Überblick Schallcurtailment-Optimierung (OPTIMIZE)

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Windparks müssen Lärmvorschriften einhalten, und es gibt zwei Ansätze, um die Einhaltung der von den Windenergieanlagen (WEA) ausgehenden Schallimmissionen an den Schallrezeptoren zu gewährleisten: über die WEA-Positionen oder den Betriebsmodus der WEA. Wenn Schallwerte überschritten werden, die WEA aber bereits installiert sind oder die geplanten Positionen feststehen, bleibt nur die Möglichkeit, den Betriebsmodus der Anlagen einzuschränken. Der reduzierte Betrieb der WEA geht mit einer geringeren Schallemission, aber auch mit einer geringeren Energieproduktion einher. Der Zweck der Optimierung der Schallreduzierung im Rahmen der Windparkplanung besteht darin, die akustischen Einschränkungen zu erfüllen und gleichzeitig den üblichen Nutzen zu maximieren, z. B. die Energieproduktion oder den Gewinn.

Der Schall-Curtailment-Optimizer (SCO) erweitert das OPTIMIZE-Modul in windPRO um eine solche Funktionalität zusätzlich zur Layout-Optimierung. Ziel des SCO ist es, eine Schall-Curtailment-Strategie für Windparks vorzuschlagen, um die Lärmgrenzwerte um den Windpark herum mit dem geringstmöglichen Produktionsverlust einzuhalten. Wenn die Schallreduzierung nicht ausreicht, um die definierten Lärmvorschriften einzuhalten, kann das Tool auch vorschlagen, die WEA unter bestimmten Bedingungen abzuschalten.

Der SCO in windPRO wurde im Rahmen des Decowind-Projekts entwickelt, das vom dänischen Innovationsfonds (Innovationsfonden) unterstützt wird.

Schall - Curtailment vs. Layout - Curtailment

Der Schall-Curtailment-Optimizer ist so konzipiert, dass er dem Layout-Optimizer ähnelt. Ein Großteil der Struktur des Optimizers sieht ähnlich aus und wird ähnlich angewandt. In beiden Fällen besteht das Ziel darin, die Produktion eines Windparks zu maximieren, aber die Freiheitsgrade sind unterschiedlich. Der Layout-Optimizer erreicht dieses Ziel, indem er die WEA innerhalb einer Reihe von Rahmenbedingungen verschiebt, während der SCO dasselbe durch die Änderung des Betriebsmodus der WEA erreicht. Die Rahmenbedingungen des SCO werden durch den Code des Schallberechnungsmodells, den er einhalten muss, und die Möglichkeiten, die der WEA-Typ bietet, definiert. Aus diesen Gründen muss die Benutzeroberfläche von der des Layout-Optimizers abweichen, wie im Folgenden beschrieben. Das Ergebnis der SCO ist kein neues Layout, sondern eine Schall-Matrix-Datenbank für jede WEA.

Die Baum-Struktur von OPTIMIZE

Die Benutzeroberfläche des Schall-Curtailment-Optimizers verwendet eine Baumstruktur wie die des Layout-Optimizers mit den drei Ebenen Standort, Layout und Strategie:

Wenn der SCO zum ersten Mal geöffnet wird, steht ein erster Standort zur Verfügung, der mit den Standardeinstellungen für das Land des Projekts versehen ist. Der Optimizer ermöglicht die Erstellung mehrerer Standorte, ein Standort kann mehrere Layouts enthalten und ein Layout kann mehrere Strategien haben. Jede Hierarchieebene kann aus- oder eingeklappt werden, und wenn sie hervorgehoben ist, werden die Optionen für die Ebene rechts sichtbar.

Neue Ebenen können hinzugefügt, gelöscht oder kopiert werden. Standorte können durch Rechtsklick auf die Standortebene geklont werden:

Es gibt einige Beschränkungen für die oberen Ebenen der Struktur, sobald die unteren Ebenen hinzugefügt wurden. Diese Einschränkungen können aufgehoben werden, wenn die unteren Ebenen entfernt werden. Es ist zum Beispiel nicht möglich, das Schallmodell zu ändern, sobald eine Strategie hinzugefügt wurde, aber das Entfernen aller Strategien ermöglicht wieder Änderungen am Schallmodell.

