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.

Das Ergebnis der Optimierung kann entweder ein für fehlgeschlagen oder ein für erledigt sein. Eine fehlgeschlagene Berechnung liefert kein Ergebnis, sondern teilt Ihnen in einer Fehlermeldung mit, was falsch gelaufen ist. In der Regel handelt es sich um eine Inkonsistenz zwischen den Anforderungen des Schallmodells und den Einstellungen des Schallrezeptors (z. B. keine Schwellenwerte für niedrige Frequenzen im Rezeptor, obwohl das Schallmodell für die Berechnung von tieffrequentem Schall eingestellt ist). Die sich daraus ergebende Strategielinie kann ausgeklappt werden und listet dann alle an der Optimierung beteiligten Windenergieanlagen auf. Jeder Plan für die Curtailments von WEA kann durch Anklicken eingesehen werden.

Im Fenster Konfiguration/Lauf können zwei Dimensionen gleichzeitig angezeigt werden. Im obigen Beispiel werden die Windrichtungen in den Spalten und die Windgeschwindigkeit in den Zeilen angezeigt. Wenn zusätzliche Dimensionen in die Optimierung einbezogen werden, können diese stattdessen angezeigt werden. Wenn die Zeit eine aktive Dimension ist, kann mit Zeitraum ausgewählt werden, welcher Zeitraum angezeigt werden soll.

Die Farben entsprechen den Betriebsmodi der WEA und in der oberen linken Ecke jeder Betriebsmodus-Gruppe wird der Name des Betriebsmodus angezeigt. Im obigen Beispiel zeigen die orangen Felder den Betriebsmodus Noise Mode 2 an.

Enthält ein Klasse Unterklassen in verschiedenen Dimensionen (z. B. Temperatur), gibt die Kennzeichnung den restriktivsten Modus unter den Unterklassen an und bestimmt auch die Farbe. Diese Ansicht stimmt mit der Darstellung in den DECIBEL- und NORD2000-Curtailmentdarstellungen überein, mit der Ausnahme, dass der Bereich der Modi hier nicht angezeigt wird. Wenn die Strategie offene Bereiche verwendet, wird dies für die höchste und niedrigste Windgeschwindigkeit vermerkt. Dies sind die Modi, in denen die WEA bei höheren und niedrigeren Windgeschwindigkeiten betrieben wird.

Wenn die Strategie geschlossene Bereiche verwendet, wird ein zusätzlicher Windgeschwindigkeitsbereich oberhalb und unterhalb der höchsten und niedrigsten Windgeschwindigkeit mit nicht reduziertem Betriebsmodus hinzugefügt:

Die Curtailment-Verluste werden in einer Übersicht dargestellt, wenn man auf eine Schall-Curtailment-Strategie klickt:

Die AEP-Verluste werden in MWh und Prozent angezeigt. Der Verlust bezieht sich auf die Produktion des Standard-Betriebsmodus (höchster Betriebsmodus), entsprechend dem definierten Windmodell.

Unten im Fenster befinden sich zwei Exportoptionen, Schallberechnung anhand Strategie erstellen und Curtailmentstrategie in alle WEA schreiben:

Mit der Option Schallberechnung anhand Strategie erstellen wird eine DECIBEL- oder NORD2000-Berechnung erstellt, die mit den im Optimizer verwendeten Einstellungen identisch ist. Das bedeutet, dass das gleiche Schallmodell, die gleichen WEA und die gleichen Schallrezeptoren verwendet werden. Um die optimierte Curtailment-Strategie in der DECIBEL- oder NORD2000-Berechnung zu verwenden, denken Sie bitte daran, zuerst auf Curtailmentstrategie in alle WEA schreiben zu klicken.

Die soeben erstellte DECIBEL- oder NORD2000-Berechnung muss ausgeführt werden, bevor sie gedruckt oder ihre Ergebnisse gespeichert werden können. Bei einer auf diese Weise erstellten Schallberechnung sind keine Schallkarten ausgewählt, sie können aber durch Öffnen der Berechnungseigenschaften hinzugefügt werden. Bitte beachten Sie, dass die Berechnung von Schallkarten, die auf sehr detaillierten Optimierungen basieren, langsam sein kann und dass es möglich ist, sehr viele Karten zu erhalten, wenn alle möglichen Situationen dargestellt werden müssen.

