Handbuch Energieberechnungen

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Einführung

Die Berechnung der mittleren jährlichen Energieproduktion (AEP, Annual Energy Production) gehört zu den wichtigsten Aufgaben bei der Windenergie-Projektentwicklung. Der Energiegehalt des Windes steigt in der dritten Potenz zur Windgeschwindigkeit an. Vom Energiegehalt nutzen Windenergieanlagen aufgrund technischer und physikalischer Beschränkungen etwa die Hälfte. Eine Verdoppelung der Windgeschwindigkeit bedeutet somit etwa eine Vervierfachung der Produktion. Aber auch kleinere Zunahmen der Windgeschwindigkeit haben schon signifikante Änderungen der Produktion zur Folge, so führt z.B. eine Erhöhung der Windgeschwindigkeit von 6 m/s auf 7m/s zu einer Zunahme der Produktion um rund 35%. Nur mit einer möglichst präzisen Vorhersage der Windverhältnisse lassen sich die Produktion und damit der finanzielle Ertrag des Projekts prognostizieren. Projektkosten, Unterhaltungskosten, Darlehenszinsen und vieles mehr sind ebenfalls wichtige Faktoren, diese variieren jedoch von Projekt zu Projekt bei weitem nicht so stark wie die Windverhältnisse. Über die Durchführbarkeit eines Projekts entscheiden maßgeblich die Windverhältnisse.

Es gibt unterschiedliche Wege, zu einer Schätzung der mittleren jährlichen Energieproduktion (AEP, Annual Energy Production) zu kommen. In windPRO sind meistens die folgenden drei Module in dieser Reihenfolge beteiligt:

MCP – Langzeitkorrektur der lokalen Windmessungen

PARK – Berechnung der mittleren jährlichen Energieproduktion (AEP) incl. Wake-Verlusten (benachbarte WEA nehmen sich gegenseitig den Wind weg)

LOSS & UNCERTAINTY – Berechnung der erwarteten Verluste sowie der Unsicherheiten.

Bevor die Berechnungen durchgeführt werden können, müssen verschiedene Vorbereitungen getroffen werden:

Schaffung einer Winddaten-Basis. Wenn eine lokale Windmessung vorliegt, wird diese in ein ###METEO-Objekt eingelesen. Ohne lokale Windmessung müssen andere Datenquellen in Betracht gezogen werden, zum Beispiel Online-Datenquellen (siehe ##unten).

Einrichten eines Berechnungsmodells. Um die horizontale und vertikale Variation der Windbedingungen über das Gelände modellieren zu können, werden ein Geländemodell (Höhen, Geländerauigkeit und Hindernisse) und ein Strömungsmodell (WAsP oder WAsP-CFD) benötigt. windPRO bietet verschiedene Online-Datenquellen für Geländemodell-Komponenten an sowie eine vollständige Integration der Strömungsmodelle WAsP und WAsP-CFD.

Auswahl des Anlagentyps und Windfarm-Layout. Die Module SITE COMPLIANCE und LOAD RESPONSE können hilfreiche Werkzeuge sein, um WEA-Typen zu identifizieren, die den Windlasten am Standort widerstehen können. Die Module METEO und WAsP INTERFACE helfen dabei, abzuschätzen, wie verschiedene WEA-Typen die lokalen Windbedingungen in Produktion umsetzen. RESOURCE ermittelt die räumliche Variation der Windverhältnisse über die Standortfläche (Windressourcenkarte) und erlaubt so eine günstigere Platzierung der individuellen WEA, entweder manuell oder halbautomatisch durch das Modul OPTIMIZE.

Aber auch andere Faktoren können Einschränkungen für das Windfarm-Layout bedeuten; häufig sind Anforderungen zum Schutz der Nachbarn vor Geräuschen und Schattenschlag der WEA zu berücksichtigen (Module DECIBEL und SHADOW). Die visuelle Wahrnehmung der WEA kann eine Rolle spielen (Modul ZVI für Sichtbarkeitskarten, Modul PHOTOMONTAGE), und weitere Naturschutzbelange (Vogelzug und -brut, Fledermäuse) können bestimmte Abstände zu entsprechenden Habitaten erfordern.

Ein weiterer Schritt, der sich anschließen kann, ist die Performance-Überprüfung im laufenden Betrieb. Hierbei leistet das Modul PERFORMANCE CHECK wertvolle Dienste, da es erlaubt, Modellierung und tatsächliche Produktion detailliert miteinander zu vergleichen und so Rückschlüsse auf Modellierungsfehler oder Performanceprobleme der WEA zu ziehen.

Winddaten-Basis – mit lokaler Windmessung

• Importieren Sie die Logdateien der Windmessung in ein METEO-Objekt. Überprüfen Sie die Daten und deaktivieren Sie fehlerhafte Daten
• Richten Sie ein Geländemodell mit mindestens Höhen- und Rauigkeitsdaten, ggf. auch lokalen Hindernissen, ein.
• Analysieren Sie die Winddaten z.B. indem Sie die modellierte ###Windscherung mit der tatsächlich gemessenen vergleichen. Wenn mehrere Masten vorliegen, vergleichen Sie, wie gut sich ein Mast anhand der Ergebnisse eines anderen Masts vorhersagen lässt (Kreuzvorhersage). Versuchen Sie Unterschiede zu erklären und passen Sie ggf. das Geländemodell oder die Strömungsmodell-Parameter an.
• Laden Sie Langzeit-Referenzzeitreihen (z.B. aus Online-Datenquellen) in ein METEO-Objekt. Überprüfen Sie die Qualität und vergleichen Sie unterschiedliche Datenquellen.
• Erzeugen Sie eine Langzeitkorrigierte regionale Windstatistik oder eine lokale Langzeit-Zeitreihe mit dem MCP-Modul. Alternativ kann eine Langzeit-Referenzzeitreihe auch mit Hilfe des ###Scalers an die lokale Messung angepasst werden.

Winddaten-Basis – ohne lokale Windmessung

1. Verwenden Sie eine oder mehrere regionale Windstatistiken (WAsP-Format), die z.B. von einigen meteorologischen Diensten angeboten werden. Die Qualität ist oft nicht ausreichend und eine Validierung anhand von lokalen Daten (z.B. existierenden WEA) ist notwendig.
2. Oder verwenden Sie Daten aus Mesoskalen-Modellierungen. Benötigt eine Kalibrierung anhand regionaler Messdaten oder existierender WEA, da das absolute Niveau von Mesoskalen-Modellierungen häufig signifikant abweicht, auch wenn Richtungsverteilung und Dynamik des Windes gut getroffen werden.
3. Oder verwenden Sie Windressourcenkarten (WAsP-Format) von einer Drittquelle. Hierbei sollte auf einen nachvollziehbaren Berechnungsweg und Angaben zur Unsicherheit geachtet werden.

Für Option b., die aufgrund verbesserter Mesoskalen-Modelle zunehmend interessant wird, bietet windPRO ab Version 3.0 ein vollständiges Berechnungskonzept an, das ###hier beschrieben wird.

Unterschiedliche Berechnungskonzepte – regionale Windstatistik oder Zeitreihenbasierte Berechnung

In der Vergangenheit basierte die Mehrzahl der Ertragsprognosen auf regionalen Windstatistiken. Dies ist das ursprüngliche Konzept der Windatlas-Methode (WAsP-Methode), wobei die Windverhältnisse durch eine Matrix von Weibullverteilungen in den drei Dimensionen Höhe, Richtungssektor und Rauigkeit dargestellt wird. Dieses Konzept hat sich als robust und schnell erwiesen.

Zeitreihenbasierte Berechnungen verwenden ein sehr ähnliches Konzept, bieten aber zusätzliche Möglichkeiten. Diese Art der Berechnung wird zunehmend interessant, weil durch verbesserten Zugang zu Mesoskalen-Modellen inzwischen Mesoskalen-Zeitreihen für jeden Punkt der Welt verfügbar sind. Aber die Methode beschränkt sich nicht auf Mesoskalen-Zeitreihen, sondern kann ebenso mit lokalen Messungen angewendet werden und bietet hier den Vorteil der Interpolation der Daten mehrerer Masten, eine Möglichkeit, die seit vielen Jahren angefragt wurde.

Berechnungsoptionen bei den verschiedenen Konzepten

Nicht jede Berechnungsoption ist mit jedem der verschiedenen Konzepte kompatibel. Die folgende Aufstellung zeigt, was mit welchem Konzept möglich ist.

Berechnungsoptionen		Reg. Windstatistik	Zeitreihe
Leistungskennlinien-Korrektur
	Luftdichte	JA, jährlicher Mittelwert	JA, pro Zeitstempel
	Turbulenz	NEIN	JA
	Windscherung und Richtungsänderung	NEIN	JA, aber nur Mesoskalen-Daten
Modellkorrekturen
	Verdrängungshöhe nach Richtungssektor	JA	JA
	RIX-Korrektur	JA	JA
Windressourcenkarte berechnen		JA	NEIN
Interpolation zwischen mehreren Masten/ Mesoskalen-Zeitreihen		Teilweise *1)	JA
Wakemodell-Optionen
	Alternativmodelle zu N.O.Jensen	JA	NEIN
	Sonderausgaben wie Berechnete Turbulenz und PPV-Modell	JA	NEIN
	Deep-Array-Modell	NEIN	JA
	Turbulenzabhängige Wake-decay-Konstante	Teilweise, nach Richtungssektor-Mittel	JA, pro Zeitstempel
Verwendung von WAsP-CFD		JA	JA
Verwendung anderer CFD-Modelle		Teilweise *2)	NEIN *3)
Verwendung von EMD-Mesoskalen-Daten		JA	JA
Verwendung von Mesoskalen-Daten anderer Anbieter		Teilweise *4)	Teilweise *4)

*1) Bei der Berechnung von Windressourcenkarten kann zwischen Windstatistiken fließend interpoliert werden und die Windressourcenkarte kann als Grundlage weiterer Berechnungen dienen.

*2) Wenn das CFD-Modell Windressourcenkarten im WAsP-Format generieren kann, so können diese als Grundlage weiterer Berechnungen verwendet werden.

*3) Nur in der vereinfachten Zeitreihen-Methodik von Prä-3.0-Versionen, via Windressourcenkarten (siehe *2)

*4) Das Downscaling (Schritt von der Mesoskalen- zur Mikroskalen-Ebene) erfordert Informationen zum Geländemodell des Mesoskalen-Modells, die derzeit nur bei den EMD-Mesoskalendaten verfügbar sind. Mesoskalen-Daten von Drittanbietern können jedoch mit deren eigenen Geländemodellen als „künstlicher Messmast mit Geländemodell“ verwendet werden oder es kann eine vereinfachte Downscaling-Methodik verwendet werden.

