Satelliten-Beobachtungen zur Verbesserung der bodennahen Windfeldmodellierung für Standortsuche und Vorhersagen

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Satelliten-Beobachtungen zur Verbesserung der bodennahen Windfeldmodellierung für Standortsuche und Vorhersagen"

Calvin Lang
vor 6 Jahren
Abrufe

DLR.de Folie 1 > Vortrag > Frank Baier Satelliten für Windenergie

bodennahen Windfeldmodellierung für Standortsuche und Vorhersagen

Thomas Frank Baier, EschEschEschEschEsc Annekatrin Metz, Marion

1 DLR.de Folie 1 > Vortrag > Frank Baier Satelliten für Windenergie > 15. März 2017 Satelliten-Beobachtungen zur Verbesserung der bodennahen Windfeldmodellierung für Standortsuche und Vorhersagen Frank Baier, Annekatrin Metz, Marion Schroedter-Homscheidt, Thomas Frank Baier, EschEschEschEschEsc Annekatrin Metz, Marion Schroedter-Homscheidt, Thomas Esch Copernicus Nutzerforum 2017 BMVI, Berlin

2 DLR.de Folie 2 Satelliten und Windenergie Anforderung an Modellierung und Prognose des bodennahen Windfeldes Status und Ausblick Copernicus-Missionen für Bodenkartierung Ziele und erste Ergebnisse des DLR Projekts LandCover4Wind

3 DLR.de Folie 3 Anforderungen Windenergie Kartierung der mittleren Ertragserwartung Genaue Tagesprognosen (senken der operative Kosten am Strommarkt*) Sicherheit (rechtzeitige Warnung vor Belastungsspitzen!) *NREL Report: forecasting improvement of 10-20% could result in $ M in annual operating cost savings (Lew et al. 2011).

4 DLR.de Folie 4 Abhängigkeit der Strömung von Bodenparametern Boden: Albedo, Feuchte, Rauhigkeit, Elevation, Boden-Atmosphäre: Austausch von Impuls und Energie (Reibung etc.) Grenzschicht (PBL): Windprofil, Schichtung,Turbulenz, Rauhigkeitslänge: logarithmisches Windprofil (Prandl-Schicht) Elevation: direkter Einfluss über Kompressionseffekte

5 Einfluss der Rauhigkeitslänge = ZØ 20% change at 50 m alt. Mölder and Lindroth, 1999

6 DLR.de Folie 6 Einsatz von Sat-Daten am Beispiel von Z0 Verknüpfung über LUC* Tabellen, z.b. ZØ(LUC, GVF*, Gebäudehöhen, ) GVF(LUC) x Monatsmittel (z.b. 5 Jahre AVHRR NDVI) LUC-Datenquellen USGS (WRF Standard) (1km, 30s) CLC (Corine 2012) (100m, 3s) ->LS 7, Spot 4/5, IRS P6 Ausblick (globale Abdeckung ~ 6 Tagen) ZØ -> S1 (C-Band Radar) <10m LUC -> LS 8, S2 <10m *Land Use Classification Green Vegetation Fraction

DLR.de Folie 7 > Erdbeobachtung für Windenergieanwendungen Ableitung spezifischer Parameter zur Landoberfläche > Annekatrin Metz > 23.

7 DLR.de Folie 7 > Erdbeobachtung für Windenergieanwendungen Ableitung spezifischer Parameter zur Landoberfläche > Annekatrin Metz > Potential neuer Sat-Daten From experimental to operational products potential of new sensors Sentinel-1 acquisition August 2015

8 Sentinel-2 acquisition August 2015

9 DLR.de Folie 9 > Erdbeobachtung für Windenergieanwendungen Ableitung spezifischer Parameter zur Landoberfläche > Annekatrin Metz > Potential für LUC CLC 100m CLC 30m

DLR.de Folie 10 > Erdbeobachtung für Windenergieanwendungen Ableitung spezifischer Parameter zur Landoberfläche > Annekatrin Metz > 23.03.

