Hauptprüfung: Windverteilung

Zur deutschen Hauptseite | Alle deutschsprachigen Seiten

Die Prüfung der Windverteilung geschieht über den Vergleich der Häufigkeit der Windklassen an jeder einzelnen WEA-Position zu der angenommenen Häufigkeitsverteilung der IEC-Richtlinie.

Die Auslegungsgrenze der IEC 61400-1 Ed. 3 entspricht einer Weibull-Verteilung mit Formfaktor k=2. Die mittlere Windgeschwindigkeit ist dabei definiert als 20% der Referenzwindgeschwindigkeit V_ref aus Tabelle 1, entsprechend 10 m/s, 8,5 m/s und 7,5 m/s für die jeweiligen Auslegungsklassen I, II und III. Für jede Klasse muss der Windgeschwindigkeitsbereich von 20% bis 40% der V_ref geprüft werden.

Die IEC-Richtlinie verlangt, dass die angenommene Windgeschwindigkeitsverteilung langzeit-repräsentativ ist. Dafür muss die Repräsentativität der vorliegenden Winddaten ermittelt und ggf. eine Anpassung vorgenommen werden. In SITE COMPLIANCE gibt es dafür drei Möglichkeiten:

1) Die erste Möglichkeit, ist die Verwendung von WAsP mit einer langzeitkorrigierten Windstatistik, z.B. erstellt mit dem windPRO-Modul MCP. Die Einstellung wird bereits auf dem ersten Register, dem Hauptteil, unter Strömungsmodell, getätigt.

2) Die zweite Möglichkeit ist die direkte Nutzung von Messdaten (mit oder ohne WAsP-Berechnung) unter Anwendung einer vereinfachten Langzeit-Indexkorrektur auf dem Register Langzeitkorrektur.

3) Die dritte Möglichkeit ist die Annahme, dass die Daten langzeit-repräsentativ sind (Register Langzeitkorrektur, Haken bei Keine Korrektur). Sie findet Anwendung, wenn eine langjährige Messung vorliegt und davon ausgegangen werden kann, dass keine Langzeitkorrektur notwendig ist.

Für diese Prüfung gibt es vier Auswahlmöglichkeiten auf dem Register Einstellungen.

In den meisten Fällen wurde bereits eine WAsP-Berechnung durchgeführt, die Standardeinstellung ist daher die Verwendung der WAsP-Ergebnisse für die einzelnen WEA-Positionen. Im Beispiel sind WAsP-CFD-Ergebnisse verfügbar, diese werden in dem Fall bevorzugt.

Das Register Ergebnis (Tabelle) zeigt die detaillierten Ergebnisse für alle relevanten Windgeschwindigkeitsklassen an jeder WEA. Erscheint eine Windgeschwindigkeitsklasse farbig markiert, überschreitet die Häufigkeit dieser Klasse die IEC-Grenzen. Ist die Summe der Überschreitungen für eine WEA kritisch, erscheint eine rote Markierung, wird lediglich der Grenzwert überschritten, erscheint die Markierung Achtung in gelb.

Die erste Zeile jeder WEA zeigt die Häufigkeit der jeweiligen Windgeschwindigkeitsklasse für diese WEA. Die zweite Zeile zeigt die Grenzwerte der gewählten IEC-Klasse. Mit Klick auf können weitere Zeilen ausgeklappt werden, die die sektorielle Verteilung der Windgeschwindigkeitsklassen enthalten.

Auf dem Register Ergebnis (Grafik) wird die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (Häufigkeit der einzelnen Windgeschwindigkeitsklassen) grafisch mit der gemäß IEC festgelegten Kurve verglichen. Das relevante Windgeschwindigkeitsintervall befindet sich zwischen den blauen Linien, jede Überschreitung wird durch eine rote Markierung des entsprechenden Intervalls hervorgehoben. Über die WEA-Auswahl unten links kann die jeweils nächste oder vorige WEA angezeigt werden.

Berechnungsoptionen

Für die Windverteilungsprüfung existieren nur sehr wenige Berechnungsoptionen, die übliche ist WAsP-CFD / Flowres Sektor-Weibull oder WAsP Sektor-Weibull. Die anderen beiden Möglichkeiten sollten nur gewählt werden, wenn der Mast absolut repräsentativ für die WEA-Positionen ist.