Warum mit Zeitreihen berechnen?

Genauere Berechnung

• Windverhältnisse, die sich nicht gut mit Weibullverteilungen darstellen lassen, werden trotzdem korrekt berechnet.
• Leistungskennlinien-Korrekturen für Luftdichte, Turbulenz, Windscherung oder Richtungsänderungen können jeweils für die spezifische Situation eines Zeitstempels ermittelt werden, anstelle von lediglich über das ganze Jahr gemittelten Korrekturen in der Berechnung mit regionalen Windstatistiken.
• Die Ausbreitung der Nachlaufströmung ist abhängig von der Turbulenz, die mit der Zeit variiert. Bei der Verwendung von regionalen Windstatistiken kann das Parkmodell lediglich mit einem gemittelten Wert arbeiten, bei Zeitreihen-Berechnungen kann für jeden Zeitstempel die tatsächliche Turbulenz verwendet werden.
• Curtailment-Verluste wie Schall, Schattenwurf, Vögel, Fledermäuse, Turbulenz können mit Zeitreihen-Berechnungen sehr präzise ermittelt werden.
• Die Validierung eines Modells kann ins Detail gehen. Anstelle eines Mittelwerts, der mit der Realität verglichen werden kann, können mit Zeitreihen-Berechnungen z.B. Richtung, Monat oder Stabilitätssituation individuell betrachtet werden.

Bessere Modellierung durch besseres Feedback

Durch den Vergleich der modellierten mit der tatsächlichen Produktion nach Errichtung der neuen WEA können Modellprobleme unter den gegebenen Bedingungen identifiziert und so wertvolle Erfahrungen für zukünftige Modellierungen gewonnen werden. Beispielsweise können tatsächliche Produktion und Modellierung separat nach Perioden hoher und niedriger Turbulenz untersucht werden und so festgestellt werden, ob das Modell durchgehend gleich gut funktioniert.

Einbindung der WEA-Produktion in einem verteilten Energiesystem

• Erzeugung, Bedarf und Speicherung in einem verteilten Energiesystem können anhand von Produktions-Zeitreihen besser aufeinander abgestimmt werden.
• Durch eine Darstellung der Produktion in Zeitreihen kann in Tarifsystemen mit fluktuierenden Preisen der finanzielle Ertrag des Projekts besser abgeschätzt werden.
• Wenn Eigenverbrauch zu spezifischen Zeiten eine Rolle spielt, kann besser abgeschätzt werden, wie oft dieser durch das Projekt gedeckt werden kann und wie oft ein Zukauf von Energie notwendig ist.

Verwendung von Mesokalen-Winddaten

Mesoskalen-Winddaten sind weltweit verfügbar, umfassen lange Zeiträume und haben keine Lücken. Außerdem können sie eine Vielzahl von Signalen umfassen wie Temperatur, Druck, Turbulenz, Windscherung, Richtungsänderung, Luftfeuchtigkeit, Solarstrahlung etc. Dies ermöglicht in Zukunft auch weitere Betrachtungen wie die Abstimmung der Produktion mit dem Heizbedarf oder die Identifikation von Vereisungs-Situationen.

Es ist jedoch notwendig, Mesoskalen-Daten anhand von lokalen Daten zu kalibrieren, um zu einer korrekten Einschätzung der lokalen Windbedingungen zu kommen. Bei der Kalibrierung mit (lokalen) Zeitreihen können beispielsweise systematische Fehler (Bias) in Bezug auf Richtungs- und Jahreszeitliche Verteilung korrigiert werden, wogegen mit regionalen Windstatistiken lediglich eine Anpassung der mittleren Windbedingungen möglich ist.

Vorbereitung auf zukünftige Technologien

WEA-Hersteller bieten Technologien an, mit denen WEA-Leistungskennlinien z.B. flexibel an aktuelle Lastbedingungen angepasst werden können. Die Ertragsprognose mit Zeitreihen ist auf diese Entwicklungen vorbereitet.

Ablauf einer Berechnung mit Zeitreihen

Es werden sektorweise Transferfunktionen zwischen Messposition und berechnetem Punkt (z.B. WEA) ermittelt. Diese werden auf jeden Zeitstempel der Ausgangszeitreihe angewandt, um die Windgeschwindigkeit an den berechneten Punkt zu extrapolieren.

Bei Verwendung von Mesoskalen-Daten als Ausgangspunkt einer Mikroskalen-Modellierung (Downscaling) wird bereits im Mesoskalen-Datensatz auf die Berechnungshöhe (Nabenhöhe) interpoliert. Es findet demnach keine vertikale Extrapolation durch das Mikroskalen-Modell (WAsP / WAsP CFD) statt, sondern es werden bereits die Ausgangsdaten der korrekten Höhe verwendet.

Wenn mehrere Meso-Punkte oder Messmasten verfügbar sind, kann eine horizontale Interpolation durchgeführt werden. Dies geschieht auf Ebene des geostrophischen Windes, die bei Mesokalen-Daten gleichzusetzen ist mit der Ebene der regionalen Windstatistik bei einer regulären WAsP-Berechnung; bei Mesoskalen-Daten entspricht sie den Windbedingungen, nachdem der Meso-Geländeeinfluss herausgerechnet wurde. Auf die Interpolierten Daten wird dann das Mikroskalen-Geländemodell von WAsP bzw. WAsP-CFD angewandt, um sie auf den Berechnungspunkt zu skalieren.

Der Scaler – das Transferfunktionen-Werkzeug

Der Scaler ist das Werkzeug in windPRO, das den Transfer der Ausgangs- zur Ergebniszeitreihe steuert.

Der Scaler bietet die folgenden Möglichkeiten:

• Wahl der Methode des Transfers:
  • Messdaten vs. Mesoskalen-Daten (und damit der Frage, ob reguläre WAsP-Methodik oder Downscaling verwendet wird)
  • Auswahl des Mikroskaligen Geländes
  • Auswahl des Mikroskalen-Modells (WAsP11+ oder WAsP CFD)
• RIX-Korrektur
• Verdrängungshöhen-Korrektur (Waldmodell)
• Post-Kalibrierung, z.B. um systematische Fehler in Mesoskalen-Daten auszugleichen:
  • Eingabe einer generellen Skalierung / eines Offsets
  • Detaillierte Skalierung pro Richtung, Jahres- oder Tageszeit

Der Scaler kann als eigenständiges Werkzeug aufgerufen werden, um Scaler-Voreinstellungen zu konfigurieren. Zusätzlich ist er in der Software in der Regel an den Stellen eingebunden, wo seine Dienste benötigt werden:

• In der PARK-Berechnung, wenn die Option Zeitreihen-Berechnungen ausgewählt ist.
• Im METEO-Analyzer, um die Zeitreihe einer Datenposition (Mast + Höhe, i.d.R. Meso-Daten) auf eine andere Datenposition (Mast + Höhe, i.d.R. Messmast) zu transformieren. Dies kann dabei helfen, herauszufinden, welche systematischen Abweichungen in den Mesoskalen-Daten gegenüber einer lokalen Messung vorhanden sind und anhand dieser Information eine Post-Kalibrierung vorzunehmen (und zu testen).
• METEO-Objekt / Neue Höhe hinzufügen: Eine Scaler-Zeitreihe für eine Zielhöhe kann aus den Daten des METEO-Objekts erzeugt werden. Dies kann z.B. in einem Mesodaten-Objekt dazu dienen, den Einfluss des Downscaling-Prozesses (Herausrechnen des Meso- und Hineinrechnen des Mikro-Terrains) darzustellen.
• METEO-Objekt / Grafiken / Profil: der Scaler kann verwendet werden, um ein modelliertes Windprofil zu berechnen. Damit kann beispielsweise der Effekt von Verdrängungshöhen überprüft werden. Im Gegensatz zum WAsP-Profil, das die zeitlichen Filter (Jahreszeit, Tageszeit) nicht berücksichtigt, werden diese beim Scaler-Profil berücksichtigt.

Neue Möglichkeiten durch zeitreihenbasierte Berechnung

Wird eine PARK-Berechnung mit Zeitreihen durchgeführt, stehen die folgenden zusätzlichen Berechnungsoptionen (gegenüber der regulären WAsP-Berechnung) zur Verfügung:

• Verwendung der jeweils der Zielhöhe nächstgelegenen Höhe im Meso-Datensatz (und somit Nutzung der besseren Modellierung der atmosphärischen Stabilität durch das Mesoskalen-Modell im Vergleich zu WAsP)
• Individuelle Korrektur der Leistungskennlinie für jeden Zeitschritt für:
  • Luftdichte
  • Turbulenz
  • Windscherung
  • Richtungsverdrehung
• Anpassung der Wake-Decay-Konstante (WDC) entsprechend der Turbulenz für jeden Zeitschritt

Langzeitkorrektur mit dem Scaler und Postkalibrierung

Wenn eine regionale Langzeitreihe (z.B. Reanalyse- oder Mesoskalen-Zeitreihe) sowie eine lokale Kurzzeitmessung vorliegen, so führt der übliche Weg zur Erstellung einer lokalen Langzeitreihe über das ###MCP-Modul. Dies bleibt in den meisten Fällen der bevorzugte Weg.

Ist die Langzeitreihe eine EmdConWx- oder Emd-Wrf-Mesoskalen-Zeitreihe, so bietet die Postkalibrierung mit dem Scaler nun eine alternative Möglichkeit, eine Langzeitkorrektur vorzunehmen. Diese ist vor allem dann gut nutzbar, wenn die Richtungsverteilungen beider Datenquellen sehr ähnlich sind. Sie wird dadurch interessant, dass bei diesen Langzeit-Datenquellen die Windscherung maßgeblich durch das Mesoskalen-Modell bestimmt wird, das Scherungs-Informationen bis zu einer Höhe von 200 m verfügbar macht. Das WAsP-Modell alleine ist dagegen nicht in der Lage, die Windscherung aus gemessenen Daten zu berücksichtigen, sondern modelliert diese nur anhand des Geländes und eines sehr einfachen Stabilitätsmodells (obgleich die Windscherung aus lokalen Messdaten beispielsweise im METEO-Objekt verwendet werden kann, um die ###WAsP-Parameter zu kalibrieren).