Standort

Der Standort ist das grundlegende Szenario. Im Prinzip umfasst der Standort alle grundlegenden Bedingungen des Standorts und müsste im Idealfall bei der Prüfung verschiedener Optionen nicht verändert werden. Es kann jedoch die Notwendigkeit oder das Interesse bestehen, grundlegende Bedingungen zu ändern, z. B. die Auswahl der Schallrezeptoren, die Parameter des Schallmodells oder die Details des Windmodells. Für solche Variationen können separate Standorte erstellt werden. Durch die Auswahl eines Standorts in der linken Spalte wird das Feld Konfiguration/Lauf auf der rechten Seite aktiviert.

Schallrezeptoren: Auf der Registerkarte Schall werden die relevanten Rezeptoren ausgewählt, indem der Layer, in dem sich die Rezeptoren befinden, markiert wird. Standardmäßig werden alle Rezeptoren in einem Layer ausgewählt, aber durch Entfernen des Häkchens bei Alle Objekte von gewählten Layern verwenden können bestimmte Objekte gewählt werden.

Es ist wichtig, dass die ausgewählten Schallrezeptoren mit dem verwendeten Schallmodell übereinstimmen (siehe Abschnitt 8b.2.2).

Schallmodell: Der SCO bietet über die Registerkarte Schall Zugriff auf DECIBEL und NORD2000. Für den Zugriff auf eines der beiden Berechnungsmodule ist eine Lizenz für das entsprechende Modul erforderlich. Die Auswahlbox für das Schallmodell bietet schnellen Zugriff auf eines der voreingestellten Modelle in DECIBEL oder NORD2000. Über die Schaltfläche Modellparameter bearb. können die Parameter des Schallmodells anzeigt oder geändert werden. DECIBEL und NORD2000 werden im windPRO Umwelt Handbuchs ausführlich beschrieben. Die Details der Modellparameter werden ebenfalls dort beschrieben. Zusätzliche Informationen dazu wo der Optimizer zusätzliche oder reduzierte Optionen anbietet finden Sie in Abschnitt 8.2.1.

Wenn ein Modell angepasst werden muss, empfiehlt es sich, das Modell ISO 9613-2 Allgemein von DECIBEL oder General von NORD2000 zu wählen.

Windressourcenmodell: Auf dem Register Energie wird das Windressourcenmodell ausgewählt. Dieses wird verwendet, um den Produktionsverlust zu berechnen, der durch Curtailments verursacht wird. Es kann auf Zeitreihendaten oder einer Windressourcenkarte basieren

Eine Windressourcenkarte ist eine bereits berechnete Rasterkarte für eine bestimmte Fläche, die Weibull-Parameter und sektorielle Häufigkeiten in jeder Rasterzelle enthält. Windressourcenkarten werden in hier ausführlich beschrieben.

Für den SCO kann eine Windressourcenkarte entweder im .rsf-, .wrg- oder .siteres-Format verwendet werden. Es ist erforderlich, dass sie den Standort aller WEA in der Berechnung sowie jegliche Referenzpunkte (für die Windgeschwindigkeit im Windparkmodell) enthält. Ein sehr leichter und einfacher Zugang zu einer Windressourcenkarte sind die GASP-Daten, die über windPRO weltweit frei verfügbar sind. Eine Windressourcenkarte kann verwendet werden, wenn die einzigen beiden Dimensionen, die in der Optimierung verwendet werden, Windgeschwindigkeit und Windrichtung sind.

Die Option Zeitreihe richtet ein zeitreihenbasiertes Modell ein. Dieses beinhaltet einen Scaler und eine Zeitreihe und ist völlig identisch mit dem Modell im Modul [[PARK-Überblick|PARK]. Einen Überblick zur Berechnung mit Scaler finden Sie hier: QuickGuide PARK-Berechnung mit Mesodaten bzw. hier: QuickGuide PARK-Berechnung mit Messdaten

