe + Orographie = Modellorographie (3m-Isolinien) Folie 8 Aufteilung Domäne (Gesamt 31 x 29km) Interpolierter Windatlas Simulation der Teilgebiete Postprocessing: Korrektur einzelner Werte (zu hohe Windpotentialwerte) Luftdichtereduktion Zusammenführung der Teilgebiete zur Gesamtdomänen

jährliche Werte: Leistungsdichte Mittlere Windgeschwindigkeit Weibull-Verteilung

9 Ergebnisse: Windpotentialkarte Folie 9 Leistungsdichte e [W/m 2 ] Windgeschwindigkeit v [m/s] 16 Ergebnisfelder mittlere jährliche Werte: Leistungsdichte Mittlere Windgeschwindigkeit Weibull-Verteilung Windrichtungshäufigkeit (12 Sektoren) 25 x 25 m Auflösung 10 m über mittlerer Gebäudehöhe bzw. Grund Zusatzinformation Modellorographie Weibull-Formfaktor k [1] Weibull-Skalierungsfaktor A [m/s]

10 Ergebnisse: Interpretation Ergebnisse zeigen Potential für Windenergienutzung mit Kleinwindkraftanlagen Folie 10 Lokale reale Gegebenheiten wie Abschattungseffekte (Nachbargebäude), Verstärkungseffekte (Gebäudegeometrie, Gebäudeensemble) beeinflussen sowohl Windgeschwindigkeit als auch Windrichtung Tatsächlicher Windertrag an potentiellen Standort kann höher/geringer sein Windverhältnisse in Gebieten mit hohem-mäßigem Potential Empfehlung zu Standortbegutachtung (Optimierung) Ergebnisse zeigen theoretisches Potential, etwaige Einschränkungen (Widmung, Naturschutz etc.) nicht berücksichtigt

11 Bewertung vorläufige Zonierung Hohes Windenergiepotential für Kleinwindkraft: 4 m/s Mittelmäßiges Windenergiepotential für Kleinwindkraft: 2,5-4 m/s Geringes Windenergiepotential für Kleinwindkraft: < 2,5 m/s Folie 11

12 Beispiel Beispiel Windzonierungskarte (Online-Umsetzung Stadt Wien) Folie 12 v = 4,14 m/s e = 112 W/m 2 A = 4,6 m/s k = 1,56 dd = 6, 5, 4, % v = 3,21 m/s e = 52 W/m 2 A = 3,57 m/s k = 1,55 dd = 5, 3, 4,... %

13 Fragen? Hildegard Kaufmann Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik - ZAMG Bereich Kundenservice, Fachabteilung Klima hildegard.kaufmann@zamg.ac.at Folie 13

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