Die Postkalibrierung zum Zwecke der Langzeitkorrektur wird im METEO-Analyzer durchgeführt. Dort wird für die Position und den Zeitraum der lokalen Messung mit Hilfe des Scalers eine neue Zeitreihe aus den Mesoskalendaten berechnet. Die beobachteten Unterschiede zwischen lokaler Messung und der so generierten Zeitreihe, z.B. in der mittleren Windgeschwindigkeit in verschiedenen Richtungen, können dann verwendet werden, um (in diesem Fall richtungsweise) Skalierungsparameter zu bestimmen. So kann die Postkalibrierung des Scalers in mehreren Iterationen an den Tagesgang, den Jahresgang und die Richtungs-Windgeschwindigkeiten angepasst werden mit dem Ziel, den Verlauf der lokalen Messung bestmöglich zu simulieren. Aus der Mesoskalen-Zeitreihe und den so gefundenen Postkalibrierungs-Parametern werden schließlich die Zeitreihen für die WEA-Positionen generiert.

Windressourcenkarte als Variante der Windstatistik-basierten Berechnung

Die Berechnung von Windressourcenkarten ist bisher noch auf die Verwendung einer Windstatistik (anstatt von Zeitreihen) angewiesen. Windressourcenkarten können als Ausgangspunkt für PARK- oder OPTIMIZE-Berechnungen verwendet werden.

Auch wenn Windressourcenkarten noch nicht direkt mit Zeitreihen operieren können, so können Windressourcenkarten dennoch als Ausgangspunkt für eine ##[[Zeitreihen-Berechnung nach dem 2.9-Modus]] verwendet werden. ##Prüfen, ob das folgende noch woanders vorkommt --> in Wiki nur verlinken## Dabei liefert die Windressourcenkarte einen Satz sektorweise Weibull-Verteilungen für die WEA-Position. Die Zeitreihe, die als Schablone verwendet wird, um die jährliche und tägliche Variation des Windes zu repräsentieren, wird via WAsP auf die WEA-Position modelliert und liefert einen weiteren Satz Weibull-Verteilungen. Beide Weibull-Sätze werden verwendet, um sektorweise Transferfunktionen zu bestimmen, die dann auf die Zeitstempel der Schablonen-Zeitreihe angewandt werden, um eine repräsentative Zeitreihe für die WEA-Position zu erhalten.

Grundlegende Anforderungen, Daten und Objekte

Detaillierte Terrainbeschreibungen und mehrere Kurz- und Langzeitreihen in einem Projekt stellen hohe Anforderungen an die Fähigkeit der Software, große Datenmengen zu verarbeiten. windPRO wurde im Laufe der Zeit an die strukturierte Handhabung immer größerer Datenmengen angepasst und an die Notwendigkeit, diese unter Kontrolle zu behalten, Fehler zu identifizieren und zu korrigieren. Im folgenden Abschnitt sind die verschiedenen Datentypen und Objekte (Datencontainer) für Energieberechnungen beschrieben. ##Für einige der Objekte finden sich weitergehende Beschreibungen im BASIS-Kapitel##.

Die Grundlagen einer Berechnung der Jährlichen Energieproduktion (Annual Energy Production, AEP) sind:

• Winddaten (Windmessungen oder vorbehandelte Winddaten wie regionale Windstatistiken)
• Modelle zur langzeit-repräsentativen Umrechnung der Winddaten auf die WEA-Positionen in Nabenhöhe:
  • Vertikal
  • Horizontal
  • Langeitkorrektur
• Technische Daten der WEA (Nabenhöhe, Leistungskennlinie und Schubbeiwert [Ct-Kennlinie])
• Verluste (z.B. Wake-Verluste, elektrische Verluste, Verfügbarkeits-Verluste)

Die folgenden Unterkapitel behandeln die grundlegenden Datenstrukturen in windPRO. Darauf folgt ein Kapitel, das die Modelle und Validierungswerkzeuge beschreibt.

Windmessungen

Windmessungen sind der typische Ausgangspunkt für Berechnungen der erwarteten Energieproduktion von Windenergieanlagen. Eine Messung sollte, um die jahreszeitlichen Schwankungen von Windgeschwindigkeit, -richtung und ##atmosphärischer Stabilität abbilden zu können, mindestens ein Jahr andauern. Die Variationen zwischen den Jahren müssen durch einen Langzeit-Abgleich mit einer gut korrelierenden regionalen Zeitreihe von mindestens 10, besser aber 20 Jahren Länge, erfasst werden.

Gemessene Winddaten sowie weitere meteorologische Parameter wie Temperatur oder Druck werden in windPRO in das ##METEO-Objekt geladen. In diesem wird üblicherweise eine Datenprüfung (Screening) nach Fehlern durchgeführt und die Daten werden für die Weiterverarbeitung vorbereitet.

Liegen Windmessungen für mehrere Höhen vor, so kann damit überprüft werden, ob die Änderung der Windgeschwindigkeit mit der Höhe (Windscherung) korrekt durch das gewählte Modell abgebildet werden kann oder ob Anpassungen des Modells geraten erscheinen. Liegt eine Messung in Nabenhöhe der geplanten WEA vor, so eliminiert dies eine bedeutende Unsicherheitskomponente, nämlich die Vertikalextrapolation durch das Modell. Messungen von mehreren Masten (oder anderen Messgeräten, wie Lidar oder Sodar) reduzieren die Unsicherheit der Horizontalen Extrapolation und geben generell eine wichtige Rückmeldung dazu, wie gut das gewählte Modell die horizontale Extrapolation handhabt. Die Kreuzvorhersage im Werkzeug METEO Analyzer hilft dabei, die Qualität sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Extrapolation durch das Modell zu überprüfen.

Wird das ##Zeitreihenbasierte Scaler-Konzept zur Energieberechnung verwendet, können mehrere Messpunkte direkt verwendet werden, um dazwischenliegende WEA-Positionen zu interpolieren. Diese Möglichkeit ist im Windstatistik-basierten Konzept von WAsP nicht vorgesehen.

Regionale Windstatistik

Eine regionale Windstatistik ist eine multidimensionale Matrix von Windgeschwindigkeitsverteilungen mit den folgenden Dimensionen:

• Höhe über Grund (Standardwerte: 10, 25, 50, 100, 200 m)
• Windrichtung (Standardwerte: 12 Sektoren zu je 30°)
• Rauigkeit (Standardwerte: Klassen 0 – 4, entsprechend Längen 0,0002; 0,03; 0,1; 0,4; 1,5)

In jeder Dimension beschreibt eine Weibullverteilung, repräsentiert durch ihre A- und k-Parameter, die Verteilung der Windgeschwindigkeiten.

Für jede Rauikgeit ist eine eigene Verteilung der Windrichtungen auf die Richtungssektoren hinterlegt.

Eine regionale Windstatistik wird erstellt, indem die tatsächlichen Geländebedingungen an einem Messstandort aus den gemessenen Daten herausgerechnet werden und gegen generalisierte Geländebedingungen ersetzt werden. Dabei wird stets nur von einer gemessenen Höhe ausgegangen, die Vertikalextrapolation erfolgt durch das Modell zum Teil anhand der Geländerauigkeit, zum Teil anhand des Stabilitätsmodells. Letzteres kann durch Adaption der sogenannten Heatflux-Parameter (Bestandteil des WAsP-Modells) beeinflusst werden, was in der Regel in sehr warmen oder sehr kalten Klimata notwendig ist.

Die Windstatistik-Erstellung geschieht in windPRO mithilfe der Module ##STATGEN (wenn die Messdaten bereits langzeit-repräsentativ sind) oder ##MCP (wenn die Messdaten zuerst noch langzeitkorrigiert werden müssen). Diese Module greifen intern auf die WAsP-Software zurück, die für die Strömungsmodellierung (das Herausrechnen der Gelände- und Stabilitätseinflüsse) zuständig ist.

Für die Berechnung einer regionalen Windstatistik wird benötigt:

• Ein ##METEO-Objekt mit sektorweisen Weibullverteilungen für eine Messhöhe; es wird stets nur eine Messhöhe verwendet (in der Regel die höchste). Die Datengrundlage kann auch als Zeitreihe oder Häufigkeitsverteilung vorliegen, windPRO führt dann die Umwandlung in sektorweise Weibullverteilungen selbständig durch.
• Ein ##Terraindatenobjekt mit Informationen zu Orographie (Geländehöhen), Rauigkeiten und lokalen Hindernissen sowie gegebenenfalls ##Verdrängungshöhen zur Abbildung eines Waldeffekts

Wird eine regionale Windstatistik angewandt, um Windbedingungen an einem WEA-Standort zu ermitteln, wird zunächst aus den verfügbaren Daten der Teil extrahiert, der den Geländebedingungen am WEA-Standort am ähnlichsten ist, und dann noch genauer anhand der lokalen Bedingungen angepasst.

Der Prozess der Erstellung und Anwendung einer regionalen Windstatistik ist in der folgenden Grafik skizzenhaft dargestellt (Quelle: Europäischer Windatlas, DTU/ Risø 1989).

Regionale Windstatistiken treten in drei Datenformaten auf:

• *.lib, das älteste Format, das bereits mit der ersten WAsP-Version 1993 eingeführt wurde. Es ist ein einfach strukturiertes Textformat, das neben den oben genannten Informationen keine weiteren Daten enthalten kann.
• *.wws (windPRO Wind Statistic), das zur Verwendung in windPRO aufgrund der Beschränkungen des .lib-Formates eingeführt wurde und zusätzliche Informationen zu Rahmenbedingungen der Erstellung (z.B. verwendete WAsP-Parameter, Koordinaten, Länge und Zeitraum der zugrunde liegenden Zeitreihe, Methode der Langzeitkorrektur) enthalten kann.
• *.gwc, die modernisierte Version des .lib-Formats, die in WAsP seit Version 11 verwendet wird. Ebenso wie .wws kann das .gwc-Format zusätzliche Informationen enthalten, beschränkt sich dabei aber auf für das WAsP-Programm relevante Daten wie die verwendeten WAsP-Parameter.

windPRO kann Dateien im Format .lib und .wws erzeugen und alle drei Formate verwenden.

Mesoskalen-Winddaten

Mesoskalen-Winddaten (kurz: Mesodaten) sind Zeitreihen, die von einem Mesoskalen-Modell wie z.B. WRF erzeugt wurden. Sie werden in diesen Modellen generiert, indem Daten von globalen Reanalyse-Modellen mit mehreren -zig oder hundert km Rasterweite anhand von feineren Terraindaten in eine höhere Rasterauflösung umgerechnet werden, in der Regel zwischen 1 und 10 km, und damit dann auch die regionalen Geländeeffekte wiederspiegeln, die in den Reanalysedaten nicht enthalten sind.

Trotz der Verbesserung der Mesodaten gegenüber den Reanalysedaten repräsentieren Mesodaten die lokalen absoluten Windgeschwindigkeiten nicht in ausreichendem Maße. Eine nachträgliche Kalibrierung anhand von lokalen Daten, z.B. WEA-Erträgen, ist unerlässlich.

