MCP: Zeitreihen

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Wählen Sie oben die Lokale Messzeitreihe und die Langzeit-Referenz aus:

In diesem Fall handelt es sich um eine 1-Jahres-Messung und 20 Jahre Langzeit-Referenz.

Die Liniengraifk links zeigt die beiden Zeitreihen, rechts wird die Richtungsverteilung und der Tagesgang ausgegeben. Beachten Sie, dass auf diesem Register die Daten nicht verändert werden, sondern lediglich die Art der grafischen Darstellung und der Berechnung der Korrelationskoeffizienten modifiziert wird. Ausnahmen sind die Schaltfläche Zeitraum begrenzen und Scaler für Referenz (siehe unten)

Elemente unter der Zeitreihengrafik beziehen sich auf diese:

• Korrelation (r), Windenergie: Pearson-Korrelationskoeffizient der Windindices der beiden Zeitreihen auf Basis der oben eingestellten Mittelung. Die Windindices werden auf Basis der auf dem Register Einstellungen Session gewählten Leistungskennlinie berechnet. Wurde nichts eingestellt, so wird eine vereinfachte Leistungskennlinie verwendet (siehe dort).
• Korrelation (r), Windgeschw.: Pearson-Korrelationskoeffizient der Windgeschwindigkeiten der beiden Zeitreihen auf Basis der oben eingestellten Mittelung.

Diese Elemente über den beiden rechten Grafiken:

• Anzahl Sektoren (Richtungsgrafik)
• Auswahlknöpfe Alle Daten, Abgleichsz. und Referenz Kurz/Lang (Richtungsgrafik und Tagesgang)
• Auswahlknöpfe Häufigkeit, WG, Energie (Richtungsgrafik)

Wird beispielsweise links nur der Abgleichszeitraum in wöchentlicher Mittelung dargestellt und rechts statt der Richtungshäufigkeit die Energie, ebenfalls nur für den Abgleichszeitraum, so ändern sich die Grafiken wie folgt:

Die wöchentliche Mittelung gibt einen etwas besseren Eindruck, wie gut die beiden Zeitreihen miteinander korrelieren. Beachten Sie, dass sich die Korrelation in der Regel mit größeren Mittelungszeiträumen verbessert. Die Richtungsgrafik erlaubt es, die Übereinstimmung der Richtungsverteilungen beider Zeitreihen zu beurteilen. Außerdem kann beurteilt werden, ob der Abgleichzeitraum eine übliche Verteilung hat oder nicht - mit der Einstellung Referenz Kurz/Lang stellt die Richtungsverteilung sich so dar:

Diese Darstellung lässt Rückschlüsse darauf zu, ob die Richtungsverteilung des Abgleichszeitraums Langzeit-repräsentativ ist. Wäre dies nicht der Fall, würde sich beispielsweise die Methode Kurzzeit: Lokal skaliert für diese Daten nur bedingt eignen.

Scaler für Referenz: Diese Option kann verwendet werden, um eine Mesoskalen-Zeitreihe (EmdConWx oder EmdWrf) mit Hilfe des Scalers auf die Mikroskalen-Ebene (Mastposition) umzurechnen. Dies sollte in der Regel zu einer Verbesserung der Übereinstimmung zwischen beiden Zeitreihen führen, da damit auch Mikroskalige Geländeeffekte in die Langzeit-Referenz eingeführt werden.

Zeitraum begrenzen: Ermöglicht es, den verwendeten Zeitraum von Lokaler Messung und/oder Langzeit-Referenz einzuschränken sowie über die Verwendung von deaktivierten Daten zu entscheiden.

Statistiken: Zeigt eine Tabelle mit sektorweisen Parametern für Lokale Messung und Langzeit-Referenz sowie das Verhältnis zwischen beiden. Samples mit Windgeschwindigkeiten unter 4 m/s (Standort oder Referenz) und Abweichungen der Windrichtung von mehr als 90° werden standardmäßig nicht berücksichtigt. Die Tabelle basiert auf gleichzeitigen Zeitstempeln für das Verhältnis zwischen Lokaler Messung und Langzeit-Referenz und auf allen Daten für die Mittelwerte einzelner Datensätze. Im selben Fenster können auf einem zweiten Register Grafiken auch sektorweise Scatterplots angezeigt werden.

