Unterschiede zwischen WAsP-Versionen

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Hier sollen die wichtigsten Änderungen zwischen Versionen vor und nach WAsP 10 erläutert werden. Für eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsweise von WAsP greifen Sie bitte auf die Dokumentation des WAsP-Programms zurück.

Bis einschließlich WAsP 9 haben sich das WAsP-Modell und damit auch die Berechnungsergebnisse nur marginal verändert; insbesondere wurden die Limits für die Punktanzahl in Höhen- und Rauigkeitsdateien sukzessive erhöht.

Zwischen WAsP 9 und 10 gab es aber relevante Veränderungen am Modell. Diese beziehen sich hauptsächlich auf die Handhabung von atmosphärischer Stabilität, und dort insbesondere auf Offshore und Küsten-Situationen. Aber auch die Art, wie Rauigkeitskarten verarbeitet werden, wurde geändert. Die Änderungen wurden mit Version 10.0 eingeführt, sind aber erst seit Version 10.2 stabil implementiert, wir empfehlen deshalb, die Versionen 10.0 und 10.1 nicht in Offshore- und Küstenregionen einzusetzen. Es wurden sowohl die Standard-Heatflux-Parameter als auch die Interpretation von Rauigkeiten in Küstenregionen und grundlegende Formeln korrigiert. Ergebnis davon ist seit WAsP 10.2 ein fließender Übergang zwischen On- und Offshore-Stabilitätsparametern.

Da sich natürlich auch Windstatistiken, die mit WAsP 9 oder mit WAsP 10.2 erzeugt wurden, unterscheiden, sollte nach Möglichkeit zur Berechnung von Erträgen immer dieselbe WAsP-Version eingesetzt werden wie zur Erzeugung der Windstatistik verwendet wurde. Dies sollte insbesondere bei Offshore- oder Küstenstandorten unbedingt beachtet werden!

Ein Beispiel illustriert die Unterschiede; in der oberen Reihe WAsP 9, in der unteren WAsP 10.2; links ein Standort mit vorwiegend Rauigkeitsklasse 0, rechts vorwiegend Klasse 1.

RK 0 (Offshore) RK 1 (Onshore)
WAsP 9 WAsP9-11 (1).png WAsP9-11 (2).png
WAsP 10 WAsP9-11 (3).png WAsP9-11 (4).png

In den linken Tabellen sind die Daten für Rauigkeitsklasse 0 fast identisch. Die höchste Höhe, 200m, ist allerdings etwas geringer mit WAsP 10.2, da die grundlegenden Formeln geändert wurden. In den Onshore-Rauigkeitsklassen sind die Windgeschwindigkeiten allerdings mit 10.2 merklich höher. Wenn also die Datenbasis von einer Offshore-Messung stammt, könnte WAsP 10.2 eine um bis zu 10% höhere AEP als WAsP 9 voraussagen.

In den rechten Tabellen (Onshore-Standort) sind die Daten für Rauigkeitsklassen 1-3 nahezu identisch, mit Ausnahme des 200m-Werts, der auch hier Formelanpassungen geschuldet ist. Werte in der Offshore-Klasse 0 sind jedoch 0,3 m/s niedriger, wenn mit WAsP 10.2 gerechnet wird. Dies entspricht einer Ertragseinbuße von bis zu 10%, wenn ein Offshore-Standort mit Onshore-Daten in WAsP 10.2 berechnet wird.

Die Änderungen sind wenig dramatisch, wenn Daten dort verwendet werden, wo sie auch erhoben wurden (also On- bzw. Offshore). In der Küstenregion ergeben sich aber häufig komplexe Situationen, in denen die korrekten Einschätzungen schwer vorhersehbar sind. Daher ist es wichtig, insbesondere hier die regionale Windstatistik mit derselben WAsP-Version zu erzeugen, die auch für die Berechnung am Standort eingesetzt wird.

Die Vergleichstabellen zeigen auch, dass in hohen Höhen und niedrigen Rauigkeitsklassen generell mit WAsP 10.2 etwas weniger Wind prognostiziert wird, und zwar sowohl On- als auch Offshore. Dies ist eine Folge der Änderungen der Stabilitätskorrektur in WAsP 10.2, die sich aus Messungen in sehr hohen Höhen ergeben haben.

WAsP9-11 (5).png WAsP9-11 (6).png

Die Grafiken oben zeigen eine Situation, in der sich die fließende Änderung des der Stabilitätsbedingungen extrem bemerkbar macht.