EMD bietet unter dem Namen ##EmdConWx vorberechnete Mesodaten für Europa in einer Auflösung von 3 km als Datenservice im Abonnement an. Diese Daten werden monatlich mit den letzten verfügbaren Reanalyse-Daten aktualisiert.

Für Regionen außerhalb von Europa können Mesoskalen-Zeitreihen auf Anforderung (on-demand) berechnet werden. Dieser Dienst wird unter dem Namen ##EmdWrf angeboten.

EmdConWx und EmdWrf-Zeitreihen werden über einen Internet-Datenspeicher zur Verfügung gestellt und nach dem Download in windPRO durch ##METEO-Objekte repräsentiert. Zusammen mit den Zeitreihen in mehreren Höhen wird dabei auch das Geländemodell, auf dem die Mesodaten basieren, mit übertragen. Dies ermöglicht es, die angepasste Downscaling-Methodik des ##Scalers für Mesodaten zu verwenden und erhöht damit die Qualität eines späteren ##Downscaling auf die Mikroskala (Standort).

Mesoskalen-Winddaten aus Drittquellen können in windPRO wie reguläre Zeitreihen in ein ##METEO-Objekt importiert werden, hier entfällt aber die Möglichkeit, auf das Meso-Terrain zuzugreifen und die angepasste Downscaling-Methodik des Scalers für Mesodaten zu verwenden.

###ACHTUNG: Die Anwendung von Mesoskalen-Daten in der Nähe der Küstenlinie (ca. 3km On- und Offshore) ist wegen der groben Auflösung der Mesodaten und der unterschiedlichen Stabilitätsbedingungen On- und Offshore problematisch. Es sollte stets ein Mesodaten-Punkt verwendet werden, der mindestens 3 km von der Küstenlinie entfernt liegt (Je nach Position der WEA on- oder offshore).

Höhendaten

Die Geländehöhe in der Umgebung des Standorts wird durch ein digitales Geländemodell (DGM) beschrieben. Es kann in windPRO entweder durch ein ##Höhenlinien- oder ein ##Höhenraster-Objekt abgebildet werden. Beide Objekte ermöglichen den Download von unterschiedlichen frei verfügbaren Online-Höhendatensätzen.

Wird eine WAsP-Berechnung vorbereitet, so sollte das DGM mindestens einen Radius von 7 km um den Standort umfassen. Für eine WAsP-CFD-Berechnung sollte es ein Radius von 20 km sein.

Vorsicht ist bei der Verwendung von digitalen Oberflächenmodellen (DOM) anstelle von DGM geboten. DOM werden üblicherweise durch Fernerkundung (z.B. SRTM-Shuttlemission) erhoben und bilden nicht die Geländeoberfläche sondern die Oberfläche inklusive Bewuchs / Bebauung ab. Wird ein DOM verwendet, so muss dieses am Windpark-Standort nachträglich korrigiert werden, um eine grobe Missrepräsentation der Geländehöhen und Strömungsverhältnisse zu vermeiden.

Rauigkeitsdaten

Die Oberflächenrauigkeit wird benötigt, um die Reibung des Windes an der Geländeoberfläche inklusive deren Bewuchs und Bebauung zu modellieren. Die Oberflächenrauigkeit reduziert die bodennahe Windgeschwindigkeit, die Reduktion gelangt durch vertikalen Transport in höhere Luftschichten. Der Einfluss der Rauigkeit auf die Windgeschwindigkeit sinkt demnach mit zunehmender Höhe der WEA, aber selbst eine 100m hohe WEA büßt im Vergleich mit der Produktion direkt an der Küste rund 20% ihrer Produktion ein, wenn sie 15 km von der Küste entfernt steht.

Rauigkeiten werden in windPRO entweder durch ein ##Rauigkeitslinien- oder ein ##Areal-Objekt abgebildet. Beide Objekte erlauben den Download von unterschiedlichen aufbereiteten Landnutzungs-Datensätzen.

Das Areal-Objekt hat den Vorteil, dass die heruntergeladenen Daten in windPRO leichter überprüft, korrigiert und ergänzt werden können. Dafür ist aber vor der Verwendung in WAsP oder WAsP-CFD ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig, nämlich die Konvertierung in ein Rauigkeits-Linienobjekt.

Die Verwendung von Rauigkeitsrosen wird von aktuellen WAsP-Versionen nicht mehr unterstützt.

Das Rauigkeitsmodell sollte für eine Verwendung mit WAsP oder WAsP-CFD mindestens einen Radius von 20 km um den Standort abdecken. Wie detailliert Rauigkeiten aufgenommen werden müssen, hängt von der Entfernung zum Standort ab; so sollten bis zu einer Entfernung von ca. 3 km in etwa die Flächen in der Rauigkeitskartierung enthalten sein, die groß genug sind, dass sie auf einer Topographischen Karte im Maßstab 1:25.000 individuell dargestellt werden. Für größere Entfernungen reichen kleinere Kartenmaßstäbe mit geringerem Detailreichtum.

Die Klassifizierung von Rauigkeiten für die Modellierung in WAsP bzw. WAsP-CFD orientiert sich an der Windatlas-Methode, die im ##Europäischen Windatlas (DTU / Risø, 1989) beschrieben wurde.

Die Rauigkeitsklassen werden vom dort wie folgt charakterisiert:

Die folgende Tabelle stellt Rauigkeitslängen und –klassen gegenüber und liefert Beschreibungen von weiteren Geländetypen:

windPRO erlaubt sowohl die Eingabe von Rauigkeitsklassen als auch von Rauigkeitslängen.

Die Konvertierung wird nach den folgenden Formeln vorgenommen:

RC = 0,2 ln(z0) + 1,7 für Rauigkeitslängen 0 bis 0,03 (Klasse 0 – 1)

RC = 0,77 ln(z0) + 3,73 für Rauigkeitslängen ab 0,03 (Klasse 1 – 4)

Der ##Europäische Windatlas gibt zur Rauigkeitsklassifizierung weitere Hinweise.

Verwendung von Online-Rauigkeiten – Empfehlungen

Rauigkeitsdaten können via Areal- oder Linienobjekt von den EMD-Onlinediensten heruntergeladen werden. Für Europa ist die bevorzugte Quelle der CORINE-Datensatz, für außereuropäische Gebiete steht GlobCover als Quelle zur Verfügung.

Eine direkte Verwendung dieser Daten wird nur für vorläufige und überschlägige Berechnungen empfohlen. Die Daten wurden aus Landnutzungskartierungen erstellt; da Landnutzungen alleine nicht immer eine eindeutige Rauigkeit zugeordnet werden kann, ergeben sich zwangsläufig Unschärfen. Diese sollten für Berechnungen mit höheren Genauigkeitsansprüchen anhand von Ortskenntnis überprüft und ggf. korrigiert werden:

• Importieren Sie Rauigkeitsdaten in ein Areal-Objekt oder laden Sie diese mit Hilfe des Projektassistenten bei der Projekteinrichtung.
• Finden Sie heraus, welcher Flächentyp das offene Gelände repräsentiert. In Deutschland wird dies häufig eine der Klassen „0,0560m(cl.1,5) Non-irrigated arable land 2.1.1“ oder „0,0360m(cl.1,2) Pastures 2.3.1“ sein.
• Deaktivieren Sie diesen Flächentyp, indem Sie in der Liste der Flächentypen das Häkchen vor dem Namen deaktivieren.
• Wenn Sie das Areal-Objekt manuell erzeugt haben, fügen Sie einen Flächentyp „Hintergrund“ hinzu. Wenn das Areal-Objekt vom Projektassistenten erzeugt wurde, existiert dieser bereits. Ändern Sie den Flächentyp „Hintergrund“ in die Rauigkeit, die Sie für das offene Gelände in der Region für angemessen betrachten. Je nach Landschaftstyp wird dies in der Regel ein Wert zwischen Rauigkeitsklasse 1 (sehr offene, ausgeräumte Agrarflur) und Rauigkeitsklasse 3 (stark strukturierte Agrarflur mit planmäßig angelegten Windschutzpflanzungen) sein.
• Starten Sie den ##Bearbeitungsmodus für das Areal-Objekt und digitalisieren Sie zusätzliche relevante Rauigkeitsflächen in der Umgebung der Windfarm (bis 3-5 km Entfernung). Beachten Sie, dass sich kreuzende Linien sowie übereinander liegende Flächen dabei vermieden werden müssen, da sie bei weiteren Verarbeitung zu Inkonsistenzen führen.
• Exportieren Sie die Rauigkeitsareale als Liniendatei. Verwenden Sie dabei den Modus für Rasterdaten. Es wird automatisch ein Linien-Objekt erzeugt. Dieses kann in Terraindaten-Objekten zur Energieberechnung verwendet werden.

Hindernisse und Verdrängungshöhen

Einzelhindernisse (z.B. Gebäude, Hecken, Baumreihen) die höher als ¼ der untere Rotorblattspitze sind und maximal 1000 m von einer WEA entfernt sind, sollten als ##Hindernis-Objekte definiert werden. Waldstücke oder Wälder in diesem Entfernungsbereich werden besser über den ##Verdrängungshöhen-Rechner abgebildet.

Niedrigere Einzelhindenisse/Wälder oder solche, die weiter entfernt sind, werden nicht als Hindernis-Objekte bzw. Verdrängungshöhen definiert, müssen aber in der Rauigkeitskartierung berücksichtigt werden (jedoch nicht zwingend als individuelle Objekte, sondern evtl. auch nur als Erhöhung der Rauigkeit einer größeren Fläche).

Der Hindernis-Effekt wird in der folgenden Grafik dargestellt (nach: Europäischer Windatlas, DTU/ Risø, 1989):

Die Verwendung von Verdrängungshöhen ist ein Ansatz, durch den der Effekt eines Waldes, der das Windprofil nach oben verdrängt, simuliert wird. Dabei wird für WEA im Wald in der Regel die Waldhöhe als Verdrängungshöhe angenommen, für WEA, die in der Nähe des Waldes stehen, reduziert sich die Verdrängungshöhe linear in Abhängigkeit von der Windrichtung (WEA im Luv oder Lee des Waldes) und der Entfernung:

Siehe hierzu auch den Abschnitt zum #Verdrängungshöhen-Rechner.

Terraindatenobjekt – der Container für Terrain- und Winddaten

Das Terraindatenobjekt ist ein multifunktionaler Container, in dem Terrain- sowie ggf. Winddaten zusammengefasst werden. So können einfach und nachvollziehbar Sensitivitätsberechnungen vorbereitet und durchgeführt werden (z.B. „wie verändert sich das Ergebnis, wenn die Rauigkeit für Terraintyp X erhöht / verringert wird?“ oder „wie verändert sich das Ergebnis, wenn die Orographie als flach angenommen wird?). Die gewünschten Daten können bereits auf der Karte ausgewählt werden; beim Start der Berechnung muss dann nur noch auf das entsprechende Objekt verwiesen werden.