Bekanntermaßen ist das WAsP-Modell in sehr steilem, bzw. komplexem Gelände nur beschränkt verwendbar und neigt zu Überschätzungen des Speed-Ups. Ist der Messmast jedoch repräsentativ für die WEA positioniert, sollte dies keine größeren Probleme bereiten.

WAsP-CFD Sektor-Weibull

Mit dieser Einstellung werden die Weibullverteilungen sektorweise ermittelt. Anschließend wird die laut WAsP-Nomenklatur sogenannte “emergent wind speed distribution” berechnet. Jede der sektoriellen Weibull-Verteilungen wird mit der Häufigkeit des jeweiligen Sektors gewichtet und addiert, um die richtungsunabhängige Verteilung der Windgeschwindigkeitsklassen zu erhalten. Die resultierende Verteilung ist normalerweise keine wirkliche Weibull-Verteilung und kann daher Besonderheiten wie z.B. mehrere Maxima aufweisen. Sie wird anschließend im relevanten Windgeschwindigkeitsbereich mit den IEC-Grenzen verglichen.

Flowres Sektor-Weibull

Mit dieser Einstellung werden die gemessenen Zeitreihen über die Flowres-Strömungssimulation von der Haupthöhe jedes Masts zu den entsprechenden WEA-Positionen übertragen. Anschließend werden daraus die sektoriellen Weibull-Verteilungen ermittelt. Hier sollten idealerweise Messhöhen nah der geplanten Nabenhöhen verwendet werden, da die Flowres-Ergebnisse üblicherweise neutrale Stabilität annehmen. Sind die Messhöhen deutlich niedriger als die geplante Nabenhöhe, solle eine synthetisierte Höhe auf Nabenhöhe im Meteo-Objekt berechnet werden.

WAsP Sektor-Weibull

Wie oben beschrieben, aber basierend auf dem normalen WAsP-Strömungsmodell.

Mast sektorielle Weibull und Shear (Mast-Shear benötigt)

Basiert die Vertikal-Extrapolation auf der gemessenen Windscherung am Mast, wird vorausgesetzt, dass die Windscherung über die Höhe konstant ist, was in Bereichen mit starken Speed-Up-Effekten nicht der Fall ist. Weiterhin wird die horizontale Veränderung als vernachlässigbar angenommen.

Diese Option kann genutzt werden, wenn die Mast-Position repräsentativ für die WEA-Positionen und keine WAsP-Berechnung/-Lizenz vorhanden ist. Hier werden die sektoriellen Weibull-Parameter für die Haupthöhe des Messmasts verwendet. Der A-Parameter wird anschließend über die jeweilige, aus der Messung ermittelte, Windscherung pro Sektor von der Mast-Haupthöhe auf die Nabenhöhe der WEA skaliert. Anschließend wird wiederum über die sektorielle Wichtung die resultierende Verteilung ermittelt.

Mast Sektor-Weibull direkt

Bei dieser Berechnungsoption wird die resultierende Verteilung direkt aus der sektoriellen Weibullverteilung des Messmasts berechnet. Diese Möglichkeit sollte nur angewendet werden, wenn die Mastposition sowohl horizontal als auch vertikal repräsentativ für die WEA-Position(en) ist (d.h. Messhöhe = Nabenhöhe).

Referenzen

SITE COMPLIANCE & LOAD RESPONSE
SITE COMPLIANCE: Überblick ♦ Schritt-für Schritt ♦ Berechnung ♦ Ergebnisse
Hauptprüfungen: Komplexität ♦ Extremwind ♦ Turbulenz ♦ Windverteilung ♦ Windshear ♦ Neigung der Anströmung♦ Luftdichte
Andere Prüfungen: Erdbebenrisiko ♦ Temperaturbereich ♦ Blitzrate
LOAD RESPONSE: Überblick ♦ Berechnung ♦ WEA-Modelle ♦ Ergebnisse
Anhang: Gumbel Theory of Extremes ♦ Frandsen-Modell ♦ Grenzen in SITE COMPLIANCE ♦ Theorie Ermüdungslasten ♦ Sektormanagement ♦ IEC 61400-1 Ed.2 ♦ IEC 61400-1 Ed.4 ♦ Weiterbetrieb ♦ Siteres ♦ Tropical Cyclone Analysis ♦ Downscaling, Offshore-Modus & Spektralkorrektur