Referenz evaluieren: Dies öffnet ein Fenster, in dem die Langzeit-Referenz mit anderen Langzeitreihen auf Indexbasis verglichen werden kann, um z.B. Inkonsistenzen leichter aufzuspüren:

Die Darstellung enthält immer mindestens zwei Index-Serien, die jedoch identisch sein können:

• Referenz - Einstellungen Session: Eine Windindex-Serie aus der gewählten Langzeit-Referenz, bei der der gesamte Zeitraum das 100%-Niveau bestimmt. Zur Berechnung des Index werden die Einstellungen des Registers Einstellungen Session herangezogen. Wurden dort keine Einstellungen getätigt, ist diese Serie identisch mit der folgenden.
• Referenz - Einfacher Windenergie-Index: Wie oben, aber unter Verwendung einer vereinfachten Leistungskennlinie unter Verwendung quadrierter Windgeschwindigkeiten und Trunkierung bei 13 m/s.

Zusätzlich zu diesen Serien können weitere Datenquellen im Vergleich angezeigt werden:

• Von METEO-Objekt: Erzeugt einen Windindex aus einer Höhe eines vorhandenen METEO-Objekts unter Verwendung der Einstellungen des Registers Einstellungen Session
• Von Perf.Check-Datenbank hinzufügen: Im Modul PERFORMANCE CHECK lassen sich Windindices erzeugen und als Datenbank-Datei (*.wbf) ablegen. Hier können diese Datenbanken eingeladen werden
• Online-Windenergieindex hinzuf.: Lässt Sie verschiedene vorgenerierte Indices herunterladen. Je nach Lage auf der Erde können verschiedene Datenquellen verfügbar sein, überall sind aber EMD Global (ERA Interim-basiert, später mit ERA5 erweitert), CFSR und MERRA (1 und 2) verfügbar.

Beachten Sie, dass CFSR in 2012 endet und MERRA1 in 2016, diese sind also für aktuelle Messungen von eingeschränktem Nutzen.

HINWEIS: Für alle Online-Indices wurde die Periode 1993-2012 (20 Jahre) als 100%-Zeitraum definiert. Dieser Zeitraum wurde gewählt, um eine einheitliche Referenz für alle Zeitreihen zu haben. Der Zeitraum wurde von EMD als langzeit-repräsentativ für Nordeuropa evaluiert, basierend auf rund 40 Jahren Erfahrung mit WEA-Betriebsdaten und gegen Langzeitquellen wie den NAO-Index validiert. Allerdings ist dies eventuell nicht die beste Referenzperiode für andere Orte auf der Erde. An anderen Orten auf der Erde können Probleme wie schlechte Datenqualität oder ungenügende historische Quellen die zu berücksichtigende Periode auf die vergangenen 10-15 Jahre einschränken.

Die Tabelle in der oberen Fensterhälfte enthält u.a.:

• Entfernung zur Lokalen Messung / Zur gewählten Langzeit-Referenz
• Gleichzeit. Tage mit gewählter Langzeit-Referenz
• Variabilität auf Windgeschwindigkeit und Windindex (Berechnet als Standardabweichung auf 12-Monats-Mittel). Dieser Wert reagiert empfindlich auf den Startmonat (der unter der Tabelle gewählt werden kann)
• MK Trend Test (Mann-Keldall) ist eine quantitative Beurteilung, ob ein signifikanter Trend in der Zeitreihe vorliegt. Das Ergebnis nähert sich 1 für trendfreie und 0 für trendhaltige Zeitreihen. Ein Trend kan auf ungewöhnliche Klimaereignisse hinweisen oder aufgund von Datenartefakten auftreten. Ein Trend muss aber einen Datensatz nicht automatisch disqualifizieren, sondern sollte nur die Aufmerksamkeit für die Eignung des Datensatzes schärfen. Ein klassisches Beispiel wären wachsende Bäume in der Nähe eines meteorlogischen Masts, der als Langzeit-Referenz verwendet wird. Diese Art von Trend würde die Daten unbrauchbar machen.
• Sen's Slope wird nur berechnet, wenn ein Trend ermittelt wurde. Die Steigung, oder lineare Änderungsrate wird berechnet. Über Klick auf den -Knopf lässt sich die vollständige Dokumentation herunterladen.

