Überblick WindPRO V2.9 Neue Features und Verbesserungen WAsP-CFD-Berechnungen in WindPRO WindPRO 2.9 bietet einen benutzerfreundlichen Zugang zu CFD- Berechnungen auf einem Hochleistungs-Rechencluster. So können ohne hohe Anfangsinvestitionen Ertragsprognosen im komplexen Gelände durchgeführt werden, die weit detaillierter sind, als auf herkömmlicher PC- Hardware betriebene CFD-Modelle. Die Nutzung von WAsP-CFD setzt eine gültige Lizenz für WAsP 11 und für das WindPRO-Modul MODEL voraus. Einfache Bedienung ist ein zentrales Anliegen der WAsP-CFD- Implementierung in WindPRO. Wer bereits herkömmliche WAsP- Berechnungen gemacht hat, kann Knowhow und Erfahrung direkt für Berechnungen im komplexen Gelände nutzen. Die Eingangsdaten für eine WAsP- und eine WAsP-CFD-Berechnung sind weitgehend die gleichen, so dass beide Methoden ohne großen Aufwand parallel angewandt werden können. Eine Berechnungsfläche umfasst von 2x2 km. Große Standorte werden in mehrere Berechnungsflächen aufgeteilt. Die Teilflächen können automatisch aus einem WEA-Flächen-Objekt erzeugt oder manuell auf der Karte platziert werden. Das Beispiel rechts zeigt einen Standort mit 100 WEA und 2 Messmasten, der durch insgesamt 11 Berechnungsflächen abgedeckt wird. Berechnungsflächen werden in etwa 20-30 Minuten/Fläche auf dem WAsP-CFD-Hochleistungscluster (betrieben von EMD) sequenziell abgearbeitet. Die Zeit der voraussichtlichen Fertigstellung kann jederzeit abgerufen werden. Der Preis pro Berechnungsfläche beträgt 200. Ein Standard-PC würde etwa drei Tage benötigen, um eine Fläche in derselben hohen Auflösung zu berechnen. Die benötigte Auflösung wurde in aufwändigen Tests durch DTU/Risø ermittelt und ist essenziell, um die numerische Unsicherheit einer CFD-Berechnung auf ein akzeptables Niveau zu bringen. Weitere WAsP-Themen - Mit WindPRO 2.9 und WAsP 11 wird ein neuer Weg der Verknüpfung der beiden Programme beschritten: Während in früheren Versionen ein reduzierter WAsP-Berechnungskern verwendet wurde, greift WindPRO 2.9 nun direkt auf die Standardinstallation von WAsP 11 auf Ihrem Rechner zu. Auf die Bedienung hat dies keinen Einfluss, es ermöglicht WindPRO 2.9 aber, Ergebnisse aus WAsP 11 abzugreifen, die vorher nicht zugänglich waren, z.b. berechnete Verdrehung, Rauigkeits-, Orographie- und Hindernis-Speedup und Mesoskalen- Rauigkeit. Diese Ergebnisse sind über Ergebnis-in-Datei einer PARK- Berechnung zugänglich und werden auch in einer zukünftigen Version der jährlichen Variationsberechnung eine Rolle spielen. - Die Stabilitätskorrektur wurde in WAsP 10.2 verbessert, so dass sich Offshore und in Küstenregionen Abweichungen zu früheren WAsP- Versionen ergeben. Die Grafik rechts zeigt die Änderungen zwischen WAsP 10.2 und WAsP 9 in Abhängigkeit zur Entfernung von der Küste. - Höhen- und Rauigkeitskarten werden bei Angabe einer Begrenzung nun rechtwinklig beschnitten, im Gegensatz zum früheren Modus, bei dem nur Linien, die vollständig außerhalb der Begrenzung lagen, entfernt wurden. Dieser Modus konnte in einigen Fällen zu (räumlich) sehr großen Karten führen, was wiederum die Auflösung der WAsP- Berechnung reduziert. Berechnete Produktionen mit WAsP 10.2 im Vergleich zu WAsP 9 in Abhängigkeit von der Küstenentfernung. Die Maximale Abweichung beträgt fast 6% in 100m Höhe. Diese Ergebnisse basieren auf konkreten geographischen Situationen und sind nicht repräsentativ für andere Standorte. 1