Speichern der Ergebnisse

Wenn der SCO geschlossen wird, werden die abgeschlossenen Berechnungen gespeichert, aber die Ergebnisse werden nur dann in den Rest von windPRO exportiert, wenn die Export-Schaltflächen in der Ergebnispräsentation gedrückt werden, siehe Abschnitt 8.1.3. Der SCO fungiert somit als ein in sich geschlossenes Labor, um die beste Betriebsstrategie für den Windpark zu finden. Der SCO kann viele verschiedene Schall-Curtailment-Strategien für denselben Windpark enthalten, obwohl jeweils nur eine davon für dieselbe Anlage gespeichert werden kann.

Entscheidungen zur Optimierung

Das Schallmodell

Die Auswahl eines geeigneten Schallmodells ist der Schlüssel für eine erfolgreiche Schalloptimierung. Das Prinzip der Schallmodelle in windPRO ist das eines Baukastens. Während einige der Modelle starr sind oder sogar auf spezifischen Komponenten basieren, um den Lärmvorschriften in bestimmten Ländern zu entsprechen, haben andere Modelle einen gewissen Grad an Flexibilität. Sowohl für das DECIBEL Modell mit der ISO 9613-2 als auch für das NORD2000 Modell ist es möglich, Flexibilität voll auszuschöpfen und ein eigenes Schallmodell zu entwerfen.

Diese Schallmodelle werden hier im Detail beschrieben. An einigen Stellen weicht jedoch die Auswahl des Schallmodells im Schall-Curtailment-Optimizer (SCO) von der DECIBEL- und NORD2000-Berechnung ab.

Optionen zur Windgeschwindigkeit

Während das Modell für die Windgeschwindigkeit im Windpark (WiW) in DECIBEL und NORD2000 auf die Verwendung einer vordefinierten Windressourcenkarte beschränkt ist, ist möglich, eine Verbindung zu dem Windmodell herzustellen, das für die Berechnung der Verluste in der Optimierung verwendet wird. Wenn eine Ressourcenkarte als Windmodell verwendet wird, verwendet WiW einfach die gleiche Ressourcenkarte. Handelt es sich bei dem Windmodell um ein Zeitreihenmodell, wird für die spezifischen Punkte der Wiw-Berechnung eine angepasste Windressourcenkarte (.rsf) berechnet. Die ausgewählte Windressourcenkarte wird in die DECIBEL- oder NORD2000-Exportberechnung exportiert. Dieser Ansatz gewährleistet Konsistenz und begrenzt die Anzahl der für die Berechnungen erforderlichen Windmodelle.

Optionen zur Frequenz

Der A-C-Weighting-Test für Tieffrequenz-Berechnungen ist nicht im Optimizer enthalten. Er ist lediglich ein Test für die NORD2000-Berechnung und ein Nicht-Bestehen dieses Tests hat keine Auswirkungen auf die Berechnung.

Optionen zur Windrichtung

Wenn der Optimizer so eingestellt ist, dass die Schallausbreitung nach Windrichtung berechnet wird, kann entweder eine benutzerdefinierte Anzahl von Windrichtungen oder eine Verknüpfung mit der Curtailment-Matrix ausgewählt werden. Der Unterschied mag unbedeutend erscheinen, da die Standard-Curtailment-Matrix mit der Standard-Richtungseinstellung identisch ist. Die Idee ist, eine Verknüpfung mit den Einstellungen zur Optimierungsstrategie herzustellen, so dass die Tests in denselben Klassen durchgeführt werden, in denen auch optimiert wurde. Der umgekehrte Fall ist ebenfalls möglich, d. h. die Tests zur Einhaltung der Anforderungen können unabhängig von der Optimierungsstrategie durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Strategie nur mit 60˚-Klassen erlaubt sein, aber die Prüfung muss mit 30˚-Klassen durchgeführt werden. In diesem Fall werden 12 Sektoren im Schallmodus ausgewählt, aber nur 6 Sektoren in der Strategie.

Optionen zur Luftdämpfung

Bei der Berechnung der Luftdämpfung werden zwei Parameter verwendet, die für die Optimierung genutzt werden können: Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit. Diese Parameter werden nur dann in einer Optimierung verwendet, wenn die Option Gesamte Matrix berechnen ausgewählt ist. Die Klassierung wird dann in der Strategie festgelegt. Mit der Option Temperaturbereich bzw. Rel. Luftfeuchtigkeitsbereich wird nur ein Wertebereich auf Übereinstimmung geprüft.

Optionen für Zeiträume

Die Option Fest / Keine Zeitdimension bedeutet, dass die Optimierung nur für einen einzigen Zeitraum durchgeführt wird oder dass die Zeit kein Parameter ist. Wenn Rezeptoren mehr als einen Zeitraum definiert haben, wird der angegebene Zeitraum für die Optimierung verwendet, während die anderen Zeiträume ignoriert werden.