Im unteren Teil werden der Windindex und der rückwärts kumulierte Windindex als Grafiken dargestellt. Für die Windindex-Grafik lassen sich unterschiedliche Mittelungsintervalle (gleitendes Mittel) einstellen, von 1 Monat bis 20 Jahre. Je nach Gesamtlänge der Zeitreihe lassen sich häufig mit gleitenden Mitteln von 3 oder 5 Jahren Darstellungen erzielen, die eine relative Verschiebung zwischen zwei Zeitreihen gut erkennbar machen:

Besonders signifikant in dieser Darstellung ist die Umkehrung zwischen beiden Zeitreihen ca. 2009. Zwar lässt sich aus so einem einfachen Vergleich noch keine Handlungsempfehlung ableiten, zumindest weist er aber schon mal auf eine Inkonsistenz hin, die es weiter zu untersuchen und zu beurteilen gilt (z.B. durch Vergleich mit weiteren Zeitreihen).

Dieselbe Grafik für einen anderen Standort und eine andere Periode:

Beachten Sie, dass hier die Einstellung Zeitraum: Gemeinsamer Zeitraum gewählt ist. Dies ist eine sinnvolle Einstellung insbesondere wenn die Zeitreihen nicht gleichzeitig enden, um einen Bias zu verhindern.

Hier gibt es eine ähnliche Umkehrung um das Jahr 2006. Gut erkennbar hier aber auch, dass das letzte dargestellte Jahr 2016 im MERRA2-Index mehr als 3% unter dem EmdConWx-Index liegt (die Referenzperioden unterscheiden sich). Effektiv würde dies bedeuten, dass wenn man eine Messung aus 2016 auf Basis der hier herangezogenen MERRA2-Zeitreihe langzeitkorrigiert, mit einer 3% höheren AEP rechnen würde als wenn man die hier dargestellte EmdConWx-Zeitreihe verwenden würde.

Der rückwärts kumulierte Windindex in der unteren Grafik:

Hier repräsentiert der letzte (rechte) Wert den letzten Indexmonat, der vorletzte Wert den Mittelwert der beiden letzten Indexmonate, der Wert davor den Mittelwert der letzten drei Indexmonate u.s.w.

Dargestellt sind die letzten 120 Monate (10 Jahre). Es zeigt sich ein ziemlich konstanter Offset zwischen beiden Quellen, wobei beide 10 Jahre zurück sehr nahe an den 100%-Wert kommen. Dies hilft bei der Schlußfolgerung, dass die vergangenen 10 Jahre eine bessere Wahl erscheinen als die Gesamtzeitreihe, da diese auch etwa ein 100%-Mittel haben, aber die Diskrepanzen herausgenommen werden, die weiter zurück liegen.

Bei eigenen Zeitreihen werden Sie eventuell stärkere Fluktuationen sehen, bevor sich der Wert um den 100%-Wert stabilisiert; z.B. könnte die 100%-Linie 8 Jahre zurück gekreuzt werden. Dann könnten die vergangenen 8 Jahre eine bessere Langzeit-Periode sein. Eine andere Erwägung sollte allerdings die Repräsentativität der Windrichtungen. Je kürzer wir in der Zeit zurückgehen, desto höher ist das Risiko, keine langzeit-repräsentative Richtungsverteilung zu erhalten. In einem späteren Prozessschritt wird es die Möglichkeit geben, eine Anpassung für sehr lange Zeiträume vorzunehmen, für den Fall, dass Sie sich entscheiden, einen Zeitraum zu verwenden, der nicht auf 100% kommt.

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