EMD-ConWX-Mesoskalen-Datensatz Ab WindPRO 2.9 kann ein Mesoskalen-Datendienst für Europa (Abdeckung siehe Karte) abonniert werden. Die räumliche Auflösung beträgt 0,03 x 0,03 (entspricht in Deutschland ca. 2,1 x 3,3 km), die zeitliche Auflösung ist 1 Stunde. Die Modellierung basiert auf dem Grenzdatensatz ERA interim von ECMWF und wird auf einem Hochleistungs-Rechencluster durch EMD und ConWK (www.conwx.com) unter Verwendung der Software WRF vorgenommen. Windgeschwindigkeit und Windrichtung werden für Höhen von 10, 25, 50, 75, 100, 150 und 200m ü. Gr. modelliert. Für eine oder mehrere Höhen stehen zusätzlich Temperatur, Druck und weitere klimatische Parameter zur Verfügung. Bei Einführung werden die Daten mindestens einen Zeitraum von 10 Jahren abdecken, dieser Zeitraum wird im Lauf des Jahres 2013 auf 20 Jahre erweitert. Neue Daten werden mit einem Zeitversatz von etwa 3 Monaten zur Verfügung gestellt (dieser Versatz ist durch die Datenquelle ERA interim bedingt). Umfassende Tests gegen Windmessungen werden kontinuierlich durchgeführt. Treten Abweichungen auf, werden diese auf der Downloadseite veröffentlicht, um Anwendern die Korrektur auf ein angemessenes lokales Niveau zu ermöglichen. Ein Vergleich des Mesoskalen-Windprofils mit dem von WAsP berechneten Profil (rote Linie) ist rechts abgebildet. Das gezeigte WAsP-Profil wurde durch ein 160m- Messung verifiziert. Ein 1-Jahres-Abonnement zum Bezug der EMD/ConWX-Zeitreihen kostet 1500 für die erste und 450 für jede weitere Lizenz. Im Rahmen angemessener Nutzung ist die Downloadmenge nicht begrenzt. Systematischer Download ist nicht zulässig und führt zur Sperrung des Zugangs. Das neue Modul PERFORMANCE CHECK PERFORMANCE CHECK dient zur Analyse der tatsächlichen Produktion von WEA und Windparks. Das Hauptziel ist es, festzustellen, ob die Anlagen wie erwartet produzieren und, wenn nicht, welche Produktion anhand der vorliegenden Daten zukünftig zu erwarten ist. Darüber hinaus ist PERFORMANCE CHECK ein einzigartiges Tool, um die Eignung von Prognosemodell und Eingangsdaten zu prüfen sowie ob WEA entsprechend ihrer Leistungskennlinien produzieren. Es können sowohl mit 10-min SCADA-Daten als auch Stunden-, Tages- oder Monatsmittelwerte verwendet werden. Fein aufgelöste Daten führen zu einer genaueren Analyse, wenn jedoch mehrere Jahre Produktionsdaten für mehrere WEA vorliegen und nur einen allgemeiner Überblick über die Performance benötigt wird, ist eine geringe Auflösung schneller und effizienter. In Verbindung damt wurde auch die PARK-Berechnung mit jährlicher Variation verbessert. Hier können nun einzelne WEA ausgewählt und Zeitreihen auf andere Mittelungszeiträume aggregiert werden, um die Datenmenge zu reduzieren. Teil von PERFORMANCE CHECK ist ein umfangreiches Windindex-System. Eigene Index-Datenbanken können erstellt und z.b. über Copy-Paste aus Excel-Tabellen gefüllt werden. Ebenfalls können Zeitreihen in METEO- Objekten zur Indexerstellung verwendet werden und im erweiterten Modus über MCP-Techniken skaliert werden. Liegen beispielsweise MERRA-Daten für eine ganze Region vor, kann eine regionale Index- Datenbank mit wenigen Mausklicks erstellt werden. Vergleichbar einfach erfolgt auch ein monatliches Update: Wählen Sie zuerst Neue Daten laden im Meteo-Analyzer und aktualisieren Sie anschließend die Index- Datenbank. Mit der Index-Datenbank und monatlichen Produktionsdaten kann die Windindex-korrigierte Produktion (WKP) für eine WEA berechnet und damit Prognosen effizient validiert werden. Die Berichte von PERFOMRANCE CHECK umfassen: - Erwartete langjährige Produktion - Verlustanalyse auf Basis der index-korrigierten Produktion (tatsächliche Produktion, monats- und jahresweise). - Prognosen auf Basis der historischen Indexschwankungen und der kalkulieren WKP. Mit dem Index werden Standardabweichungen und Überschreitungswahrscheinlichkeiten (z.b. P 75 und P 90) für das kommende Jahr auf monatlicher Basis berechnet. 2