Im Objekt wird eine Zweckbindung vorgenommen, die auf der Karte dann durch die Farbe des Objekts verdeutlicht wird:

• Schwarz – Ertragsprognose mit ATLAS
• Blau – Ertragsprognose mit WAsP *)
• Orange – Erzeugung einer Windstatistik (STATGEN / MCP) *)
• Grün – Erzeugung einer Windressourcenkarte (RESOURCE) *)
• Violett – Berechnung mit WAsP-CFD

*) können zusätzlich als Terrain-Eingangsdaten für Scaler, in METEO-Objekten, METEO-Analyzer und SITE COMPLIANCE verwendet werden. Wenn sie auf diese Weise eingesetzt werden, werden eventuell im Objekt verknüpfte Winddaten nicht verwendet.

1. 1. Gibt es noch irgendwo anders was über das TDO? Screenshots?

WEA-Daten

WEA-Objekt Existierende WEA

Es können auf der Karte Objekte für neue oder existierende WEA platziert werden. Das einzelne Objekt verweist auf einen WEA-Datensatz im ##WEA-Katalog. Wird im Objekt keine explizite Aussage zur ##Leistungskennlinie/##Ct-Kennlinie getroffen, werden die im WEA-Katalog definierten Standard-Kennlinien des WEA-Typs verwendet; ansonsten kann im WEA-Objekt ausgewählt werden, welche der verfügbaren Kennlinien verwendet wird.

Im Existierende-WEA-Objekt kann zusätzlich eine mittlere Jahresproduktion oder Produktions-Zeitreihen angegeben werden. Diese Informationen sind bei der Validierung von Berechnungen z.B. in ##PARK oder ##PERFORMANCE CHECK hilfreich.

Werkzeuge (Datenhandling, Modellvalidierung, Kalibrierung)

Modelle enthalten – ebenso wie Eingangsdaten – Unsicherheiten.

Eine der wichtigsten Aufgaben bei der Ertragsprognose ist es, abzusichern, dass sowohl die verwendeten Eingangsdaten als auch die verwendeten Modelle in der spezifischen Situation ausreichend genau funktionieren. Nur dann kann davon ausgegangen werden, dass auch die berechnete Produktion der WEA dem tatsächlichen Ertrag entsprechen wird. Je umfangreicher die Daten und die Modelle evaluiert werden, desto höher ist die Gewissheit, dass keine größeren Fehler gemacht werden. Validierungs- und Kalibrierwerkzeuge haben daher einen hohen Stellenwert in windPRO.

Überblick der Validierungswerkzeuge für Modelle und Daten

METEO-Objekt
Allgemein	Mehrere Messhöhen vergleichen; fehlerhafte Daten deaktivieren; Messungen auf gleicher Höhe zusammenführen (Mastschatten eliminieren); 24-12-Tabelle für Windscherung berechnen (Zeitreihen in der Höhe extrapolieren)
Register Grafiken|Profil	Vergleich der gemessenen Windscherung mit der vom Modell aus einer Höhe extrapolierten Windscherung. a) mit WAsP oder WAsP-CFD: Extrapolation anhand von aggregierten Daten (##Windstatistiken), daher keine Tag-Nacht- sowie jahreszeitliche Vergleiche. b) Scaler-basiert: Extrapolation anhand von Zeitreihen. Tag-Nacht- und jahreszeitliche Vergleiche bei Verwendung von EmdConWx oder EmdWrf- Daten möglich, bei anderen Daten eingeschränkt (WAsP ermöglicht keine separaten Heat-Flux-Einstellungen für Tag-/Nacht)
METEO-Analyzer
Allgemein	Vergleich mehrerer Masten / Meso-Datensätze auf Zeitreihen-Basis oder aggregiert (wahlweise auch nur zeitgleiche Daten); Deaktivieren von Daten
Kreuzvorhersage	Validiert die horizontale (und vertikale) Extrapolation zwischen mehreren Masten und Höhen, basierend auf gleichzeitigen Daten
Scaler	Erzeugt mittels Scaler eine Zeitreihe an der Position einer existierenden Zeitreihe (x, y, Messhöhe). Der Vergleich der Scaler- und der existierenden Zeitreihe kann in eine Scaler-Post-Kalibrierung münden, um eine bessere Übereinstimmung zu erreichen.
MCP
	Erzeugt Langzeit-korrigierte Standortdaten aus Standort-Zeitreihe, Referenzzeitreihe und einem Transfermodell. Umfangreiche Werkzeuge zum Vergleich der modellierten und der gemessenen Daten sowie Qualitätsindikatoren.
PERFORMANCE CHECK
	Das umfassendste Werkzeug (bzw. Modul) zur Validierung des gesamten Ablaufs von den Winddaten bis zur Energieproduktion in der Betriebsphase der WEA. Überprüft die Performance zwischen verschiedenen WEA, Richtungen, Monaten, Leistungskennlinien etc.; hilft beim vollen Verständnis der Abläufe, wo Modelle oder Daten versagen oder angepasst werden müssen.

In den meisten Fällen wird eine irgend geartete Extrapolation der Winddaten notwendig sein, z.B. weil nicht für jede WEA-Position eine Messposition vorliegt, weil nicht in Nabenhöhe gemessen wurde oder die Messungen nicht lang genug liefen, um langzeit-repräsentativ zu sein. Hier kommen die Modelle ins Spiel, z.B. WAsP für die horizontale und vertikale Extrapolation oder MCP für die Langzeit-Korrektur.

Das METEO-Objekt

Das METEO-Objekt ist der Container für Meteorologische und andere Daten in windPRO. Dies umfasst vorwiegend Winddaten, aber auch Strahlungsdaten für Photovoltaik-Berechnungen, sonstige, das Klimageschehen beschreibende Daten sowie ganz andere Datentypen, die als Zeitreihen benötigt werden - z.B. Strompreis- oder Verbrauchszeitreihen für HYBRID. Die folgenden Ausführungen orientieren sich vorwiegend an Winddaten, sind aber, soweit anwendbar, auch für andere Datentypen gültig.

Die einfachste Form, in der Winddaten vorliegen können, ist eine mittlere Windgeschwindigkeit ohne Richtungswichtung (1 Sektor) und unter der Annahme einer Rayleigh-Verteilung der Windgeschwindigkeiten (k-Parameter = 2). Diese Art von Information kann z.B. einem Windgutachten oder einer Karte der mittleren Windgeschwindigkeiten entnommen worden sein.

Im Vergleich dazu wäre eine sehr komplexe Form von Winddaten die Auswertung einer Lidar- oder Sodarmessung mit 25 Messhöhen und einer langen Messdauer, eventuell auch noch mit unterschiedlichen Dateiformaten.

Weiterhin können Winddaten aus Reanalyse- oder Mesoskalen-Modellen stammen, die oft neben Windgeschwindigkeit und –richtung eine große Menge zusätzlicher meteorologischer Informationen liefern können.

Das METEO-Objekt kann mit den genannten Arten von Daten sowie mit allem, was dazwischen liegt, arbeiten.

Platzieren Sie das METEO-Objekt auf der Karte an der exakten Stelle, an der die Messung stattfand oder für die die vorliegenden Daten berechnet wurden.

Winddaten, die in einem METEO-Objekt vorliegen, können entweder direkt (also ohne Verwendung eines Modells) über das Berechnungsmodul METEO für die Berechnung der Produktion einer WEA am Standort der Messung verwendet werden. Die Produktion ist dabei nur so langzeit-repräsentativ, wie es die Eingangsdaten sind.

Weitaus häufiger ist aber der Anwendungsfall, dass Winddaten in einem METEO-Objekt einer Langzeit-Korrektur mit MCP unterzogen werden und dann mit den Terraindaten als Eingangsinformation für Modellierungen mit dem WAsP- oder dem WAsP-CFD-Modell verwendet werden. Dies kann sowohl über den Zwischenschritt der Erstellung einer regionalen Windstatistik geschehen, oder es können mittels des Scalers direkt Zeitreihen modelliert werden.

Assistent

Das Register “Assistent” ist beim Erzeugen eines neuen METEO-Objekts automatisch im Vordergrund.

Beim Anklicken einer der Schaltflächen wird eine Datenstruktur innerhalb des Objekts vorbereitet, die im folgenden Schritt gefüllt werden muss. Der Fokus springt dann automatisch auf das Register, auf dem die Dateneingabe erwartet wird.

Wenn Sie unsicher sind, was für Daten Ihnen vorliegen, verwenden Sie die Assistent-Schaltfläche.

Zeitreihe

Statistiken:

Häufigkeitstabelle

Häufigkeitstabelle und Turbulenztabelle

Weibull-Tabelle

Externes API

Onlinedaten

Import

Zweck

Das Register Zweck dient der Strukturierung Ihrer Daten

Wenn in einem WindPRO-Projekt viele unterschiedliche Meteodaten vorliegen, kann der Überblick erleichtert werden, wenn Sie für die einzelnen Zeitreihen einschränken, für welche Zwecke (innerhalb von WindPRO) sie verwendet werden können. An anderen Stellen der Software, an denen Sie auf Meteodaten zugreifen möchten, werden dann nur die Daten angezeigt, die dort relevant sind.

Daten

Das Register Daten dient zur Aufnahme der Winddaten. Es verfügt über bis zu acht Unterregister am linken Rand; welche davon bereits zu Beginn sichtbar sind und auf welchem Register das Einlesen der Daten gestartet wird, hängt von der getroffenen Auswahl auf dem Assistent-Register ab.

Zeitreihe: Start bei Importfilter, wenn notwendig Kalibrierung, ggf. Dokumentation über Konfiguration, dann Höhen, ggf. Screening auf Daten|Zeitreihe, Grafiken|Zeitreihe, Grafiken|Freie X/Y-Grafik

Häufigkeitstabelle: Start bei Häufigkeitstabelle

Weibull-Tabelle: Start bei Weibull

Häufigkeitstabelle und Turbulenztabelle: Start bei Turbulenztabelle, weitere Eingaben auf Häufigkeitstabelle benötigt.

Grafiken

Das Register Grafiken erlaubt es, die Messungen auf verschiedene Weise zu analysieren. Ebenfalls können hier Daten, die aufgrund der grafischen Evaluation als fehlerhaft erkannt wurden, deaktiviert werden.

