WAsP-Parameter

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Die WAsP-Parameter erlauben es, WAsP-Berechnungen besser an den Standort oder die Anforderungen der Berechnung anzupassen.

Eine Windstatistik sollte stets nur mit der WAsP-Version verwendet werden, mit der sie erzeugt wurde. Dies ist insbesondere relevant zwischen den WAsP-Versionen 10 und 11, da hier signifikante Anpassungen des WAsP-Modells vorgenommen wurden. Generell gilt, dass in der WAsP-Berechnungsmethodik (siehe hierzu die Seite Regionale Windstatistik) WAsP-Parameteränderungen stets bei der Erzeugung einer regionalen Windstatistik vorgenommen werden müssen. Bei der Verwendung einer regionalen Windstatistik sollten dann dieselben Parameter verwendet werden. Seit windPRO 3.0 / WAsP 11 ist dies automatisch so geregelt, da Parameteränderungen seitdem in der Windstatistik-Datei gespeichert werden (Ausnahme: wenn das veraltete .lib-Format für regionale Windstatistiken verwendet wird). Bei WAsP-Versionen vor WAsP 11 oder windPRO-Versionen vor 3.0 liegt es in der Verantwortung des Anwenders, auf konsistente Parameter bei Erzeugung und Anwendung einer regionalen Windstatistik zu achten.


windPRO-Berechnungen, die WAsP involvieren, bieten in der Regel auch Zugriff auf die WAsP-Parametern. Dies schließt ein: PARK mit Windstatistik, WAsP interface, die Kreuzvorhersage im METEO-Analyzer, die Windprofilberechnung im METEO-Objekt, Berechnungen mit Scaler, Windstatistik-Erzeugung in STATGEN und MCP.


Der Zugang zu den WAsP-Parametern besteht über einen Knopf WAsP-Parameter bzw. WAsP-Parameter bearbeiten. In der Regel werden Parameter im METEO-Objekt ( METEO-Objekt → Register Grafiken → Unterregister Profil ) oder im METEO-Analyzer ( METEO-Analyzer → Register Kreuzvorhersage ) evaluiert und angepasst. windPRO merkt sich innerhalb eines Projekts, wenn WAsP-Parameter geändert wurden. Werden nach Parameteränderungen neue WAsP-Berechnungen begonnen (z.B. STATGEN, PARK, WAsP interface), so erscheint bei diesen der WAsP-Parameter-Knopf gelb hervorgehoben: WAsP-Parameter, um zu verdeutlichen, dass modifizierte Parameter angewandt werden.

Bei bereits bestehenden Berechnungen, die neu berechnet werden, bleiben die Parameter so, wie sie bei der Erstberechnung waren.


Verschiedene Gruppen von Parametern

WAsP-Parameter müssen bei der Erzeugung einer Windstatistik (dies ist z.B. auch Teil einer Scaler-Berechnung oder einer Kreuzvorhersage) modifiziert werden. Einige der WAsP-Parameter sind auch ausschließlich bei solchen Berechnungen zugänglich, nämlich die Gruppen:

  • Wind atlas structure: Struktur der regionalen Windstatistik. Eine regionale Windstatistik besteht aus einer Matrix von A- und k-Parametern für verschiedene Geländerauigkeiten und Stützhöhen. Welche Geländerauigkeiten und Stützhöhen verwendet werden, wird hier festgelegt.
  • WAsP classic profile modelling: Meteorologische Parameter, die die Vertikalextrapolation betreffen, beispielsweise Parameter zur Stabilität. Da Windgeschwindigkeiten für die Stützhöhen bereits bei der Erzeugung der Windstatistik berechnet werden, müssen diese Parameter ggf. auch bereits bei diesem Schritt modifiziert werden. Sie nur bei der Anwendung einer Windstatistik zu modifizieren hat nicht den gewünschten Effekt, sondern beeinflusst nur noch die Interpolation zwischen den bereits durch die Windstatistik festgelegten Stützhöhen-Windgeschwindigkeiten.
  • Geostrophic shear modelling (nur WAsP 12): Die Modelle zur vertikalen und horizontalen Extrapolation in WAsP können großräumige horizontale Temperaturgradienten berücksichtigen, die zu gesostrophischer Windscherung führen[1]. Die Veränderungen durch Geostrophic shear modelling sind in der Regel gering und nur relevant bei der Höhenextrapolation.

Eine weitere Gruppe von Parametern bestimmt die technischen Rahmenbedingungen der Modellierung. Diese können zwar sowohl bei Erzeugung als auch bei Anwendung einer Windstatistik modifiziert werden, sie sollten aber im Regelfall unangetastet bleiben:

  • WAsP IBZ flow modelling: In dieser Gruppe wird beispielsweise festgelegt, bis zu welcher Entfernung Orographie berücksichtigt wird oder mit welcher Schrittweite (Winkel) Sektoren abgetastet werden.

Bei Verwendung von WAsP 10 wird nicht zwischen den Gruppen Classic profile modelling und WAsP IBZ flow modelling unterschieden – deren Parameter sind dort in einer gemeinsamen Gruppe WAsP wind modelling.