Neue Features im METEO Objekt Das METEO-Objekt in Version 2.9 bietet noch umfangreichere Möglichkeiten der Datenanalyse: Ausreißer in den Grafiken (XY-Grafik etc.) können durch Doppelklick auf den Datenpunkt in der Zeitreihen-Grafik dargestellt werden. Mit Rechtsklick kann der Punkt deaktiviert werden. Die Deaktivierungslinie ermöglicht es, alle Ausreißer in einer XY-Grafik auf einmal zu deaktivieren. Synthese von Zeitreihen für zusätzliche Höhen auf Basis einer Windgradienten-Matrix (z.b. typischer Windgradienten-Tagesgang für jeden Monat und jede Richtung, siehe Grafik). Neben der Nutzung zur Zeitreihen-Synthese ist die Matrix alleine bereits ein mächtiges Analysewerkzeug, da sie wertvolle Informationen über den Jahresund Richtungsverlauf der Windscherung übersichtlich aufbereitet Bei jeder Grafik gibt es nun eine Schaltfläche für den Datenexport (z.b. nach Excel). Klicken-Ziehen zoomt in der Zeitreihen-Grafik. Verbesserte Ansichten der Wind- und Energierosen mit abgerundeten Sektoren, monatlicher Ansicht sowie Anzeige der Leistungsdichte und WEA-Produktion (vereinfachte Leistungskennlinie) in Windgeschwindigkeitsintervallen. Direktes Einlesen von.rwd-dateien (NRG-Datenlogger). Vorlagen für Meteo-Berichte können gespeichert / geladen werden und müssen nicht jedes Mal neu angelegt werden. XY- und Windgeschwindigkeits-Differenz-Grafik laden voreingestellt die ersten zwei Höhen zur Voransicht, was die Arbeit schneller und einfacher macht. Wenn der Cursor auf einen Punkt zeigt, wird (bei nicht aggregierten Grafiken) nun der Mess-Zeitpunkt angezeigt. Werden Daten neu geladen (z.b. mit veränderten Kalibrierungsparametern), bleiben auch Teil-Deaktivierungen erhalten. Eine Wiederholung des Screenings ist nicht mehr nötig. Matrix der Windscherung über Monate (Spalten) und Tagesstunden (Zeilen). Hier ein bewaldeter Standort in Nordschweden ohne Sonneneinstrahlung im Winter generell hohe Windscherung, extrem aber Nachts und im Winter Weitere neue Features Die genannten Erweiterungen beschreiben die wichtigsten Neuigkeiten in WindPRO 2.9, es gibt jedoch viele weitere wertvolle Verbesserungen hier eine Auswahl: Neue Online-Datendienste: CFSR Winddaten mit globaler Abdeckung: Dies ist eine Alternative zu den MERRA-Daten, die an manchen Orten besser mit den Messdaten korreliert. Da damit zwei alternative Datensätze vergleichbarer Qualität vorliegen, kann die Unsicherheit einer Langzeit-Korrektur deutlich reduziert werden (mit EMD/ConWX- Zeitreihen ist eine weitere Verbesserung möglich). WMS (Web Map Service): Karten von WMS-Diensten können in WindPRO heruntergeladen und zur Verwendung in Projekten gespeichert werden. Einige WMS- Dienste sind bereits vorkonfiguriert, eigene WMS-Server können über ihre URL eingebunden werden. Google-Overlay Karten-Import: Ermöglicht die Georeferenzierung von Karten in Google Earth, indem die überlagerte Karte mit korrekter Ausrichtung und Größe an die richtige