Es gibt die folgenden Unterregister unter dem Grafik-Register, jedes mit seinen eigenen Ansichtsoptionen:

• Zeitreihe
• Weibull/Tabelle
• Windrose
• Turbulenz
• Windgeschw.-Differenz
• Freie X/Y-Grafik
• Profil

Statistiken

Es gibt vier verschiedene Unter-Register bei den Statistiken:

• Hauptstatistik
• Monatsmittel
• Verfügbarkeit
• Monatliche Weibullparameter

Hauptstatistik

Mit Alle reduzieren werden die Sektionen eingeklappt:

Monatsmittel (siehe unten) können Signal für Signal angeschaut werden. Mit dem Kontextmenü (rechter Mausklick) können die Tabellen kopiert und leicht in Dokumentationen eingefügt werden.

Die Verfügbarkeit wird Höhe für Höhe und entweder für ein Signal alleine oder für eine Kombination von zwei Signalen angezeigt:

Wenn die Anzeige "Windgeschwindigkeit + Windrichtung" ausgewählt ist, gilt ein Zeitstempel nur als verfügbar, wenn beide Signale vorhanden sind. Tage sind in den Spalten und Monate in den Zeilen dargestellt. Die erste Spalte zeigt die monatliche Verfügbarkeit, die Spalten der einzelnen Tage die Anzahl Zeitstempel an diesem Tag (144 entspricht einem komplett verfügabaren Tag mit 10 min-Zeitstempeln).

Die farbige Hinterlegung verschafft einen schnellen Überblick über die Verfügbarkeit. Grün bedeutet, dass keine Zeitstempel fehlen oder deaktiviert wurden, bei Rot fehlen alle Zeitstempel (oder wurden deaktiviert), und Gelb liegt dazwischen.

Der Effektive Zeitraum entspricht dem Ganzen Zeitraum x Verfügbarkeitsrate.

Die Kennzahlen, die unter Aktiviert *) ausgegeben werden, beziehen sich auf den Zeitraum zwischen dem ersten und dem letzten aktivierten Zeitstempel. Dies ist insbesondere relevant, wenn zu Beginn oder Ende der Messung Daten deaktiviert werden, z.B. um ganzzahlige Jahre oder Monate zu bekommen.

In der Tabelle können Zellen oder ganze Bereiche markiert werden. Deren Status kann mit dem Menü Samples an gewählten Tagen ändern auf entweder zu Aktiviert oder zu Deaktiviert geändert werden.

Die monatlichen Weibullparameter:

Windscherung

Die Windscherung bestimmt, wie stark die Windgeschwindigkeit mit der Höhe zunimmt. Wenn das METEO-Objekt für eine METEO-Berechnung oder eine PARK-Berechnung mit METEO-Objekt verwendet werden soll, wird eine Angabe zur Windscherung benötigt, damit windPRO ggf. die Nabenhöhen der WEA aus den gegebenen Messhöhen inter- oder extrapolieren kann (Vertikalextrapolation).

Die Windscherung wird in Form sektorweiser Windgradienten angegeben.

Windgradienten können

1. aus der grafischen Profilansicht (Register Grafiken --> Profil --> Windscherung  ) übernommen
2. über eine Matrix aus Windscherungen verschiedener Richtungen, Jahres- und Tageszeiten bestimmt (vgl. Höhe synthetisieren)
3. aus mindestens zwei verschiedenen Weibull-Verteilungen berechnet (aus Weibull)
4. manuell eingegeben oder
5. aus der Zwischenablage eingefügt werden.

Wenn die Windgradienten über die Methoden (1) oder (3) bestimmt werden, wird zusätzlich auch die Rauigkeitslänge für das sog. logarithmische Windprofil angegeben. Diese Angabe ist rein informell. Beim logarithmischen Windprofil handelt es sich um eine andere Art der Vertikalextrapolation, die aber in windPRO keine Anwendung findet.

Das Windscherungs-Register kann eine unbegrenzte Anzahl von Windscherungs-Datensätzen (Liste oben im Fenster) enthalten. Für jeden Datensatz sollten die Werte bei Verw. in Höhenintervall [m] geprüft und ggf. angepasst werden. Das Höhenintervall ist standardmäßig das zwischen der höchsten und der niedrigsten Messhöhe, die in den Datensatz eingegangen sind; d.h. standardmäßig extrapoliert windPRO nicht, sondern interpoliert lediglich. Soll auch extrapoliert werden, muss die obere Grenze manuell angepasst werden. Hierbei ist Vorsicht geboten, es sollte nicht in beliebige Höhen extrapoliert werden.

Der Text in der gelben Box erläutert die Verwendung des Registers.

Der k-Parameter-Korrekturwert ist ein empirischer Faktor, dem die Erkenntnis zugrunde liegt, dass mit zunehmender Höhe die Störungen durch das Gelände abnehmen und der Wind verstetigt wird. Dies zeigt sich in Weibull-Verteilungen bei Höhen unter 100m in einer geringeren Streuung, also einem höheren Formparameter.

Für Höhen über 100m ist eine k-Parameter-Zunahme nicht pauschal anzunehmen.

Wenn Sie Weibull-Verteilungen für verschiedene Höhen haben, können Sie die Zunahme berechnen ((k2 - k1) / Höhenunterschied).

Mesores

Dieses Register existiert nur bei vom EMD-Server heruntergeladenen EMD-WRF- oder EmdConWx-Daten

Bei diese Datentypen wird zusammen mit den Mesoskalen-Winddaten auch das Mesoskalen-Geländemodell heruntergeladen. Dieses wird benötigt, wenn die Daten in einem späteren Schritt zum Downscaling verwendet werden sollen.

Das Mesoskalen-Modell WRF verwendet zwei unterschiedliche Rauigkeits-Datensätze, einen für die maximale und einen für die minimale Rauigkeit. In Europa entsprechen diese der Sommer- und der Winter-Rauigkeit.

Da WAsP keine zeitlich variierenden Terraindaten erlaubt, kann für das Downscaling nur eine Rauigkeitskarte verwendet werden. Empirisch korrelieren die Resultate besser mit Messungen, wenn die Minimale Rauigkeit verwendet wird, weshalb windPRO diese standardmäßig in Scalern verwendet. Wird ein Benutzerdefinierter Scaler erzeugt, kann jedoch auch die Maximale Rauigkeit oder Zeitlich variierendes Meso-Terrain verwendet werden.

Ab windPRO 3.6 können über EMD-WRF On-demand auch Vereisungs-Berechnungen durchgeführt werden (siehe EMD-WRF On-Demand ICING). Das Ergebnis ist ein METEO-Objekt mit den regulären EMD-WRF-Zeitreihen zuzüglich Parametern zur Vereisungs-Intensität, Eislast, Instrumentelle Vereisung und Meterologische Vereisung. Wenn die Vereisungsberechnung für einen Zeitraum von mindestens 10 Jahren durchgeführt wird, sind weitere Berichte verfügbar, die im unteren Teil des Fensters dargestellt werden.

Mit → Ergebnislayer können Ergebnislayer für die Meso-Geländedaten sowie - wenn vorhanden - für Vereisungskarten erzeugt werden.

Berichte

Die Berichtsausgabe wird über den Knopf Drucken rechts oben gestartet. Im oberen Teil des Fensters werden die auszugebenden Zeitreihen sowie der Zeitraum gewählt. Der Bericht umfasst stets eine zweiseitige Zusammenfassung der gesamten Messung (Hauptergebnis); im unteren Bereich des Fensters können weitere Erweiterte Ergebnisse ausgewählt und konfiguriert werden.

Zusammengestellte Berichte können Sie als Vorlagen speichern und laden.

Wenn alle Daten eingegeben und ggf. Berichte ausgedruckt sind, verlassen Sie das METEO-Objekt mit OK und die Daten stehen im Berechnungsfenster für Berechnungen zur Verfügung.

Die nächsten Schritte nach der Auswertung einer Windmessung sind in der Regel:

• Die Langzeitkorrektur der Messdaten mit MCP (Siehe Kapitel 11)
• Die Umwandlung der Messdaten in eine Windstatistik. Hierfür wird ein Terraindatenobjekt mit Geländedaten der Messmast-Umgebung und das Modul MODEL: WAsP-interface benötigt.

METEO-Objekt - Register Daten im Detail

Importfilter

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unter-Register Importfilter 

Das Register Importfilter gehört zum Ablauf des Imports von Rohdaten:

• Importfilter definieren (Identifizieren der Struktur der Rohdaten-Dateien),
• Kalibrierung prüfen ggf. Rekalibrieren,
• Konfiguration dokumentieren,
• Höhen definieren (Zuordnung der Signale zu Messhöhen)

Nachdem die Daten auf diesen Register importiert und zugeordnet sind, werden sie auf weiteren vertikalen Registern dargestellt und stehen dort auch für weitere Filterung zur Verfügung:

• Zeitreihe (Ansicht, Analyse, Änderung)
• Häufigkeitstabelle (Windrichtungs-/Windgeschwindigkeitsklassen-Tabelle)
• Weibull-Verteilung
• Turbulenzdaten

In der Regel sind auf dem Register Importfilter die folgenden Eingaben zu tätigen:

• Auswahl der Logdateien
• Automatische Erkennung des Dateityps
• Prüfung und manuelle Anpassung des Importfilters

Die ersten beiden Aktionen werden im Ablauf des Imports durch grün hervorgehobene Schaltflächen markiert.

+Datei(en) / +Verzeichnis: Wählen Sie die Rohdaten-Dateien oder -Verzeichnisse aus. Wenn Sie ein Verzeichnis hinzufügen, werden Dateien, die später in dieses Verzeichnis gespeichert werden, automatisch bei der nächsten Datenaktualisierung berücksichtigt (Unterregister Höhen --> Schaltflächen Neue Laden und Neue Daten für diese Höhe laden). Wenn Dateien von unterschiedlichen Masten oder unterschiedlichen Loggertypen im selben Verzeichnis liegen, können Sie eine Dateinamen-Maske definieren, z.B. *.txt.

Entfernen: Entfernt die ausgewählten Dateien/Verzeichnisse aus dem Importfilter

Bearbeiten: Bearbeitet die Datei/Ordnereinstellungen des markierten Objekts

Datei zeigen: Zeigt die Datei mit den aktuellen Importeinstellungen an. Hiermit können z.B. Filtereinstellungen manuell getätigt oder überprüft werden.

Onlinedaten: siehe Laden von Online-Klimadaten; wurden schon zu einem früheren Zeitpunkt Online-Klimadaten geladen, so heißt dieser Knopf Online-Daten aktualisieren und lädt neue Daten seit der letzten Aktualisierung.