Wenn Sie die Auswahl Ganze Matrix berechnen (alle Zeiträume) aktivieren, bedeutet dies, dass jeder der unter Tageszeiten bearbeiten definierten Zeiträume optimiert wird. Der Optimizer erwartet, dass er die gleichen Zeiträume findet, die in den Rezeptoren eingestellt sind. Wenn im Rezeptor nur ein Zeitraum definiert ist, wird dieser Schwellenwert für alle Zeiträume verwendet und das Ergebnis ist dasselbe. Wenn im Rezeptor mehr als ein Zeitraum definiert ist und die Anzahl der Optimierungzeiträume eine andere ist, wird eine Fehlermeldung ausgelöst.

Die L_den-Methodik kann nicht in Optimierungen verwendet werden. Sie erscheint nicht in den Optionen des Schallmodells ISO-9613-2 Allgemein. Die Modelle, die L_den verwenden, wurden aus der Modellliste entfernt. Dazu gehören Niederlande 2011 und Norwegen 2012.

Schallreflexionen

Schallreflexionen werden bei der Schalloptimierung nicht berücksichtigt.

Schallrezeptoren

Im Zusammenhang mit der Optimierung der Schall-Curtailments geht es in erster Linie darum, dass die Einstellungen der Rezeptoren mit denen des Schallmodells zusammenpassen, was auch bei einer DECIBEL- oder NORD2000-Berechnung von Bedeutung. Eine Unstimmigkeit kann zu falschen Ergebnissen oder Fehlermeldungen führen. Eine Optimierung, die Umgebungsgeräusch berücksichtigt, erwartet, dass die Rezeptoren Umgebungsgeräusch aufweisen. Eine Optimierung des Tieffrequenzspektrums erwartet, dass in den Rezeptoren ein Spektrum gefunden wird, das die gleichen Frequenzen abdeckt. Solange länderspezifische Modelle verwendet werden, sind Sie vor möglichen Unstimmigkeiten einigermaßen sicher, aber der Baukastencharakter der allgemeinen Berechnungen bedeutet, dass theoretisch alles gegen alles getestet werden kann, und das macht ab einem gewissen Punkt keinen Sinn mehr.

Da es am einfachsten ist, Schallrezeptoren auszuwählen, indem man ein Layer mit Rezeptoren auswählt, wird empfohlen, Rezeptoren mit unterschiedlichen Einstellungen in getrennten Layern zu gruppieren. Z.B. Schwedische Normalfrequenz-Rezeptoren in einem Layer und eine Kopie mit schwedischen Tieffrequenzrezeptoren in einem zweiten Layer.

Die Schallrezeptoren werden hier ausführlicher beschrieben

Windressourcenmodell

Da das Ziel des Optimizers darin besteht, den Produktionsverlust durch die Curtailments zu minimieren, benötigt der Optimizer eine schnelle und zuverlässige Methode zur Bewertung der Produktionsleistung in jeder Iteration der Optimierung. Dabei geht es nicht darum, die korrekte absolute Produktion zu finden, sondern eine relative Produktionsdifferenz zu ermitteln, die auch dann gilt, wenn die Produktion in einer PARK-Berechnung bewertet wird.

Für eine Optimierung, bei der nur die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung als Optimierungsdimensionen herangezogen werden, ist eine Windressourcenkarte ein schnelles und angemessenes Mittel zur Bewertung des relativen Produktionsverlustes. Eine Windressourcenkarte kann auch an anderer Stelle erstellt werden und muss nicht unbedingt von Schallgutachtern erstellt werden. In vielen Fällen reicht eine GASP-Karte aus. GASP ist für alle windPRO Nutzer verfügbar. Um eine Windressourcenkarte im Optimizer zu verwenden, ist weder eine Lizenz für ein Energiemodul außer PARK und OPTIMIZE noch für WAsP erforderlich. Eine der beiden oder beide sind aber zur Berechnung einer benutzerdefinierten Ressourcenkarte erforderlich.