Modifikation der Parameter

In der Praxis kommen vor allem drei Arten von Modifikationen vor:

Änderung von Stützhöhen (wind atlas structure, Standard height #1 - #5): Dies wird eingesetzt, um Interpolationsentfernungen zwischen Höhen zu reduzieren. Ist beispielsweise eine Nabenhöhe von 120m geplant und es steht bereits fest, dass keinerlei Interesse an höheren Höhen besteht (auch nicht um beispielsweise die obere Blattspitzen-Windgeschwindigkeit zu ermitteln), dann kann Höhe #5 von 200m auf 120m gesenkt werden, um zu vermeiden, dass die 120m-Höhe zwischen Höhe #4 (100m) und Höhe #5 (200m) interpoliert werden muss.

Änderung von Rauigkeiten (wind atlas structure, Standard roughness length #1 bis #5): Die Standardrauigkeiten gehen bis Klasse 4 (Rauigkeitslänge 1,5 m). Wenn vor Ort höhere Rauigkeiten vorkommen, sollte die Standardrauigkeit #5 erhöht werden.

Anpassung der Heatflux-Parameter (Offset heat flux over land, Offset heat flux over water, Rms heat flux over land, Rms heat flux over water): Heatflux oder Wärmestromdichte ist eine physikalische Größe zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen [2]. Die Einheit ist W/m². In WAsP sind diese Parameter allerdings nicht physikalisch, entsprechen also nicht direkt gemessenen Wärmeströmen[3]. Weitere Informationen dazu sind dem European Wind Atlas, Kapitel 8.2[4] zu entnehmen. In WAsP definieren die Heatflux-Parameter die Stabilitätsbedingungen über Wasser bzw. Land und damit die Vertikalextrapolation.

  • Die mittleren Heatflux-Werte werden als Offset bezeichnet.
  • die Rms-Werte (Root-mean-square) bezeichnen, wie stark die tatsächlichen Werte um das Mittel variieren.
  • Niedrige Heatflux-Werte stehen für hohe Stabilität, hohe für geringe Stabilität.
  • An Land wird von leicht stabilen Bedingungen ausgegangen (offset: -40 W/m²), allerdings mit einer hohen Variation (rms: 100 W/m²).
  • Auf See wird von leicht unstabilen Bedingungen ausgegangen (offset: +30 W/m²), mit geringer Variation (rms: 15 W/m²).

Die Heatflux-Parameter sollten nur geändert werden, wenn es entweder tatsächliche Daten zur Atmosphärischen Stabilität vorliegen oder wenn es solide Erkenntnisse gibt, dass die Standardparameter nicht repräsentativ für den Standort sind.

Eine Technik zur Ermittlung der Heatflux-Parameter besteht darin, den zum Gelände passenden Heatflux-Offset-Parameter durch Trial-and-Error anzupassen, bis das WAsP-modellierte Windprofil mit einem gemessenen Windprofil (mindestens 2 Höhen, besser mehr) übereinstimmt. Dies wird üblicherweise im METEO-Objekt ( METEO-Objekt → Register Grafiken → Unterregister Profil ) oder im METEO-Analyzer ( METEO-Analyzer → Register Kreuzvorhersage ) gemacht. Allerdings ist diese Methode mit Vorsicht anzuwenden, da bei fehlerbehafteten Messdaten auch eine perfekte Anpassung der Heatflux-Parameter an ein einziges mittleres gemessenes Profil die Modellierung schlechter machen kann, als sie es mit Standardparametern wäre.


Variation des Heatflux-Offset-Parameters bei gleichbleibendem Heatflux-Rms-Wert (0 W/m², außer bei Default-Profil):

DE WAsPar(1).PNG

Die sichtbaren Brüche bei hohen negativen Werten in den Höhen 50m und 100m zeigen die Interpolationsungenauigkeit. Eigentich sollte das Profil homogen sein, wobei an den Positionen der Brüche die tatsächlichen Windgeschwindigkeiten angegeben sind und dazwischen interpoliert wird. In einer konkreten Berechnung sollte hier der Interpolationsfehler durch eine Anpassung der Stützhöhen an tatsächliche Nabenhöhen verringert werden.


Variation des Heatflux-Rms-Parameters zwischen 0 W/m² (linke Kurve) bis 200 W/m² (rechte Kurve) bei gleichbleibendem Heatflux-Offset-Wert (0 W/m²):

DE WAsPar(2).PNG

Die dicke blaue Linie entspricht der pinken Linie der oberen Grafik (Offset = 0 W/m², Rms = 0 W/m²)


Weitere Informationen

  • windPRO-Referenzdokument zu WAsP-Parametern: WAsP in WindPRO
  • WAsP-11-Hilfe, Suchwort "WAsP parameters" für eine Liste der Parameter und ihre Bedeutung.


Literaturhinweise

  1. Floors, R. R., Troen, I., & Kelly, M. C. (2018). Implementation of large-scale average geostrophic wind shear in WAsP 12.1. DTU Wind Energy. DTU Wind Energy E, No. 0169
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmestromdichte
  3. http://www.wasptechnical.dk/forum/viewtopic.php?id=314 (Letzter Zugriff 14.01.2016)
  4. http://www.wasp.dk/DataandTools#wind-atlas__european-wind-atlas__download (Letzter Zugriff 14.01.2016)