Position gezogen wird. Die Karte wird als.kmz-datei in Google Earth gespeichert und in WindPRO importiert. DECIBEL und NORD2000 Immissions-Richtwerte von Schall-Immissionsorten können bei der Berechnung angegeben werden (anstatt im Schall-Immissionsort-Objekt). Damit wird Nutzung und Vergleich verschiedener Berechnungsmodelle erleichtert, da nicht alle Schallimmissionsorte geändert werden müssen. Eine Mischung aus vorher festgelegten Anforderungen und Angaben bei den Berechnungseinstellungen ist auch möglich. Die einzelnen Schall-Immissionsorte bieten die Option In DECIBEL-/NORD2000-Berechnung festlegen. 3
Die Anzeige der Distanz zum Richtwert (in Metern) ist eine neue Option in der DECIBEL-Berechnung. Dadurch ist es leicht zu erkennen, wie weit Anlagen verschoben werden können oder sollten, um den Anforderungen zu entsprechen. Diese Option kann in den Berechnungseinstellungen auch abgewählt werden. Die Überprüfung von Abstandsanforderungen (in Metern) eines Schall-Immissionsorts in den Berichten kann nun deaktiviert werden. Ein neues Schallmodell für die Niederlande wurde implementiert. Dieses Modell ist im Vergleich zu anderen Schallmodellen relativ komplex, die Anwendung in WindPRO ist jedoch sehr einfach. Die Berechnungsengine von NORD2000 läuft nun vollständig im Hintergrund, so dass der Rechner während aufwändiger NORD2000-Berechnungen für andere Zwecke genutzt werden kann, ohne dass das NORD2000-Fenster ständig erscheint. SHADOW Eine kleinere Verbesserung der Ergebnisgenauigkeit wurde vorgenommen. In früheren Versionen wurden Schattenwurfzeiten von weniger als 2 Minuten aufgrund des Zeitschritts der Berechnung auf 2 Minuten aufgerundet. Das Hauptergebnis stimmte daher nicht immer mit den Angaben im Kalender überein. Eine Rundung findet nun nicht mehr statt. Ergebnislayer Erstellen von Vergleichslayern Zwei Ergebnislayer können nun verglichen werden, indem z.b. eine Windressourcenkarte aus einer WAsP-CFD-Berechnung von einer normalen WAsP- Berechnung subtrahiert wird (siehe Abbildung unten), um Modellunterschiede zu verdeutlichen. Jegliche Ergebnislayer können verglichen werden und es können sogar eigene Formeln für den Vergleich definiert werden. So können bei Vorliegen einer sinnvollen Formel z.b. Schall- und Schattenlayer zu einem kumulierten Einfluss zusammengefasst werden. Vergleich von Windressourcenkarten: Links WAsP, in der Mitte WAsP-CFD und rechts das Vergleichslayer (WAsP minus WAsP-CFD). Es ist deutlich zu sehen, dass WAsP um bis zu 0,7 m/s höhere Ergebnisse als WAsP-CFD liefert. Siehe auch Abbildung am Ende des Dokuments 3D-Viewer Ein Werkzeug zur schnellen Überprüfung Ihres Standorts und der Höhendaten. Einige Beispiele sind unten dargestellt. WEA-Objekte werden lediglich als grobe Skizzenansichten angezeigt, andere Objekte auf der Karte werden mit einer Strichmarkierung dargestellt. Jede Hintergrundkarte und/oder Ergebnislayer kann als Hintergrund ausgewählt werden. Die Überhöhung kann angepasst und ein Gitternetz angezeigt werden. Der dargestellte Ausschnitt ergibt sich aus dem sichtbaren Ausschnitt im regulären Kartenfenster. Der Blickwinkel kann frei und in Echtzeit gewählt werden. 4
Die letzte Darstellung zeigt das WAsP-minus-WAsP-CFD-Ergebnis aus dem vorigen Abschnitt im 3D-Viewer. Hier zeigt sich, dass es vorwiegend in den Tälern bzw. den Bereichen hinter den Hügelkuppen ist, wo WAsP höhere Windgeschwindigkeiten als WAsP-CFD prognostiziert. 5