Zeitzone: Dies ist die Zeitzone, in der die Zeitstempel der zu importierenden Daten vorliegen. Innerhalb von windPRO werden diese stets in die Projektzeitzone (siehe Projekteigenschaften) umgerechnet dargestellt. Die Eingabe der korrekten Zeitzone ist essenziell, wenn Daten mit Bezug auf die Tageszeit ausgewertet werden sollen oder wenn mehrere Datenquellen vorliegen, die als Zeitreihen verglichen werden sollen. Für Online-Daten wird die Zeitzone der Daten beim Download korrekt gesetzt (in der Regel UTC), für den Messdatenimport wird angenommen, dass die Zeitstempel in der Projektzeitzone vorliegen. Für einzelne Höhen haben Sie weiterhin die Möglichkeit, einen Zeitversatz anzugeben (Register “Höhen”, “Zeitversatz von Zonenzeit”).

Automatisch erkennen: Untersucht die grundlegende Struktur der Rohdaten-Dateien. Dies geschieht in mehreren Stufen:

• Handelt es sich um eine binäre NRG-Datei, wird der Datenimport über die proprietäre Loggersoftware von NRG, Symphonie data retriever (SDR), gestartet. Diese Software muss lokal installiert sein. Beachten Sie hierbei insbesondere, dass die korrekten Kalibrierungsparameter verwendet werden, da diese bei NRG oftmals nicht im Logger, sondern im SDR zugewiesen werden.
• Handelt es sich um ein erkennbares und vollständig innerhalb der Logdateien dokumentiertes ASCII-Format (z.B. aktuelle Versionen von NRG, Secondwind, WindCube oder AQ500), wird die Importfilter-Tabelle selbständig ausgefüllt
• Handelt es sich um ein erkennbares, aber nicht vollständig innerhalb der Logdateien dokumentiertes ASCII-Format, wird die Tabelle vorausgefüllt und die Feldzuweisungen müssen manuell getroffen werden (siehe nächster Abschnitt).
• In einigen Fällen kann WindPRO weder die Grundstruktur der Datei erkennen noch Feldzuweisungen. Verwenden Sie in diesem Fall Datei zeigen und füllen Sie die Felder Zeile mit Spaltennamen / Trennzeichen, Erste Datenzeile, Trennzeichen (Daten) etc. manuell aus.

Außer den genannten binären NRG-Rohdaten wird es in aller Regel notwendig sein, die Daten mit einer loggereigenen Software auszulesen und in einem ASCII-Format zu speichern.

In jedem der Fälle empfiehlt sich eine sorgfältige Prüfung der erkannten Feldzuweisungen, da diese auch loggerseits falsch getroffen sein können!

Laden/Speichern (Dateityp): Ein Importfilter kann geladen und gespeichert werden, was Zeit spart, wenn gleich strukturierte Dateien, die nicht automatisch erkannt werden, häufig vorkommen.

Prüfung und manuelle Anpassung des Importfilters

Für jedes Signal, das verwendet werden soll, muss eine Zeile ausgefüllt sein, die erklärt, um was für ein Signal es sich handelt. Bei Signalen, die nicht verwendet werden sollen, kann in der Spalte Typ eingestellt werden Ignorieren; dies wird z.B. häufig für Minima und Maxima gemacht. Ignorierte Signale können aber jederzeit später definiert werden.

1. Ansonsten wählen Sie den Typ der Daten, z.B. Zeitstempel oder Windgeschwindigkeit.
2. Wählen Sie den Untertyp aus, wie Jahr, Mittel, Standardabweichung etc.
3. Wählen Sie die Einheit aus – beachten Sie, dass alle Windgeschwindigkeits-Einheiten für die weitere Verwendung in Meter/Sekunde umgerechnet werden.
4. Wählen Sie die Höhe in Metern aus, in der das Signal gemessen wurde. Prüfen Sie immer nach, ob die Höhe korrekt ist, da dies auch in den Dateien selbst falsch definiert sein kann!

[Expand] anklicken für Versionen vor windPRO 3.5

Die Rekalibrierung findet sich seit windPRO 3.5 auf einem eigenen Vertikalregister.

Rekalibrieren: Falls die Daten nicht oder falsch kalibriert sind, werden hiermit der Tabelle zwei zusätzliche Spalten Skalierung und Offset hinzugefügt. Beachten Sie, dass bei einer falschen Kalibrierung nicht einfach die richtigen Parameter eingetragen werden dürfen, sondern es muss auch die falsche Kalibrierung entfernt werden.

Die dafür nötigen Rekalibrierungs-Parameter können wie folgt berechnet werden:

S_Recal = S_calib/S_logger

O_Recal = O_calib - ( O_logger * (S_calib/S_logger) )

Mit:

• S_Recal: Skalierungsparameter für die Rekalibrierung
• O_Recal: Offset-Parameter für die Rekalibrierung
• S_calib : Skalierung der Kalibrierung (korrekt)
• S_logger: Skalierung des Loggers (fehlerhaft)
• O_calib: Offset der Kalibrierung (korrekt)
• O_logger: Offset des Loggers (fehlerhaft)

Text-zu-Zahl-Konvertierung/Definitionen: Wandelt Texte, wie z.B. Himmelsrichtungen N, NNO, ONO etc., entsprechend der getroffenen Definitionen in Zahlen um.

Schaltflächen rechts oben:

Importfilter (Hinzufügen, Entfernen, Umbenennen): Falls Sie für dasselbe METEO-Objekt mit unterschiedlichen Rohdaten-Formaten arbeiten, muss für jedes Format ein eigener Importfilter definiert werden. Alle Rohdaten, die zu einem Importfilter hinzugefügt werden, müssen dieselbe Dateistruktur haben. Die Dateiendung ist nicht relevant, aber es müssen ASCII-Dateien sein (auch als .zip- oder .rar-Archiv).

Wenn alle Signale und alle Importfilter definiert sind, gehen Sie auf das nächste Unter-Register Höhen.

Höhen

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Höhen 

Das Register Höhen folgt beim Import von Rohdaten in ein METEO-Objekt auf die Bearbeitung des Importfilters.

Auf dem Register Höhen werden die gemessenen Signale aus den Rohdaten zu Höhen'paketen' zusammengestellt, so dass sich jeweils mindestens eine Kombination aus Windgeschwindigkeit (deren Höhe namensgebend ist) und Windrichtung ergibt.

Wie auf dem Register Importfilter werden auch hier bestimmte Schaltflächen grün hervorgehoben, wenn es im logischen Ablauf der Aktionen sinnvoll ist, sie anzuklicken. In einem Standardfall sind dies zunächst die Schaltfläche Autom.Erzeugen (Erzeugt die Höhen-Datensätze) und Alle neu Laden (Entfernt bestehende Zeitreihen und lädt alles neu aus den Logdateien in das METEO-Objekt).

Nachdem die Zeitreihen geladen wurden, können sie auf weiteren Unterregistern eingesehen und z.T. modifiziert werden, namentlich den Registern Zeitreihe, Häufigkeitstabelle, Weibull und evtl. Turbulenztabelle.

Automatisch Erzeugen: Dies wird im Regelfall die erste Aktion auf diesem Register sein. Es erzeugt automatisch für jede Windgeschwindigkeits-Messhöhe, die im Importfilter definiert wurde, eine Höhenzeitreihe. Die folgenden Signale werden auf jeden Fall hinzugefügt:

• Windgeschwindigkeit (deren Höhe namensgebend ist)
• Windrichtung (wenn es mehrere Richtungsgeber gibt, wird jeweils der mit der Höhe genommen, die der Höhe der Windgeschwindigkeit am nächsten ist)

Die folgenden Signale werden unter bestimmten Bedingungen hinzugefügt:

• wenn Standardabweichung der Windgeschwindigkeit oder Turbulenz vorliegt: Turbulenzintensität
• wenn ein Temperatursignal für dieselbe Höhe wie Windgeschw. vorliegt: Temperatur

Weitere Signale müssen manuell hinzugefügt werden (Signal hinzuf.), wenn sie Bestandteil des Höhendatensatzes werden sollen.

Die weiteren Eingabefelder:

Name: Ein frei wählbarer Name für eine Zeitreihe

Höhe: Wird automatisch bei Automatisch Erzeugen ausgefüllt, aber kann nachträglich geändert werden.

Verdr.Höhe (Verdrängungshöhe): Zur Anwendung bei der Windmessung an Waldstandorten. Die Verdrängungshöhe soll einen Höhenversatz des Windprofils simulieren, der über großen Waldgebieten herrscht - siehe hierzu auch Hindernisse und Verdrängungshöhen.

Herkunft der Daten: Größtenteils lediglich zu Dokumentationszwecken.

Ausnahmen:

Herkunft Meso (bei von den EMD-Onlinediensten heruntergeladenen Daten der Quellen EMD-WRF und EmdConWx), an der windPRO erkennt, dass die Daten beim Downscaling auf besondere Weise gehandhabt werden müssen. Bei diesen Daten erscheint ein zusätzliches Register Meso Terrain und die Angabe einer Verdrängungshöhe ist nicht möglich.

Herkunft Gondel und Mast werden bei der Erzeugung von Wake-bereinigten Höhen unterschiedlich gehandhabt. Ist es Gondel, so muss innerhalb von 5 m um die METEO-Objektposition ein WEA-Objekt existieren. Der Wake-Einfluss der nächstgelegenen WEA (d.h. der, von deren Gondel das Windgeschwindigkeitssignal stammt) wird ignoriert.

[ ] Existierende Zeitreihe schützen: Sorgt dafür, dass geschützte Daten bei Aktualisierung (Neue Daten für diese Höhe laden) und Hinzuladen von Daten (Höhe ganz (neu)laden) nicht angetastet werden. Wenn Sie Meteo-Daten aus WindPRO 2.5 oder früher übernommen haben, ist dies sinnvoll, wenn für diese keine Rohdaten-Dateien (mehr) vorliegen oder Sie keinen neuen Importfilter definieren können (z.B. weil die übernommenen Daten bereits in mehreren Etappen mit mehreren Importfiltern in die alte WindPRO-Version eingelesen wurden).

Abweichung zur Zonenzeit: Hier kann für jede Höhe ein relativer Zeitversatz eingegeben werden, der auf jeden Zeitstempel angewandt wird. Wird z.B. 10 Minuten angegeben, so werden die Zeitstempel jeweils nach 10 Minuten früher versetzt, d.h. ein Zeitstempel, der mit 12:00 Uhr in der Logdatei steht, lautet danach 11:50 Uhr.