Wenn Zeit, Temperatur und/oder Luftfeuchtigkeit als Optimierungsparameter einbezogen werden, reicht die Windressourcenkarte nicht aus, um die Verluste zu berechnen. Hier muss die Zeitreihenberechnung eingesetzt werden. Wenn das Projekt bereits ein zeitreihenbasiertes Windmodell/ eine Zeitreihe enthält, kann dieses hier einfach wiederverwendet werden. Das Konzept der Skalierung und der Auswahl der Zeitreihen ist identisch mit dem von außerhalb des SCO in windPRO verwendeten Konzepts. Das bedeutet, dass die Bedenken bezüglich der Beschränkung der effektiven Zeitreihen auf den parallelen Zeitraum der ausgewählten Zeitreihen auch hier gelten. Aber da es hier um die relative Windgeschwindigkeit geht, ist die mögliche Verzerrung durch solche Beschränkungen weniger ein Problem. Das Zeitreihenmodell kann WAsP erfordern, wenn WAsP im Scaler ausgewählt ist. Es sind jedoch keine anderen windPRO-Energiemodule als PARK erforderlich, um das Zeitreihen-Windmodell im SCO auszuführen.

Es ist die gleiche Lockerung der Anforderungen, die erklärt, dass nur das PARK2-Modell mit nur zwei Einstellungen für die Wake-Decay-Konstante ausgewählt werden kann. Das Nachlaufmodell wird benötigt, da eine Änderung der Betriebsart die Ct-Kurve und damit die Nachlaufverluste auf benachbarten WEA verändert. Dies ist der Grund dafür, dass einige WEA mehr Energie erzeugen können, wenn andere WEA reduziert werden. Die Genauigkeit des Modells ist jedoch nicht vorrangig.

Strategieentscheidungen

Die Strategie ist ein Kernelement der Optimierung, denn hier teilen Sie dem Optimizer mit, wie Sie Ihren Betrieb optimieren wollen. Es wird unterschieden zwischen dem, was getestet wird, und dem, was optimiert wird. Ein Test bedeutet, dass das Schallmodell die Einhaltung der Anforderungen prüft, und eine Optimierung bedeutet, dass der Betriebsmodus des Windparks reduziert wird, um die Anforderungen der Tests zu erfüllen.

Oft gibt es eine gute Übereinstimmung zwischen den beiden. Sie testen bestimmte Klassen und reduzieren dieselben Klassen. In einigen Dimensionen wird ein fester Wert verwendet, so dass es keine Optimierung bezüglich dieser Klasse gibt. Es besteht jedoch ein grundlegender Unterschied zwischen Test und Optimierung, da ein Test für einen spezifischen Wert und eine Optimierung für eine Klasse innerhalb eines Bereichs durchgeführt wird. Manchmal wird der Test für den mittleren Wert durchgeführt, aber es ist leicht vorstellbar, dass innerhalb einer Klasse mehrere Tests durchgeführt werden (die alle erfüllt werden müssen) oder Klassen ohne einen Test.

Der Balken unten in der Strategieansicht veranschaulicht dies:

In dem Beispiel oben wird für jede Windgeschwindigeit im Abstand von 1 m/s zwischen 6 bis 12 m/s ein Test durchgeführt. Die WEA kann jedoch nur in Klassen von 2 m/s Breite optimiert werden, was bedeutet, dass es in jeder Klasse zwei Tests gibt, außer im letzten Bereich.

Wenn das Schallmodell die Windgeschwindigkeit als Nabenhöhenwindgeschwindigkeit verwendet und alle WEA zur gleichen Zeit die gleiche Windgeschwindigkeit erfahren (einheitliche Windgeschwindigkeit), können die WEA in den aufgeführten Bereichen reduziert werden. Im obigen Beispiel können die WEA im Bereich der Windgeschwindigkeit von 5,5 m/s bis 7,5 m/s und in den nächsten drei Klassen reduziert werden.

Da diese Anzeige die Windgeschwindigkeiten des Schallmodells zeigt, wird die Übersetzung auf das, was an der WEA passiert, viel komplizierter, wenn die Windgeschwindigkeit im Windpark nicht einheitlich ist und/oder wenn die Windgeschwindigkeit für 10 m Höhe angegeben wird. In diesem Fall werden die Testwindgeschwindigkeiten und die Curtailment-Klassen auf die Windgeschwindigkeit jeder einzelnen WEA in Nabenhöhe umgerechnet, und die resultierenden Klassen können anders aussehen als in der Strategieansicht.