10 DLR.de Folie 10 > Erdbeobachtung für Windenergieanwendungen Ableitung spezifischer Parameter zur Landoberfläche > Annekatrin Metz > Potential für multi-temporale Klassifizierung Detailed land cover based on multi-temporal analyses September July June April Phenology of different crop types Seasonal Satellite imagery (IRS-P6 AWiFS)

11 DLR.de Folie 11 DLR Projekt LandCover4Wind Nutzen zeitlich und räumlich (hochaufgelöste) Geoinformationen für Energieanwendungen Kartierung solarer Nutzungsflächen Verbesserung der Windprognose Oberflächenrauhigkeit Landnutzungklassen Digitales Höhenmodell

12 DLR.de Folie 12 Testgebiet: Raum Augsburg-München

13 DLR.de Folie 13 WRF LSM Prognosemodell Zielregion Augsburg-München (100x80km 2 ) 2x 30h Prognosen: ; (18:00) One-way Nest mit hoher Auflösung (500 km) Boden+Grenzschichtmodelle: NOAH LSM, MYJ, MO Daten USGS LUC GTOPO30 (1 km) Corine LUC (CLC) 2012 (100 m) SRTM DEM (30 m) remapping auf 24 USGS Klassen upscaling auf 100 m Gitter *CLC -> LANDSAT 7; IPR P6 LISS

14 DLR.de Folie 14 Experimente 1. USGS Standardkonfiguration = Referenz (Zo = 0.5) 2. USGS Klasse 11 (Laubwald) mit Zo = 0.01 (Steppe) 3. CLC+SRTM DEM mit 24 USGS-Klassen

15 DLR.de Folie m Wind nach 30h Prognose ( :00) Z0 Effekt

16 DLR.de Folie 16 Vergleich Z0 versus CLC+DEM Effekt 30h Windänderung^2 [m/s]

17 DLR.de Folie 17 Einfluss der Rauhigkeitslänge auf 30h Prognose Ostwind

18 DLR.de Folie 18 Metriken ZØred* ZØ CLC/SRTM USGS Prognosetage Mittlerer 100m WS [m/s] (50m) 17.3 (14.1) 10.0 (8.3) 17.3 (14.1) 10.0 (8.3) Standardabw. WS [m/s] (50m) 8.0 (7.2) 5.9 (5.3) 8.0 (7.2) 5.9 (5.3) Mittl. pos. 100m WS [m/s] (%) (10.1) (11.9) (10.1) (10.6) Mittl. neg. 100m WS [m/s] (%) (7.2) (2.8) (8.3) (9.2) Max. pos. 100m WS [m/s] (%) (36) (105) (28) (114) Max. neg. 100m WS [m/s] (%) (31) (68) (36) (93) Augsburg (+- 1km) 0.20 (+-3.0) (+-2.9) Mittl. Delta 100m WS [m/s] (STD) 0.83 (+-1.5) 1.44 (+-0.8) 0.26 (+-1.6) 0.24 (+-0.8) *) ZØ = 0.5 m (Laubwald) ZØred = 0.01 m

19 DLR.de Folie 19 Zusammenfassung und Ausblick Einfluss der Bodenparameter auf Windprognose stark von Lage und Zeitpunkt abhängig (Peak > 100%) mittlere Abweichungen Windgeschwindigkeit bis 12% lokale Abweichungen (AUG) erreichen Signifikanzschwelle Bewertung DEM und Z0 Effekte >> LUC Effekt Nicht-Linearität: Erweiterte Testepisoden nötig Verifikation mit Bodenmessungen

20 DLR.de Folie 20 Perspektiven für Copernicus Setzen sie Copernicus-Missionen bereits ein? Ja -> Landuse Monitor Service EU Haben sie Anregungen für die nationalen Copernicus Services? Kooperationen mit KMUs weiter ausbauen Öffentlichen Datenzugang erleichtern Wie kann sie die BR noch besser unterstützen? Die wissenschaftliche Nutzung durch Copernicus Programme fördern Vorschläge für die nächste Sentinel Generation? Ergänzen der Missionen für höhere zeitliche Auflösung

Ähnliche Dokumente

Das Copernicus Sentinel Satellitenprogramm. Neue Anwendungsmöglichkeiten für die Erdbeobachtung

Das Copernicus Sentinel Satellitenprogramm Neue Anwendungsmöglichkeiten für die Erdbeobachtung Prof. Dr. Günter Strunz Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Oberpfaffenhofen Vortrag im Rahmen