Validierung mit Referenzerträgen von existierenden WEA

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Arbeiten mit Referenzerträgen aus bestehenden WEA

1. Ziel und Zweck

Ertragsdaten von existierenden WEA können verwendet werden, um die Plausibilität von PARK-Berechnungen für eigene Standorte zu bewerten.

Diese Kurzanleitung stellt den Prozess in der Übersicht dar. Da jedes Projekt einzigartig ist, können weitere, hier nicht erwähnte Maßnahmen, nötig sein, um die verwendeten Eingangsdaten in die benötigte Form zu bringen. Weiterhin können sich durch weitere Daten zusätzliche Validierungsmöglichkeiten ergeben, die auf jeden Fall genutzt werden sollten. Diese Anleitung bezieht sich nicht auf die Arbeit mit Winddaten von Gondelanemometern¹, sondern alleine auf monatlich kumulierte Ertragsdaten.

¹Diese können, eine angemessene zeitliche Auflösung vorausgesetzt, wie Messdaten von einem Messmast behandelt werden. Allerdings ist durch die äußeren Bedingungen der Messung (-->Messgeräte hinter dem Rotor) von einer deutlich erhöhten Unsicherheit auszugehen.

2. Voraussetzungen

- Ein eigener Standort (im folgenden „Standort“), für den eine Ertragsprognose nach der Windatlas-Methode vorbereitet wurde, also: Auswahl einer geeigneten Windstatistik, Rauigkeit, Orographie, Hindernisse.
- Ein Referenzstandort mit einer existierenden WEA („Referenz-WEA“), für den angenommen wird, dass er vergleichbare Windbedingungen wie der Standort aufweist. Dieser muss mit derselben Sorgfalt für eine Berechnung mit der Windatlas-Methode vorbereitet werden wie der Standort. Ebenfalls sollte die Referenz-WEA einer vergleichbaren Leistungsklasse angehören wie die geplanten Standort-WEA.
- Monatlich kumulierte Erträge für den Referenzstandort („Referenzerträge“) für mindestens ein Jahr, möglichst aber länger. Diese müssen bereits auf 100% Anlagenverfügbarkeit korrigiert sein – sind sie es nicht, werden ebenfalls monatliche Verfügbarkeitsdaten benötigt und die Korrektur auf 100% Verfügbarkeit muss im Vorfeld vorgenommen werden (siehe 4.3). Zusätzlich müssen die Referenzerträge mit einem Windenergieindex korrigiert werden, um das Langzeitniveau der Erträge widerzuspiegeln. Liegen nur Referenzerträge für einen kurzen Zeitraum vor, ist kaum eine Aussage darüber möglich, ob Index- und Referenzstandortbedingungen überhaupt korrelieren. Die Unsicherheit der möglichen Aussagen nimmt dann stark zu.
- Lizenzen für WAsP sowie die WindPRO-Module MODEL und PARK, zur Erstellung eigener Windindices auch MCP.

3. Idee

Es wird eine PARK-Berechnung (unter Verwendung eines Terraindaten-Objekts --> Windatlas-Methode) für die Referenz-WEA durchgeführt. Wenn die Eingangsdaten, die verwendet werden (gewählte Windstatistik, Rauigkeitsstruktur, Hindernis- und Orographieeinfluss), korrekt sind, dann sollte sich mit dieser Berechnung die tatsächliche bekannte Produktion reproduzieren lassen.

- Ist dies der Fall, dann kann auch für den Standort angenommen werden, dass die dortigen Windbedingungen mit der Windatlas-Methode korrekt reproduziert werden. Dies setzt allerdings voraus, dass die Windbedingungen an Referenz und Standort tatsächlich vergleichbar sind!
- Signifikante Abweichungen weisen dagegen darauf hin, dass die Eingangsdaten der Windatlas-Berechnung nicht korrekt sind. Konsequenz kann z.B. sein, dass andere Eingangsdaten verwendet werden müssen oder das Energieniveau der verwendeten Windstatistik korrigiert werden muss. Veränderungen der Eingangsdaten müssen objektiv begründbar sein. Es reicht nicht als Begründung aus, dass ansonsten die Produktionsdaten nicht reproduziert werden können!
- In ungünstigen Fällen kann eine Abweichung auch darauf hinweisen, dass die Windatlas-Methode sich überhaupt nicht für die Berechnung in der Region eignet, oder dass keine passende Windstatistik vorliegt und somit nach alternativen Modellen oder Winddaten gesucht werden muss.

4. Windindexkorrigierte Produktion (WKP)

Da Windverhältnisse starken Schwankungen unterliegen, müssen die vorliegenden Referenzerträge auf ein Langzeit-Niveau korrigiert werden. Hierfür werden Informationen darüber benötigt, wie die Monate, für die Referenzerträge vorliegen, sich relativ zum Langzeitraum verhalten. Dies wird durch einen Windenergieindex erreicht.

4.1. Windindices

Ein Windenergieindex gibt für jeden Monat eines Zeitraums das Produktionsniveau im Vergleich zum Monatsmittel in einem Langzeitraum an. Der Langzeitraum soll repräsentativ für ein langjährig erwartetes Niveau sein. Der Index ist ein Prozentwert, wobei 100% für einen Monat steht, der genau im langjährigen Durchschnitt liegt. Höhere Werte stehen für Monate, deren Produktion über dem langjährigen Mittel für diesen Monat lag, niedrigere Werte für unterdurchschnittliche Produktionen.