Diese Umrechnung der Windgeschwindigkeit kann zu Klassen ohne Tests führen. Hier unterscheidet der SCO zwischen ungeprüften Klassen innerhalb des getesteten Bereichs und außerhalb des getesteten Bereichs. Innerhalb des getesteten Bereichs wird davon ausgegangen, dass die Anlage nicht ohne Schallreduktion laufen kann, nur weil sie nicht getestet ist. In diesem Fall wird der Wert der am stärksten reduzierten benachbarten Klasse gewählt. Außerhalb des geprüften Bereichs wird die Frage anhand der Auswahl unter Curtailments nur im betrachteten WG-Bereich geklärt. Ist das Häkchen nicht gesetzt, werden also offene Intervalle verwendet, arbeiten die WEA in dem oder den Betriebmodi der nächstgelegenen geprüften Windgeschwindigkeit. Bei geschlossenen Intervallen (gesetztes Häkchen), gibt es außerhalb des getesteten Bereichs keine Einschränkungen gibt und die WEA wird ohne Schallreduktion betrieben. In der Strategieansicht wird dies im Balken und in den Curtailment-Ergebnissen als Kennzeichnung der niedrigsten und der höchsten Windgeschwindigkeit (für offene Intervalle) und als angehängte Klasse mit nicht-reduziertem Betrieb (geschlossene Intervalle) angezeigt.

Oft ist das Windmodell so eingestellt, dass der Schall bei einer festen Windgeschwindigkeit oder einer nicht spezifizierten Windgeschwindigkeit berechnet wird, z. B. Höchster Schallwert oder 95% Nennleistung. In diesen Fällen kann die Windgeschwindigkeit keine Dimension sein, auch wenn das Klassen-Setup dies zulässt. Der Betriebsmodus muss für alle Windgeschwindigkeiten gültig sein, auch wenn nur ein spezieller Fall getestet wird. In der Darstellung der Curtailments wird die Windgeschwindigkeit dann durch eine Linie ohne Windgeschwindigkeit ersetzt. Das gleiche Prinzip gilt für die anderen Dimensionen. Feste Werte für einen Parameter bedeuten, dass er keine Optimierungsdimension sein kann.

Algorithmus der Optimierung

Im Gegensatz zur Verwendung von Meta-Heuristiken für die Suche nach optimalen Strategien reduziert der SCO die Anzahl der Lösungsevaluierungen, indem er einen deterministischen Greedy-Ansatz verfolgt, der auf den relativen Beiträgen der WEAs zu den Schallüberschreitungen an den Schallrezeptoren basiert. Dieser Ansatz begrenzt die Anzahl der Berechnungen und verkürzt die Berechnungsdauer, kann aber möglicherweise zu lokalen Optima führen.

Algorithmus der Schall-Curtailment Optimierung

Wenn die höchsten Betriebsmodi der WEA zu einer Verletzung der Schallanforderungen führen, wird für jede klassierte Variable eine Strategie abgeleitet und in einer Curtailment-Strategie-Matrix gespeichert. Die Strategie wird nach einem Verfahren berechnet, das zunächst feststellt, ob WEA abgeschaltet werden müssen, und dann eine Curtailment-Strategie für alle nicht abgeschalteten WEA erstellt.

WEA-Abschaltungen

Um zu prüfen, ob die WEA vollständig abgeschaltet werden müssen, werden alle WEA auf den niedrigsten Betriebsmodus eingestellt und die Einhaltung der Schallgrenzwerte überprüft. Überschreitet der Schall die zulässigen Schallpegel, wird die WEA mit dem höchsten Beitrag zu den Schallpegeln an den Immissionsorten abgeschaltet, bis der Park die Schall-Anforderungen einhält. Danach werden alle WEA-Betriebsmodi auf den höchsten Betriebsmodus zurückgesetzt. Werden die Schallanforderungen des Parks mit den abgeschalteten WEA immer noch überschritten, werden die Betriebsmodi im nächsten Schritt optimiert.

Curtailments der Betriebsmodi

Bei der Berechnung der Curtailments der Betriebsmodi wird ein Greedy-Algorithmus verwendet. Wenn die Beurteilungspegel an den Immissionsorten die zulässigen Richtwerte überschreiten, wird folgendes Teilverfahren angewandt: Zunächst wird der Immissionsort mit der höchsten Überschreitung ermittelt. Dann wird für jede WEA eine Kennzahl berechnet, die das Verhältnis von produzierter Leistung pro Schallüberschreitung quantifiziert. Die WEA werden in umgekehrter Reihenfolge nach dieser Kennzahl sortiert, und die WEA mit der schlechtesten relativen Leistung pro Schallbeitrag wird in den nächstniedrigen Betriebsmodus gesetzt. Diese Schleife wird so lange fortgesetzt, bis die Schallanforderungen der betrachteten Klasse erfüllt werden.

Referenzen: