ORA (DE)
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Die Handhabung von Wäldern in Energieberechnungen ist kompliziert und es gibt unterschiedliche Ansätze. Einer der vielversprechenderen und intensiv getesteten ist ORA ("Optimized Roughness Approach", "Optimierter Rauigkeits-Ansatz").
Bei ORA werden die Rauigkeiten bewaldeter Bereiche entsprechend Höhe und Art des Waldes modifiziert. Höhere Bäume führen zu höheren Rauigkeitswerten und bei gleicher Höhe haben Nadelwälder eine höhere Rauigkeit als Laubwälder.
windPRO verfügt seit windPRO 3.2 über ein ORA-Werkzeug, das als Ergebnis eine neue Rauigkeits-Datei erzeugt, die die regulären (nicht-Wald) sowie die nach ORA modifizierten Rauigkeiten (Wald) enthält. Diese wird in einer Ertragsprognose zusammen mit dem Verdrängungshöhen-Rechner verwendet.
Das ORA-Werkzeug benötigt als Eingangsdaten
- Ein Verdrängungshöhen-Profil, das die Definition von Wald liefert sowie
- Eine Rauigkeitskarte mit regulären Rauigkeiten (Linien oder Areal), aus der eine neue Rauigkeitskarte (Linien-Objekt) mit modifizierten Waldrauigkeiten erzeugt wird.
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Definition Waldhöhe:
- Aus dem Menü kann ein Verdrängungshöhen-Profil gewählt werden. Über Bearb. wird der Verdrängungshöhen-Rechner gestartet, um Profile zu erzeugen oder zu modifizieren. Das gewählte Verdrängungshöhen-Profil liefert der ORA-Methode die Flächen, die als Wald zu betrachten sind, sowie deren Höhen.
- Beachten Sie, dass nur Verdrängungshöhen-Profile auf Basis unterschiedlich hoher Wälder in ORA verwendet werden können, da variierende Waldhöhen ein integraler Teil des Konzepts sind.
- Im Verdrängungshöhen-Rechner gibt es ein neues Bedienelement, das im Zusammenhang mit ORA steht:
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- Anders als bei der eigenständigen Verwendung des Verdrängungshöhen-Rechners sind in der ORA-Methode reduzierte Verdrängungshöhen-Faktoren vorgesehen, nämlich:
- 0,70 für Laubwald
- 0,66 für Nadelwald
- Im Zusammenhang mit ORA sollten diese standardmäßig verwendet werden. Dies sind empirisch ermittelte Werte, die in Kombination mit den erhöhten Rauigkeitswerten zu den besten Ergebnissen geführt haben. Für spezifische Standorte können zwar andere Kombinationen besser funktionieren, diese herauszufinden erfordert aber sehr gute Daten, z.B. mehrere Messmasten am Standort.
- Dasselbe Bedienelement finden Sie auch im ORA-Fenster. Wird der Waldtyp dort geändert, wird windPRO nachfragen, ob er auch im Verdrängungshöhen-Profil geändert werden soll.
Rauigkeitsquelle:
- Dies ist eine bereits existierende Rauigkeitskarte im Linien- oder Arealformat mit regulären Rauigkeitsangaben für alle Landschaftsbestandteile. In der ORA-Methode bildet diese die Grundlage für eine neu zu erzeugende ORA-Rauigkeitskarte, deren Rauigkeiten für Waldflächen entsprechend der Waldhöhen-Tabelle rechts im Fenster modifiziert werden.
Waldhöhe / Waldtyp:
- Wählen Sie unter der Tabelle den vorwiegenden Waldtyp. Die entsprechenden Rauigkeitswerte wurden von Peter Enevoldsen (Ph.D, Aarhus University) empirisch anhand mehrerer Testfälle ermittelt (siehe Weblink im ORA-Fenster). Die Rauigkeitswerte für Nadelwald sind höher als die für Laubwald, um also bei Landschaften mit beidem auf der sicheren Seite zu sein wählen Sie Nadelwald.
- Wenn Sie den Waldtyp Benutzerdefiniert wählen, können Sie die Tabelle modifizieren und ergänzen. Die angegebenen Höhen beziehen sich auf die im Verdrängungshöhen-Profil gewählte Walddefinition.
Ausgabe:
- Mit ORA-Linienobjekt erz. wird zunächst ein Rauigkeitsraster der Waldflächen entsprechend Verdrängungshöhen-Rechner-Walddefinition und ORA-Methode erzeugt. Die Original-Rauigkeitskarte wird ebenfalls in ein Rauigkeitsraster konvertiert und die beiden Raster werden in der Form kombiniert, dass die ORA-Waldrauigkeitenkarte die Original-Rauigkeiten überschreibt. Das resultierende Raster wird dann in eine Rauigkeitslinien-Datei umgewandelt.
- Die o.g. Raster-Operationen finden standardmäßig in einem 100x100m-Raster im aktuell gewählten kartesischen Koordinatensystem entspricht. Ist aktuell ein geographisches System gewählt, wird stattdessen UTM WGS84 (aktuelle Zone) verwendet.
- Hat das Raster mehr als 25 Mio. Punkte, so bricht windPRO mit einer Warnung ab und die Operation kann nicht fortgeführt werden. Reduzieren Sie dann die Auflösung (=höhere Werte) oder verkleinern Sie die Rauigkeitskarte. Dies sollte allerdings nicht dazu führen, dass kleinere Wälder vom Raster nicht mehr erfasst werden.
Nach Erzeugung der Ergebniskarte müssen Sie in einem Terraindatenobjekt die reguläre Rauigkeitskarte durch diese ersetzen. Sie sollte stets in Verbindung mit dem passenden Verdrängungshöhen-Recher-Profil verwendet werden.
Der ORA-Ansatz wurde von Floors, Enevoldsen et al. entwickelt[1] und von Enevoldsen in seiner Dissertation vertieft[2]. Die Validierungsergebnisse wurden beim Ressource Assessment Workshop 2017 in Edinburgh präsentiert[3], wo demonstriert wurde, dass 3 unterschiedliche kommerzielle CFD-Waldsimulationen in Windgeschwindigkeits-Kreuzvorhersagen mittlere Fehler von ~6,5% hatten, wogegen das ORA/WAsP-Modell nur auf 2% Modellfehler kam.
Referenzen:
- ↑ Rogier Floors, Peter Enevoldsen, Neil Davis, Johan Arnqvist, Ebba Dellwik: From Lidar scans to roughness maps for wind resource modelling in forested areas; Wind Energy Science, 2018
- ↑ Peter Enevoldsen: Managing the Risks of Wind Farms in Forested Areas: Design Principles for Northern Europe; Aarhus BSS, Aarhus University, Department of Business Development and Technology (BTECH), 2017
- ↑ Peter Enevoldsen: A Uniform Approach for Wind Simulations in Forested Areas: Examining the Importance of Data Inputs; Resource Assessment Workshop, Edinburgh, 2017