Lasten - Anhang XI: Downscaling, Offshore-Modus & Spektralkorrektur

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Seit windPRO 4.0 bietet SITE COMPLIANCE die Möglichkeit, Standortbewertungen mit Hilfe des Downscalings, also der Kombination von mesoskaligen Daten und mikroskaliger Strömungsmodellierung, durchzuführen. Diese Funktionalität basiert nutzt den Scaler. Die ursprüngliche Motivation für die Downscaling-Option war die Anwendung im Offshore-Bereich, wo Mesoskalendaten meist gut funktionieren und nur einen geringen Bias haben, auch wenn es Einschränkungen, insbesondere in Bezug auf Turbulenzen und extreme Winde, gibt. Daher wurde zusammen mit der Downscaling-Option eine neue Option Offshore hinzugefügt, um die Einrichtung für Offshore-Standorte generell zu vereinfachen.

Mesoskalen-Daten weisen einen bekannten Bias in Bezug auf Extremwindgeschwindigkeiten auf, die durch Anwendung einer Spektralkorrektur korrigiert werden kann. Zur Korrektur der Turbulenz aus Mesodaten gibt es leider bisher kein allgemeingültiges Modell, daran wird weiterhin geforscht.

Die Optionen Downscaling und Offshore können auf Register Start bei den Einstellungen in SITE COMPLIANCE ausgewählt werden.

Downscaling

Die Downscaling-Option ermöglicht die Verwendung des windPRO Scalers zusammen mit Mesoskalen-Daten und einem Mikroskalenmodell. Wenn die Option Gelände-Scaling im Scaler abgewählt wird, wird keinerlei mikroskalige Modellierung durchgeführt, was im Offshore-Bereich passend sein kann. Downscaling kann zusammen mit Mastdaten und Strömungsmodell(e) oder Keine Messmastdaten gewählt werden. Je nach Auswahl erscheinen ein bis zwei neue Register Downscaling und ggf. Kalibrierungsmast.

Kalibrierungsmast

Auf diesem Register ein METEO-Objekt auswählen, das Messdaten von einem Mast am Standort bzw. in der Region. Diese Messdaten können dann von der Spektralkorrekturmethode in der Extremwindprüfung verwendet werden. Leider gibt es bisher keine Kalibrierungsmethode für Turbulenz oder andere Variablen.

Downscaling

Dieses Register enthält die Verknüpfung zum Scaler und der Auswahl der Mesodaten.

IEC-Prüfungen

Die IEC-Prüfungen enthalten nun jeweils eine neue Option auf Basis des Downscalings, z.B. Skalierte sektorielle Weibull (via Downscaling-Zeitreihe) etc. Ausnahmen sind Geländekomplexität und Neigung der Anströmung sowie die drei Prüfungen zur Extremturbulenz in IEC61400-1 Ed. 4, die eine höhere Qualität der Turbulenzdaten erfordern, als über Downscaling derzeit möglich ist.

Achtung:

• Die Ermittlung der Effektiven Turbulenzintensität (TI) aus Mesodaten ist nicht empfehlenswert
• Auch falls die mittlere TI ggf. gut passt, kann die Variation der TI über die Windgeschwindigkeit starken Bias enthalten
• Die Standardabweichung der TI pro Bin ist oft zu niedrig, besonders bei hohen Windgeschwindigkeiten
• Diese Abweichungen können zu signifikanter Unterschätzung der Effektiven Turbulenz und der Lasten an den WEA-Komponenten führen

Offshore

Zur besseren Handhabung von Offshore-Turbulenzdaten und zur Vermeidung der Geländekomplexitätsberechnung als Voraussetzung für die Turbulenzprüfung wurde die Offshore-Option eingeführt. Darüber hinaus gibt es bei der Prüfung der Effektiven Turbulenz eine neue Option zur Einbeziehung des Charnock-Effekts. Dadurch wird ein Term zweiter Ordnung in die Turbulenzanpassung eingeführt, der den dynamischen Charnock-Effekt sehr gut abbildet, d. h. dass höhere Windgeschwindigkeiten größere Wellen erzeugen, die wiederum die Rauigkeit und Turbulenz erhöhen.

Spektralkorrektur

Seit windPRO 4.0 enthält SITE COMPLIANCE die Spektralkorrektur der Extremwindgeschwindigkeit nach Xiaoli Larsén et al. von DTU . Diese Methode nutzt Reanalysedaten und kann entweder auf theoretischen Annahmen des Spektrums oder auf der Verwendung eines beobachteten Spektrums eines repräsentativen Masts beruhen, um die relative Dämpfung des Spektrums der Reanalysedaten zu quantifizieren.

Grundsätzlich versucht die Spektralkorrekturmethode (im Folgenden SKM) die Tatsache zu kompensieren, dass die Zeitreihen der Reanalysedaten zu gleichförmig sind bzw., dass das Spektrum bei hohen Frequenzen zu schnell abfällt. Das SKM quantifiziert die erwartete Verringerung der extremen Windgeschwindigkeiten aufgrund dieses Fehlers im Spektrum. Das Ergebnis ist ein einfacher Korrekturfaktor, der auf die auf Reanalysedaten basierenden Extremwindergebnisse angewandt wird, wie in der nachstehenden Abbildung der Ergebnisse (Tabelle) zu sehen ist, wo die Korrektur +6 % beträgt.

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