PERFORMANCE CHECK-Überblick

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Windenergieanlagen sollten während ihres Betriebs regelmäßig darauf überprüft werden, ob ihre Produktion den Erwartungen entspricht. Viele Gründe können zu einer geringeren Produktion führen, als in der Planungsphase erwartet. Einer der wichtigsten Gründe dafür liegt im Berechnungsmodell, welches auf einer schwachen oder falschen Datenlage basiert oder eine ungenügende Geländemodellierung bietet. Andere Gründe können aber auch im Betrieb der WEA liegen, wie Pitch- oder Yaw-Probleme, unvorhergesehene Betriebseinschränkungen (z.B. netzbedingt) oder häufige Vereisung.

Das windPRO-Modul PERFORMANCE CHECK ermöglicht es, eine Produktions-Analyse der WEA durchzuführen und Gründe für Minder- oder Mehrproduktion herauszufinden. Üblicherweise liegt eine große Datenmenge an z.B. 10-min-Werten der verschiedenen Parameter aus der Anlagensteuerung / dem SCADA-System vor, aber auch monatliche Produktions- und Verfügbarkeitswerte können über PERFORMANCE CHECK ausgewertet werden.

Mit PERFORMANCE CHECK haben wir ein flexibles Werkzeug geschaffen, welches die typischen Situationen meistern kann:

  • Ermittlung der erwarteten zukünftigen Langzeitproduktion über eine Windenergie-Index-Korrektur der monatlichen Daten.
  • Analyse der monatlichen Daten mit Hilfe der aggregierten PARK-Berechnung mit jährlicher Variation.
  • Vergleich der Detaildaten (z.B. 10-min- oder stündliche Werte) mit der detaillierten PARK-Berechnung mit jährlicher Variation.
  • Validierung der Leistungskennlinie basierend auf detaillierten (10-min) Werten für Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Leistung.
  • Erstellung von X-Y-Grafiken um Anlagen(steuerungs)probleme und Datenqualität zu prüfen.

Der erste Punkt erfordert einen Windenergie-Index, der selbst einkopiert oder in PERFORMANCE CHECK basierend auf Windmess- oder Reanalysedaten erstellt werden kann, z.B. den frei zugänglichen Online-Daten MERRA, CFSR oder ERA, oder den detaillierteren, käuflich erwerblichen EMD-ConWx-Daten sowie von anderen Anbietern wie VORTEX oder 3TIER.

Die Validierung der Leistungskennlinie erfordert eine Zeitreihe der Windgeschwindigkeit und –richtung sowie, wenn möglich Temperatur- und Druckdaten, um eine Luftdichtekorrektur vorzunehmen. Diese Werte können von einem lokalen Windmessmast, LIDAR, SODAR, der Gondelmessung oder aus einem Mesoskalenmodell stammen. Zusätzliche Daten wie Umdrehungszahl, Pitchwinkel usw. können die Evaluierung von Anlagenproblemen unterstützen.


Die beiden wesentlichen Einsatzgebiete für das Modul PERFORMANCE CHECK:

  • Kalibrierung des Berechnungsmodells, so dass der Langzeitertrag zuverlässig berechnet werden kann. Sehr wichtig ist dies für den Verkauf des Projektes, denn allein die erwartete Produktion entscheidet über den Verkaufspreis!
  • Erkennung von Problemen der Anlagen und/oder des Berechnungsmodells – Anlagenprobleme können korrigiert werden, Anpassungen / Kenntnisse des Berechnungsmodells ermöglichen bessere Prognosen für kommende Projekte bzw. Berechnungen.

Eine sehr wichtige Funktion in PERFORMANCE CHECK ist die Datenfilterung. Mangelnde Verfügbarkeit ist eine der Hauptschwierigkeiten in der Beurteilung, ob die theoretische Produktions-Berechnung korrekt ist und die WEA gemäß ihrem „Normalbetrieb“ produziert. Daher ist die Anwendung vernünftiger Filter entscheidend für den Erkenntnisgewinn aus PERFORMANCE CHECK.