Das Zeitreihenmodell hat im Vergleich zu einer Windressourcenkarte den Vorteil, dass es nicht auf Windgeschwindigkeit und -richtung beschränkt ist. Da das Modell zeitreihenbasiert ist, kann die zeitliche Dimension in die Optimierung einfließen, z.B. die Berechnung von Tag- und Nachtabschaltungen. Wenn die Zeitreihe Temperatur- und Feuchtedaten enthält, können auch diese Dimensionen einbezogen werden. Wenn diese Dimensionen benötigt werden, aber in den vom Scaler verwendeten Zeitreihen nicht vorhanden sind, können Zeitreihen mit diesen Daten am unteren Rand des Fensters gesondert ausgewählt werden. Da das Ziel in der Berechnung und Minimierung von Curtailment-Verlusten besteht, ist die Genauigkeit der absoluten Windgeschwindigkeit nicht erforderlich. Skalierten Mesoskalen-Daten sind eine einfache und geeignete Option für ein zeitreihenbasiertes Windmodell.

Außerdem muss ein Wakemodell ausgewählt werden. Die Windressourcen an den einzelnen WEA werden in hohem Maße durch Nachlaufverluste beeinflusst. Änderungen der Betriebsart verändern die Schubbeiwert-kurve der WEA und damit auch die Windressourcen, die die WEA im Lee einer anderen erfahren. In der aktuellen Version des SCO ist nur das Modell PARK2 verfügbar. Es kann entweder mit der DTU-Standard - Wake Decay Konstante für Onshore oder Offshore (geringe Turbulenz) ausgewählt werden.

Layout

Auf der Ebene Layout wird der Windpark ausgewählt. Es können verschiedene Layouts am selben Standort getestet werden, da es oft erforderlich ist, verschiedene WEA-Typen oder Layout-Konfigurationen zu testen.

Das Layout wird durch Auswahl der Layer, die die zu berücksichtigen WEA enthalten, ausgewählt. Alle ausgewählten WEA werden in die Layout-Optimierung einbezogen. Es ist erforderlich, dass für die WEA Schalldaten und Leistungskennlinien als Modi entweder in einer PowerMatrix oder als Leistungs-/Schall-Paare definiert sind. Existierende Anlagen können auch in die Optimierung einbezogen werden. Wenn diese nicht reduziert werden sollen, bearbeiten Sie das Objekt Existierende WEA dahingehend, dass ein fester Schallmodus und eine feste Leistungskennlinie verwendet werden, anstatt einer PowerMatrix oder von LK-/Schall-Paaren.

Standardmäßig werden alle WEA in einem Layer ausgewählt, aber Sie können eine spezifischere Auswahl treffen, indem Sie den Haken von Neue WEA im Kasten Alle Objekte von gewählten Layern verwenden entfernen und die WEA aus der Liste darunter auswählen.

Strategie

Das Strategiefenster zeigt an, welche Dimensionen für die Optimierung zur Verfügung stehen. Es enthält einzelne oder Gruppen von Curtailment-Strategien, wobei jede Strategie ein Plan dafür ist, wie Sie Ihre Optimierung durchführen möchten.

Es ist erforderlich, dass das Klassen-Setup die Dimensionen erlaubt. Dies wird im Schallmatrix-Analyzer eingestellt.

Außerdem muss das Modell entlang eines Wertebereichs rechnen, um eine Optimierung durchzuführen. Wenn das Schallmodell beispielsweise mit einer festen Zeitspanne (oder gar keiner) eingestellt ist, ist es nicht möglich, die Zeitkomponente in die Optimierung einzubeziehen. In diesem Fall wird das Feld Tageszeiten bearbeiten ausgegraut. Es ist jedoch möglich, entlang eines Bereichs von Windgeschwindigkeiten zu rechnen, aber nicht entlang der Windgeschwindigkeitsdimension zu optimieren. In diesem Fall bestimmt der Optimizer für jede WEA den spezifischen Schallmodus, der für alle Windgeschwindigkeiten in diesem Bereich geeignet ist.

Überprüfen Sie die Dimensionen, die zur Erstellung einer Curtailment-Strategie genutzt werden sollen: In jeder Zeile sind die Klassengrößen der einzelnen Dimensionen aufgeführt. Die Klassengrößen werden aus dem Klassen-Setup übernommen. Werden die Einstellungen hier geändert, wird Datei des Klassen-Setups überschrieben. Es wird empfohlen, dieselben Klassen wie im Schallmodell zu verwenden, aber das ist keine Voraussetzung. Wenn die zu optimierende WEA weniger detaillierte Klassen zulässt als die, die getestet werden sollen, können sie hier eingefügt werden. Falls die Klassen nicht übereinstimmen, muss der Test überall innerhalb der Optimierungs-Klasse erfüllt werden.