Die Linien der rechte Grafik zeigen das Verhältnis zwischen WAsP 9- und WAsP 10.2-Berechnungen für 2 WEA, die nur 200m voneinander entfernt liegen (links oben auf der Karte). Die rote Linie ist die südliche, die blaue die nördliche der beiden WEA.

In Sektor 5 gibt es einen Rauigkeitswechsel von 0,0 (offshore) auf 0,4 (onshore). Für die rote WEA liegt dieser noch im Bereich bis 10km, für die blaue WEA gerade außerhalb.

WAsP 9 kennt lediglich die Zustände „Offshore-Stabilität an“ und „aus“, worüber anhand des Parameters „width of coastal zone“ (Standardwert: 10km) entschieden wurde. Für WAsP 9 ist also Sektor 5 für die blaue WEA an Offshore-, für die rote WEA dagegen schon ein Onshore-Sektor mit der entsprechenden Handhabung der Stabilität.

WAsP 10.2 arbeitet hier dagegen weitaus realistischer – auch hier gibt es den Parameter „Width of coastal zone“, dies ist jedoch eine Übergangszone, in dem der Stabilitätseinfluss sich sukzessive ändert.

WAsP9-11 (5.1).pngWAsP9-11 (5.2).png

Einige Ergebnisse eines Tests zur Reproduktion von gemessenen Windprofilen in hohen Höhen sind oben abgebildet. WAsP 10.2 kann hier das Windprofil in hohen Höhen etwas besser vorhersagen als WAsP 9.

Und schließlich ein Test zur Berechnung in Küstenregionen mit unterschiedlichen Nabenhöhen. Die Studien-Konfiguration:

WAsP9-11 (7).png

WAsP9-11 (7.1).png

Die 75 WEA werden anhand der Daten eines Messmasts in 1800 m Entfernung zur Küste berechnet. Dabei werden die beiden unterschiedlichen WAsP-Versionen verwendet (für beide Berechnungen, Windstatistik-Erstellung und Ertragsberechnung). Die Reihe beginnt 13,5 km Offshore und endet 23,5 km Onshore.

WAsP9-11 (8).png

Rauigkeit des Testareals – Onshore wird ein großes Waldgebiet durchquert.

WAsP9-11 (8.1).png

Für 15 m Höhe wurden zwei Varianten berechnet, einmal mit Orographie, einmal ohne. Für alle anderen Höhen ist die Orographie enthalten. Die Rauigkeit wird bei allen Berechnungen berücksichtigt.

Die Grafik zeigt das Verhältnis zwischen WAsP 9- und WAsP 10.2-Berechnungen. Ist die Linie oberhalb der 100%-Linie, so sagt WAsP 10.2 höhere Erträge voraus, ist sie darunter, ist es WAsP 9.

Es ist offensichtlich, dass es einige Unterschiede gibt, diese sind aber nicht leicht einzugrenzen. In 150 m ü.Gr. gibt WAsP 10.2 die ersten 3 km Offshore rund 1% geringere Ergebnisse als WAsP 9, danach nehmen sie aber bis zu 3% höheren Ergebnissen zu. Onshore dagegen gibt WAsP 10.2 die ersten 15 km die geringeren Ergebnisse – hier bis zu 3% - aber gleichen sich dann WAsP 9 an.

Bei den niedrigen Nabenhöhen zeigt sich ein fast umgedrehtes Verhalten, hier aber mit bis zu 8% höheren Ergebnissen Onshore. Zwei dramatische Abweichungen fallen im rechten Teil der Grafik auf; die linke davon ist auf Unterschiede in der Rauigkeits-Interpretation zwischen beiden Versionen zurückzuführen, die rechte auf unterschiedliche Orographiemodellierung.

Es gibt zwischen WAsP 9 und 10.2 offensichtliche Verbesserungen, wir empfehlen deshalb insbesondere Offshore und in Küstenregionen WAsP 10.2, da die Windscherung besser reproduziert wird. Reine Onshore-Standorte scheinen nur in Höhen >100 m leicht betroffen zu sein. Für eine abschließende Beurteilung ist es noch zu früh, eine wichtige Erkenntnis kann aber bereits getroffen werden: Verwenden Sie in Küstenregionen keine unterschiedlichen WAsP-Versionen für Erzeugung und Anwendung der regionalen Windstatistik. Insbesondere für Dänemark: Verwenden Sie WAsP 10.2 nicht mit der Windstatistik DENMARK 07 in Küstenregionen!