Neben der Filterung ist es auch möglich Datenpunkte zu deaktivieren, insbesondere um fehlerhafte Daten zu entfernen. Die Deaktivierung kann auch eingesetzt werden, um Verluste z.B. aus Leistungsbegrenzung zu erkennen.


Grundlagen

Das Grundkonzept des Moduls:

Zeitreihen der Produktion / Leistung und soweit vorhanden Verfügbarkeit, Windgeschwindigkeit und –richtung, Umdrehungszahl, Pitchwinkel usw. werden in Existierende WEA-Objekte geladen. Es können auch verschiedene Zeitreihen geladen werden, z.B. monatliche und 10-min-Daten. Daten können auf einen anderen Zeitabstand aggregiert werden, z.B. von 10-min- zu stündlichen Werten.

Liegt eine große Datenmenge vor, können die Zeitreihen über Importfilter ähnlich wie im METEO-Objekt importiert werden. Über eine Zuordnungsfunktion werden importierte Daten dem passenden WEA-Objekt zugewiesen, um Vergleiche zwischen realen und berechneten Werten für das richtige WEA-Objekt durchführen zu können.

Im WEA-Objekt werden fein aufgelöste Zeitreihen (bis Stundenwerte) in Leistung (kW) gespeichert, während grob aufgelöste Zeitreihen (> Stundenwerte, typischerweise Monatswerte) in Produktion (kWh) konvertiert werden. In diesen Einheiten liegen die Daten üblicherweise vor und es kann eine schnelle Plausibilitätsprüfung erfolgen.


Es gibt zwei Ansätze zur Nutzung von PERFORMANCE CHECK:

  1. Monatsbasierte windindex-korrigierte Produktion (WKP) und / oder Vergleich mit monatlich aggregierten Produktionswerten aus einer PARK-Berechnung.
  2. Detaillierte Zeitreihen mit einem Vergleich der berechneten und gemessenen Werte und / oder Leistungskennlinienauswertung.

Beides kann für den gleichen Windpark, aber in zwei getrennten "Berechnungsprofilen" durchgeführt werden. Verschiedene Profile mit z.B. unterschiedlichen Filterungen oder anderen Einstellungen können angelegt und gespeichert werden.

Während der Arbeit mit dem Modul wird eine Windenergie-Index-Datenbank aufgebaut. Hierfür wurde ein umfassendes Index-Datenbank-Konzept entwickelt, welches sowohl "offizielle" Windenergie-Indizes importieren als auch auf Winddaten basierende Indizes erstellen und verarbeiten kann. Winddaten dafür können auch aus dem EMD-Online-Service in METEO-Objekte geladen werden, geeignet sind z.B. MERRA- oder EMD-ConWx-Daten.


PERFORMANCE CHECK Schritt für Schritt: Windindex-Korrektur (Langzeitertrag)

Der einfachste Ansatz in PERFORMANCE CHECK ist die Windindex-Korrektur monatlicher Produktionsdaten. Wichtig ist hier zu bedenken, dass ein Windenergie-Index auch falsche Tendenzen zeigen und dadurch zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann.

  • Einfügen monatlicher Produktionsdaten in Existierende WEA-Objekte:
    1. Import von Online-Daten (derzeit nur DK)
    2. Einfügen aus Zwischenablage (Excel) in Existierende WEA-Objekte
    3. Vorbereitung der gemessenen Produktionsdaten als ASCII-Datei für den direkten Import über einen Importfilter im PERFORMANCE CHECK-Profil
  • Starten des Moduls PERFORMANCE CHECK über Icon DE PerfC(1).PNG oder Menü WerkzeugePERFORMANCE CHECK
  • Wenn nicht bereits im Existierende-WEA-Objekt erfolgt: Daten laden über Importfilter
  • Auswahl der zu analysierenden WEA
  • Zuordnung der WEA-ID aus den Importfiltereinstellungen zu den Existierende WEA-Objekten und Daten laden
  • Auf Register GrafikenWindindex WKP wechseln
  • Einen Windindex wählen (aus vorherigen Berechnungen) oder Index-DB Bearbeiten und einen Windindex aus der Zwischenablage (Excel) oder neuen Windindex aus Langzeit-Winddaten, z.B. MERRA, erstellen
  • Überprüfung der Korrelation, Anwendung von Filtern, Verfügbarkeitskorrekturen etc., um eine zuverlässige Windindex-korrigierte Produktion (WKP) für jede betrachtete WEA zu erhalten
  • Dokumentation über Berichtsausdruck oder Einfügen der Ergebnisse in Excel


PERFORMANCE CHECK Schritt für Schritt: Modell-Kalibrierung, Verlustabschätzung und Langzeitertrag

Die detailliertere Anwendung von PERFORMANCE CHECK geschieht über einen Vergleich mit einer PARK-Berechnung. Die gemessenen WEA-Daten werden zeitschritt-basiert mit den berechneten Daten verglichen. Über verschiedene Datenfilter können die Modelleinstellungen verbessert oder auch die passende Skalierung, z.B. für Meso-Daten herausgefunden und korrigiert werden.

  • Erstellen Sie eine PARK-Berechnung mit zeitlicher Variation aus Meso- oder Messdaten (muss die existierenden WEA-Objekte enthalten). Beachten Sie die Aggregation der Daten, diese muss zu den verfügbaren Produktionsdaten passen (monatliche, stündliche oder 10-Min-Daten). Die Winddaten, auf denen die PARK-Berechnung basiert, können aus Windmessung(en) in der Nähe oder aus der Gondelmessung stammen. Die Daten dürfen jedoch keine Abschattung durch andere WEA erfahren haben (wake-frei). Ggf. könnte daher eine Überarbeitung der Daten nötig sein, z.B. die Kombination mehrerer Gondelmessungen, um WEA-Abschattung aus einer Richtung zu ersetzen. Alternativ können auch Mesoskalen-Daten eingesetzt werden, die immer für freie Anströmung modelliert sind.
  • Für den Import müssen die Produktionsdaten als ASCII-Textdateien bereitgestellt werden.
  • Starten des Moduls PERFORMANCE CHECK über Icon DE PerfC(1).PNG oder Menü WerkzeugePERFORMANCE CHECK
  • Erstellen Sie einen passenden Importfilter für die gemessenen Produktionsdaten, falls diese nicht schon in die existierenden WEA-Objekte geladen wurden.
  • Wählen Sie die Existierende WEA-Objekte, die analysiert werden sollen.
  • Verknüpfen Sie die WEA-ID des Importfilters mit den Existierende WEA-Objekten und importieren die Daten.
  • Nutzen Sie die Filtermethoden, vergleichen die gemessenen mit den berechneten Daten und erhalten einen Eindruck, was ggf. an den Modell-/Berechnungseinstellungen verändert werden sollte. Verlassen Sie PERFORMANCE CHECK, verändern Ihr Geländemodell, die Berechnungseinstellungen o.ä., starten die PARK-Berechnung neu, laden sie erneut in PERFORMANCE CHECK und prüfen die Veränderungen. Wiederholen Sie diesen Vorgang ggf. bis Sie ein zufriedenstellendes Ergebnis erhalten.
  • Zu Dokumentationszwecken können Sie die Daten aus den Tabellen und Grafiken in z.B. Excel exportieren.
  • Soll die PERFORMANCE CHECK-Analyse der Postkalibrierung von Mesoskalen-Daten dienen, kann nun mit den neuen Einstellungen eine PARK-Berechnung durchgeführt werden, um den Langzeitertrag des Parks auf Basis von Meso-Zeitreihen zu bestimmen.


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