Für die Tageszeiten gibt es ein eigenes Unterfenster

Wenn die Zeitdimension verwendet wird, sollte sie mit den Zeiträumen im Schallmodell übereinstimmen. Es muss sichergestellt werden, dass die Zeiträume korrekt sind. Die Curtailment-Verluste werden entsprechend der Definition der Zeiträume berechnet; die Informationen Zuschlag und Tage pro Jahr werden nicht verwendet. Es ist möglich, Zeiträume als Standard einzustellen, wenn Sie wissen, dass Sie immer die gleichen Zeiträume verwenden werden. Die Schaltfläche Zurücksetzen setzt die Einstellungen auf die des Klassen-Setups zurück, respektiert aber Ihre neuen Standardeinstellungen bzgl. der Zeiträume.

Wenn Sie auf eine Dimensions-Zeile klicken, wird am unteren Rand des Fensters ein Balken angezeigt. Dies sind die Klassen, die bei der Optimierung berücksichtigt werden. Für diese Klassen werden die optimalen Strategien berechnet und in der Curtailment-Matrix gespeichert. Die Punkte innerhalb der Klassen sind die Werte, die im Schallmodell getestet werden. Im obigen Beispiel reicht die erste Klasse für die Windgeschwindigkeit von 5,5 m/s bis 6,5 m/s und die letzte Klasse von 11,5 m/s bis 12,5 m/s.

Für die Windgeschwindigkeitsdimension ist es möglich, offene oder geschlossene Klassen zu verwenden, dies wird über die Option Curtailments nur im betrachten WG-Bereich geregelt. Ist das Häkchen nicht gesetzt (offene Klassen) bedeutet, dass für jede Windgeschwindigkeit unterhalb der niedrigsten optimierten Windgeschwindigkeit die Einstellungen für die niedrigste optimierte Windgeschwindigkeit verwendet werden. Dementsprechend werden für jede Windgeschwindigkeit oberhalb der höchsten Windgeschwindigkeit die Einstellungen für die höchste optimierte Windgeschwindigkeit verwendet. Im obigen Beispiel werden für Windgeschwindigkeiten von mehr als 12,5 m/s die Einstellungen für den Schallmodus 12 m/s bin wiederholt. Der Status offener Bereich führt nicht dazu, dass zusätzliche Zeilen in die Curtailment-Datenbank geschrieben werden, aber es wird eine Flag gesetzt, um die Einstellungen außerhalb des optimierten Intervalls zu wiederholen.

Wenn Sie das Häkchen Curtailments nur im betrachteten WG-Bereich setzen (geschlossene Klassen), bedeutet dies, dass außerhalb des optimierten Intervalls keine Curtailments vorgenommen werden. Da es bei diesen Windgeschwindigkeiten keine Schallschwelle gibt, müssen die WEA die Lärmvorschriften nicht einhalten.

Bitte beachten Sie, dass die angezeigten Windgeschwindigkeiten die Windgeschwindigkeiten aus dem Schallmodell sind. Diese können für die Schall-Curtailment-Matrix in die Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe umgerechnet werden.

Es ist möglich, eine maximale Laufzeit festzulegen, aber im Allgemeinen wird dies nicht empfohlen. Eine Optimierung, die vorzeitig abgebrochen wird, erfüllt möglicherweise nicht die Lärmgrenzwerte. Wenn jedoch der Verdacht besteht, dass die Berechnung sehr lange dauert, kann sie als Notstopp verwendet werden.

Mit Berechnen wird die Optimierung sofort gestartet. Mit Später berechnen wird die Optimierung geparkt, um später ausgeführt zu werden. Weitere Details und Überlegungen zur Strategie finden Sie in Abschnitt 8.2.4.

Präsentation der Ergebnisse

Wenn eine Strategie gestartet wird, durchläuft der SCO den in Abschnitt 8.3 beschriebenen Algorithmus, um für jede Klasse den Betriebsmodus zu finden, der die Schallschwelle mit dem geringsten Ertragsverlust einhält. Ein Zähler zeigt den Optimierungsfortschritt an.

Referenzen: