Hauptprüfung: Komplexität Gelände

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Dieses Kapitel beschreibt die Einstellungen der Hauptprüfung Geländekomplexität in SITE COMPLIANCE gemäß IEC 61400-1 . Die Prüfung der Geländekomplexität im Vorfeld der Vermessung von Leistungskennlinien (gemäß IEC 61400-12-1) beeinhaltet abweichende Grenzwerte dazu und ist ab windPRO 3.2 in einem separaten Tool möglich möglich.

Beschreibung und Grenzen

Die IEC 61400-1 beschreibt ausgeklügelte Details für die Prüfung der topographischen Komplexität. In der Nähe jeder WEA wird die die Geländeneigung und -veränderlichkeit geprüft. Eine Anzahl von Ebenen in Form von Ringen und „Tortenstücken“ um die WEA müssen an das Gelände und die -neigung angenähert werden und die Veränderungen jeder Ebene müssen evaluiert werden. Im Folgenden werden die Anforderungen näher beschrieben.

Die Prüfung der topographischen Komplexität des Geländes ist kein alleiniges Kriterium, das ein Projekt zum Scheitern verurteilt. Es unterstützt vielmehr dabei komplexe Standorte zu erkennen und die gemessene Turbulenz mit einem Korrekturfaktor für die Turbulenzstruktur zu korrigieren. Diese Korrektur ist eine Kompensation dafür, dass Schalensternanemometer nur die horizontale Komponente der Turbulenz erfassen, im komplexen Gelände jedoch bedeutende Anteile der turbulenten kinetischen Energie in der vertikalen Komponente enthalten sein können.

Einstellungen, Berechnung und Ergebnis

Die Einstellungen und Durchführung der Berechnung für die IEC Komplexitätsprüfung sind sehr einfach in SITE COMPLIANCE. Das Modul nutzt das aktive digitale Höhenmodell (DHM), welches im Projekt definiert ist. Das Modell kann sowohl als Liniendatei eines Linienobjektes als auch als Höheraster definiert sein.

Einstellungen und Berechnung der Prüfung Komplexität Gelände

Die einzig veränderbare Einstellung ist hier die Rasterweite, welche die Auflösung eines passenden quadratischen Höhenrasters definiert, das zu dem Höhenmodell des Geländes und den Annäherungen der Ebenen passt. Die voreingestellte Auflösung entspricht der Anforderung der IEC, die eine Auflösung von höchstens 100 m und 1,5xNH verlangt. Dennoch ist es aufgrund der verfügbaren Höhendaten häufig nicht möglich eine feinere Auflösung zu verwenden.

Durch Klicken auf Berechnen startet die Prüfung der Gelände-Komplexität. Die Kalkulation dauert etwas länger, falls die Triangulierung vorher noch nicht berechnet wurde. Nach Durchführung der Berechnung erscheinen mehrere neue Ergebnisregister. Automatisch springt das Modul auf das Register Ergebnis (Grafik), das eine Übersicht des Hauptergebnisses zeigt. Auf diesem Register wird der sogenannte Komplexitäts-Index i_c laut IEC-Richtlinie für jede WEA-Position dargestellt. Ist der Index 1, so ist eine Anlagen-Position komplex, ist der Index 0, ist sie nicht komplex. Liegt der Index zwischen 0 und 1, deutet das auf einen teilweise komplexen Standort hin.

Im Kasten oben rechts neben dem Berechnungsnamen erscheint ein grünes Quadrat. Dies bedeutet, dass das Ergebnis OK ist und keine Probleme oder Risiken in Bezug auf die Komplexität des Geländes zu erwarten sind.

Register Ergebnis (Grafik) zeigt eine einfache Übersicht der Resultate der Gelände-Komplexität.

SITE COMPLIANCE ermöglicht dem Benutzer durch Neu hinzuf. weitere Berechnungen mit anderen Einstellungen (in diesem Fall Rasterweite) hinzuzufügen. Dies geschieht durch Klicken auf Neu hinzuf., Auswahl der gewünschten Einstellung und Klicken auf die grüne Berechnen-Schaltfläche. Auf diese Weise können zusätzliche Berechnungen durchgeführt werden, um zu prüfen, wie stark das Ergebnis durch die jeweiligen Annahmen beeinflusst ist. Empfehlenswert ist es, den Namen jeder Berechnung gleich auf dem Register Einstellungen anzupassen – dieses kann jedoch auch nach der Berechnung erfolgen. Die Einstellungen- und Ergebnis-Register einer Berechnung werden durch Klicken auf die jeweilige Kalkulation in der Liste angezeigt. Die gezeigte Berechnung ist blau unterlegt.

Bevor die Prüfung durch Klicken auf die OK-Schaltfläche abgeschlossen wird, muss eine der durchgeführten Berechnungen als endgültiges Ergebnis Ausgewählt werden.

Links: Die Liste der Berechnungen mit mehreren Berechnungseinstellungen und der mittleren als Ausgewählt (markiert) aber der unteren Berechnung als Dargestellt (blau unterlegt). Rechts: Die „Anzeigelegende“, die die dargestellten Berechnungen aus der Liste definiert.

Das Register Ergebnis (Tabelle) fasst die Ergebnisse des Geländekomplexität-Index‘ für jede WEA zusammen. Eine Farbkodierung kennzeichnet den Komplexitätsindex grün, wenn alle 0 (d.h. OK) sind und gelb (d.h. ACHTUNG), wenn ein Index 0 überschreitet.

Werden die Ergebnisse einer WEA durch Klicken auf “+” ausgeklappt, werden die drei Unterstufen „R=5xNH“, „R=10xNH“ und „R=20xNH“ dargestellt. Die Erweiterung einer dieser Stufen zeigt die Ergebnisse der Anpassung mit dem entsprechenden Radius in Bezug auf Neigung und deren Richtung sowie die verfügbare Energie, die im Richtungssektor dieser Ebenen-Anpassung vorhanden ist. Im Folgenden werden weitere Details zur Durchführung der Anpassung gezeigt.

Ergebnis (Tabelle) zeigt Details der durchgeführten Annäherungen der Komplexitäts-Prüfung

IEC Anforderungen – topographische Komplexität

Die IEC-Richtlinie definiert wie mehrere Ebenen verschiedener Form und Größe an das Gelände um jede WEA-Position angenähert werden müssen, der folgende Text beschreibt diese Anforderungen aus . Insgesamt 25 Ebenen mit den folgenden Eigenschaften müssen an die WEA-Position, Mittellinie durch den Turmfuß verlaufend, angenähert werden:

• Eine kreisförmige Ebene mit dem Radius 5xNH, zentriert um die WEA

• 12 „Tortenstück“-förmige Ebenen im Radius von 10xNH, eine angepasste Ebene pro Sektor

• 12 „Tortenstück“-förmige Ebenen im Radius von 20xNH, eine angepasste Ebene pro Sektor

Die Anpassungen für eine Höhendatei werden unten mit den verwendeten Punkten für einige Beispiele gezeigt. Für die „Tortenstück“-Anpassung werden alle Punkte gezeigt, die verwendeten Punkte im Nord-Sektor sind hervorgehoben. Die Anforderung des IEC-Standards verlangt eine Auflösung von mindestens 100 m und 1,5xNH.

Illustration der erforderlichen Flächenanpassungen der Gelände-Komplexitäts-Prüfung. Links: Die omni-direktionale Anpassung bei 5xNH mit entsprechenden Rasterpunkten. Mitte: Die Rasterpunkte der Anpassung für 10xNH mit Hervorhebung der Punkte im Nord-Sektor. Rechts: Die Rasterpunkte der Anpassung für 20xNH mit Hervorhebung der Punkte im Nord-Sektor (zur Skalierung wird jeweils der Kreis von 5xNH gezeigt).

Für jede Anpassung wird eine Neigung ermittelt. Für die Anpassung des Abstands 5xNH entspricht die Richtung der Neigung der maximalen Neigung, für die 2x12 „Tortenstücke“ (10 und 20xNH) entspricht die Neigung der Sektor-Mittellinie. Übersteigt die Neigung +/-10° wird die Anpassung als gescheitert betrachtet.

Zusätzlich zur Neigung muss eine Geländeanpassung für jede der 25 angepassten Ebenen erfolgen. Bestimmt wird die Abweichung aus dem Abstand der angenäherten Ebene und dem Gelände an den Oberflächenpunkten einer vertikalen Linie.

Die folgende Tabelle zeigt die Grenzwerte der topographischen Komplexität gemäß IEC-Richtlinie:

Zusammenfassung der Prüfungen jeder Annäherung, die bei der Gelände-Komplexitätsprüfung erforderlich sind .

Die Richtlinie definiert einen Komplexitäts-Index i_c, welcher aus dem Ergebnis der Annäherungen definiert wird. Für jede Annäherung wird der Anteil der relativen Energie aus den jeweiligen sektoriellen Weibull-Parametern ermittelt. Die omni-direktionale Annäherung (5xNH) repräsentiert 100% der Energie. Wenn weniger als 5% der Energie in Sektoren auftritt, die die Prüfung der Neigung oder der vertikalen Abweichung verfehlen, wird die WEA-Position als nicht komplex betrachtet. Wenn mehr als 15% der Energie in Sektoren auftritt, die eine der Prüfungen verfehlen, wird die WEA-Position als komplex betrachtet und der Komplexitäts-Index i_c =1. Wenn zwischen 5% und 15% der Energie in Sektoren auftreten, die eine der Prüfungen verfehlen, wird der Komplexitäts-Index linear zwischen 0 und 1 interpoliert.

Vorsicht ist geboten, wenn der Komplexitäts-Index über 0 liegt. Die Richtlinie verlangt in diesem Fall eine zusätzliche Korrektur der Turbulenzberechnung. Diese Korrektur ist eine Kompensation dafür, dass Schalensternanemometer nur die horizontale Komponente der Turbulenz erfassen, im komplexen Gelände jedoch bedeutende Anteile der turbulenten kinetischen Energie in der vertikalen Komponente enthalten sein können. Die Richtlinie definiert einen Korrekturfaktor für die Turbulenzstruktur, CCT, der aus dem Komplexitäts-Index berechnet wird. Dieser Korrektur-Parameter muss auf die gemessenen Turbulenzwerte angewendet werden, wenn der Komplexitäts-Index 0 überschreitet. Die Information wird automatisch zur Prüfung der Effektiven Turbulenz übernommen.

In einer Fußnote erwähnt die IEC-Richtlinie, dass der Neigungswinkel der Ebene der omni-direktionalen Anpassung mit dem Radius 5xNH als Anströmungswinkel angenommen werden kann. Wir ermöglichen diese Option in SITE COMPLIANCE und die relevanten Anströmungswinkel werden automatisch von der Prüfung der Komplexität Gelände zur Prüfung des Anströmwinkels übernommen.

Achtung: Wenn sowohl eine WAsP, als auch WAsP-CFD-Berechnung durchgeführt wurde, werden die WAsP-CFD-Ergebnisse herangezogen, um den Energiegehalt des betreffenden Sektors in der Komplexitätsprüfung zu bestimmen.