Windindices sind in Deutschland erwerbbar, z.B. über die Betreiberdatenbasis http://www.btrdb.de, und für viele Regionen verwendbar. Für manche Regionen mit geringer WEA-Dichte sind diese jedoch nicht immer zuverlässig, so dass die Erstellung eines eigenen Index‘ sinnvoll sein kann. Windindices sind Produktionsindices. Als solche sind sie abhängig von den WEA, mit deren Produktionsdaten sie gewonnen werden. Aufgrund der Anlagenauslegung kann z.B. WEA-Typ A bei einer gegebenen Windgeschwindigkeit bereits 60% der Nennleistung bringen, während Typ B nur 40% der Nennleistung produziert.

4.2. Es sollte deshalb ein Windindex verwendet werden, der für den Typ der Referenz-WEA erstellt wurde (bei eigener Erstellung) oder zur Leistungsklasse passt. Erstellen eines Windindex aus langjährigen Winddaten

Eingangsdaten

Als Langzeit-Datenquelle kommen z.B. Reanalyse-Daten in Frage; in WindPRO gibt es Langzeitdaten aus verschiedenen Quellen zum direkten Download in das WindPRO-Projekt, siehe auch http://help.emd.dk/mediawiki/ (Voraussetzung: lizensiertes MCP-Modul). Die Langzeitdaten müssen mit der Referenz korrelieren (und damit auch mit dem Standort, da wir zwischen diesen beiden von einer vorhandenen Korrelation ausgehen). Wenn keine zusätzlichen Korrelationsmöglichkeiten (z.B. Zeitreihen) vorliegen, kann dieses unter Umständen erst am Ende der Indexerstellung überprüft werden, so dass vielleicht mehrere Anläufe nötig sind, bis ein passender Index erstellt wird. Die Langzeit-Datenquelle muss konsistent sein (keine erkennbaren langjährigen Trends, keine Sprünge).

Windindex-Erstellung mit MCP

Es wird eine MCP-Berechnung gestartet. Auf dem Register Einstellungen --> Windindex-Berechnung wird der WEA-Typ ausgewählt, für den die Referenzerträge vorliegen. Weiterhin muss die erwartete mittlere Windgeschwindigkeit angegeben werden. Wenn keine andere Quelle hierfür verfügbar ist, kann z.B. die mittlere WG auf Nabenhöhe einer im Vorfeld vorgenommenen Windatlas-Berechnung eingetragen werden. Auf dem Register Measure wird für beide Zeitreihen das METEO-Objekt mit den Langzeit-Daten ausgewählt. Über die Filter / Datum: Zeiträume ausschließen wird jedoch die als „Lokale Referenz“ verwendete Zeitreihe auf den Zeitraum eingegrenzt, für den Referenzerträge vorliegen. Dann wird mit dieser Datenbasis eine Langzeitkorrektur mit der Windindex-Methode durchgeführt. Ein Doppelklick auf die Grafik des Windindex führt in ein Fenster, über das die Daten in die Zwischenablage exportiert werden können:

Von der Zwischenablage können sie dann in Excel eingefügt werden. In der Spalte „Y“ finden sich die monatlichen Windindices des Zeitraums.

4.3. Verwenden des Windindex (Excel)

Die vorliegenden Referenzproduktionen werden zunächst monatsweise nach Verfügbarkeit korrigiert. Ist für einen Monat z.B. die Verfügbarkeit 97,2% und die tatsächliche Produktion beträgt 300.000 kWh, so ist die Produktion bei 100% Verfügbarkeit = 300.000 kWh / 0,972 = 308641 kWh.

Dann sollte zur Sicherheit eine Korrelation der monatlichen Referenzproduktionen mit den monatlichen Windindices durchgeführt werden (Excel). Dies dient dazu, sicher zu gehen, dass tatsächlich eine Übereinstimmung der Windverhältnisse zwischen Windindex-Daten und Referenzstandort besteht.

Schließlich wird jede monatliche Produktion durch den entsprechenden Indexwert geteilt. Alle Index-korrigierten monatlichen Produktionen werden jahresweise aufsummiert und, wenn mehrere (volle) Jahre Referenzdaten vorliegen, gemittelt. Das Ergebnis ist die WKP für die Referenz-WEA.

5. Validierung von WAsP/ATLAS-Berechnungen

Die WKP wird bei Existierenden-WEA-Objekten im Register PARK angegeben. Das Häkchen „Wird als PARK-WEA behandelt“ (Register WEA) darf nicht gesetzt sein.

Wird eine PARK-Berechnung unter Einbeziehung dieser WEA durchgeführt, erscheinen diese auf einem zusätzlichen Bericht „Referenz-WEA“. In der letzten Spalte auf diesem Bericht erscheint ein sogenannter „Gütefaktor“.

Der Gütefaktor ist das Verhältnis der tatsächlichen Produktion zur berechneten Produktion. Er gibt also an, mit welchem Wert die berechnete Produktion skaliert werden müsste, um die tatsächliche Produktion zu treffen. Wurde z.B. eine zu hohe Produktion berechnet, so ist der Gütefaktor kleiner 100. Wurde eine zu niedrige Produktion berechnet, so ist er größer 100.

WENN die Konsequenz aus der Validierung sein soll, dass das Energieniveau der verwendeten Windstatistik angepasst werden soll (--> Terraindatenobjekt --> Windstatistik --> Windgeschw.-Korrektur einer Windstatistik), dann wäre dies der Korrekturwert, der dabei verwendet werden soll.

Die Korrektur des Energieniveaus ist jedoch nur eine von mehreren möglichen Konsequenzen. Am anderen Ende des Spektrums stehen Schlussfolgerungen wie z.B. dass die Windstatistik für den Standort nicht brauchbar ist, dass die Standorte nicht vergleichbar sind, dass der Windindex nicht geeignet ist o.ä. – dies unterliegt der Beurteilung durch den Bearbeiter.