Beachten Sie, dass unterschiedliche Loggerhersteller die Zeitstempel unterschiedlich definieren. So kann ein Zeitstempel 12:00 Uhr entweder für die Messdaten von 11:50 bis 12:00 Uhr oder von 12:00 bis 12:10 Uhr stehen. Insbesondere wenn Sie mit Messdaten verschiedener Türme arbeiten, stellen Sie sicher, dass alle Logger hier dieselbe Definition haben, und wenden Sie ggf. die Einstellung Abweichung zur Zonenzeit an.

Bereich von/Bereich bis: Anhand dieser Werte wird festgestellt, ob Werte „außerhalb des Bereichs“ liegen, z.B. weil ein Loggertyp unter Fehlerbedingungen einen Code von 999 in ein Feld schreibt. Beachten Sie, dass die Untergrenze für Windgeschwindigkeiten standardmäßig -1 ist. Durch Kalibrierung von Messdaten können Windstille oder sehr niedrige Windgeschwindigkeiten negativ werden. Damit diese nicht ausgesondert werden, darf die Untergrenze nicht 0 sein. Wenn Windstille nicht im vollen Umfang im Datensatz enthalten bleibt, werden die Weibullverteilungen und die damit erstellten Berechnungen falsch.

Signal hinzuf./Signal löschen: Hiermit können der ausgewählten Höhe zusätzliche Signale aus dem Importfilter hinzugefügt werden, z.B. Temperatur, Maximale Windgeschwindigkeit oder Stabilität. Wenn Sie mehrere Importfilter verwenden, prüfen Sie stets, ob das Signal in allen Filtern korrekt hinzugefügt wurde. Einige der Signale werden aus anderen Signalen berechnet, z.B. die Turbulenzintensität, die aus der mittleren Windgeschwindigkeit und der Standardabweichung berechnet wird; oder ein Windscherungs-Signal, für dessen Berechnung eine Auswahl aus den verfügbaren Höhen getroffen werden kann.

Höhe ganz (neu)laden: Lädt alle Dateien der aktiven Höhe (erneut) ein und erzeugt eine Zeitreihe daraus. Bereits vorgenommene Deaktivierungen werden beibehalten, Anmerkungen zu Zeitstempeln gehen verloren.

Neue Daten für diese Höhe laden: Wenn neue Rohdaten-Dateien manuell hinzugefügt wurden oder sich in überwachten Verzeichnissen befinden, dann wird die vorliegende Zeitreihe um diese Daten ergänzt. Bereits vorgenommene Deaktivierungen und Anmerkungen in den Bestandsdaten werden beibehalten.

Rechte Spalte:

Hinzufügen / Neue Höhe: Fügt manuell eine Höhe hinzu.

Hinzufügen / 2 Höhen zusammenführen: Eliminieren des Masteinflusses durch Zusammenführen der Daten von zwei Anemometern auf derselben Höhe.

Hinzufügen / Neue Höhe synthetisieren: Synthese einer neuen künstlichen „Messhöhe“ aus der Windscherung von zwei anderen Höhen.

Hinzufügen / Höhe aus Scaler: Verwendet den Scaler, um eine der Höhen des aktuellen Masts aus einer anderen Messung zu erzeugen.

Hinzufügen / Stabilitätszeitreihe: Erzeugt eine Stabilitätszeitreihe auf Basis der Tages- und Jahreszeit. Die Messdaten spielen hierfür keine Rolle. Existiert in den Messdaten ein Stabilitätssignal, kann dieses einer der regulären Höhen hinzugefügt werden.

Hinzufügen / Wake-bereinigte Höhe hinzuf.: Erzeugt eine Zeitreihe, die vom Nachlaufeinfluss benachbarter WEA bereinigt ist. Grundlage dafür ist eine zeitreihenbasierte PARK-Berechnung, die die Nachbar-WEA enthält.

'Alle neu laden: Entfernt Zeitreihen, für die Rohdaten vorliegen, außer den Teilen, die mit Exist. Zeitreihe schützen geschützt sind, und erzeugt sie neu. Bestehende Deaktivierungen von Zeitstempeln werden beibehalten.

Neue laden: Lädt Rohdaten-Dateien, die seit dem letzten Ladevorgang hinzugekommen sind. Deaktivierungen in den bestehenden Daten werden beibehalten.

Online-Aktualis.: Wenn zuvor Online-Daten geladen wurden, werden diese mit den neusten Daten ergänzt.

Einstellungen: Farbschemata, Regeln für Gleichzeitigkeit, Turbulenzfilter, Mindestanzahl Turbulenzwerte, hochaufgelöste Zeitreihen.

Im unteren Teil des Fensters wird der Speicherort der Zeitreihen festgelegt. Der gelbe Text liefert Hintergrundinformationen dazu. Wird das Häkchen Standard für neue Zeitreihen gesetzt, kann die getroffene Einstellung über METEO-Analyzer (DE) --> Daten --> Datenenpfad(e) aktualisieren  auch für bestehende METEO-Objekte übernommen werden.

Export: siehe METEO-Export

Import: siehe METEO-Export

[ ] Aktiv: Die unterschiedlichen Darstellungsmöglichkeiten können, der Übersichtlichkeit halber, aktiviert oder deaktiviert werden. Wenn Sie z.B. nicht die Absicht haben, Weibull-Daten zu verwenden, oder wenn Sie Tabellen-Daten, aber keine Zeitreihe haben, ist dies nützlich.

Wenn Daten für eine Höhe geladen wurden (Alle neu Laden, Neue Laden, Höhe ganz (neu)laden, Neue Daten für diese Höhe laden), werden die entsprechenden Unter-Register mit den verschiedenen Darstellungen der Daten erzeugt.

Markieren Sie in der Spalte Höhen einen der Datensätze, ändert sich die Farbcodierung der zusätzlichen Register am linken Rand und sie zeigen die Daten des entsprechenden Datensatzes.

2 Höhen zusammenführen

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Höhen --> Hinzufügen --> 2 Höhen zusammenführen 

Wenn es zwei Anemometer für dieselbe Messhöhe gibt, kann dies dazu genutzt werden, den Effekt des Turmschattens, den beide Messungen bei bestimmten Windrichtungen erfahren, zu eliminieren.

Wählen Sie im obigen Fenster die beiden Höhen als Höhe 1 und Höhe 2. Es ist vorteilhaft, wenn die Richtungen, in die die Anemometer zeigen, bekannt sind, wenn sie es nicht sind, ermöglicht die Darstellung der klassierten Windgeschwindigkeits-Differenz Rückschlüsse:

• wo Messhöhe 1 die höheren WG hat (Zacken nach außen), ist Messhöhe 1 das exponiertere Anemometer
• wo Messhöhe 2 die höheren WG hat (Zacken nach innen) ist Messhöhe 2 das exponiertere Anemometer

Von [°] / Bis [°]: Geben Sie hier die Richtungen an, in denen Messhöhe 2 verwendet werden soll. Alle anderen Richtungen werden Von Höhe 1 übernommen.

OK: Schließt das Fenster und zeigt das Register Höhen wieder an. Eine neue Messhöhe mit dem Suffix -Zusf wird erzeugt, in der die Signale aus den beiden Höhen wie definiert kombiniert werden. Diese muss vor Verwendung noch aus den beiden Ausgangszeitreihen geladen werden (grüne Schaltfläche Höhe ganz (neu) laden).

Neue Höhe synthetisieren

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Höhen --> Hinzufügen --> Neue Höhe synthetisieren 

Mit dieser Option wird aus mehreren bestehenden Messhöhen eine neue Höhe synthetisiert. Dafür wird eine sogenannte Windscherungs-Matrix erstellt, die für bestimmte jahreszeitliche, tageszeitliche und sektorielle Situationen die mittlere Windscherung aus den vorliegenden Messhöhen berechnet und darauf basierend dann die neue Zeitreihe erstellt.

Die Synthese wird nicht mit der konkreten Windscherung eines Zeitstempels durchgeführt, da sich so kleine Unregelmäßigkeiten, die in normalen Messungen ständig vorkommen, potenzieren und zu extremen Ausschlägen der synthetisierten Zeitreihe führen können.

Beachten Sie, dass eine Extrapolation über Windscherungen – egal wie aufwändig die Methodik ist – stets nur ein Notbehelf ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass die bestimmenden Elemente des Windes in einer extrapolierten Höhe dieselben sind wie in den gemessenen Höhen, und dies muss keineswegs zutreffen. Atmosphärische Schichtungsbedingungen, Orographie- und Rauigkeitseinfluss können komplett unterschiedlich sein. Mit entsprechender Vorsicht sind die Ergebnisse zu genießen. Erste Wahl ist es, die Messung in Nabenhöhe durchzuführen. Zweite Wahl ist es, die Höhenextrapolation mit einem Strömungsmodell, das der Komplexität des Standorts angepasst ist durchzuführen (mittelkomplex: WAsP; komplex: WAsP-CFD). Erst dann sollte über die Synthese einer Zeitreihe aus den Windscherungen nachgedacht werden, und auch dies nur bis maximal 30% höher als die höchste Höhe.

Shear-Matrix mit den Daten in diesem Objekt berechnen: Verwendet die Höhen des aktuellen Objekts, um die Shear-Matrix zu erstellen

Shear-Matrix aus Datei importieren: Verwendet eine in einem anderen METEO-Objekt erzeugte und dann mit der Schaltfläche Shearmatrix-Export exportierte Shear-Matrix. So kann z.B. die Shear aus einem Lidar mit der höchsten Höhe eines Masts kombiniert werden.

Shear-Tabelle von Windscherungs-Register: Erlaubt die Verwendung eines Datensatzes vom Windscherungs-Register. Dies muss keine vollständige Scherungs-Matrix sein, sondern es reichen auch z.B. sektorweise Windgradienten.

Die beiden folgenden Angaben müssen ungeachtet der gewählten Methode getroffen werden:

Ausgangshöhe: Diese Höhe liefert für die synthetisierte Zeitreihe den Ausgangspunkt der Höhenextrapolation sowie in der Regel auch das Richtungssignal (kann geändert werden).

Zielhöhe. Die zu synthetisierende Höhe.

Die weiteren Eingabefelder richten sich nach der oben im Fenster gewählten Methode. Die folgende Beschreibung gilt für die Option Shear-Matrix mit den Daten in diesem Objekt berechnen:

Höhen: Wählen Sie die Höhen aus, die an der Scherungsberechnung beteiligt sein sollen.

Gradienten (/Jahr/Tag/Richtung): Die Vorgaben stellen in der Regel einen guten Kompromiss zwischen Datenverfügbarkeit und Detaillierungsgrad dar. Wenn Sie eine sehr feine Stückelung wählen, laufen Sie Gefahr, dass in einigen Klassen nicht genug Samples vorliegen, um die Extrapolation durchzuführen. Wählen Sie eine grobe Stückelung, kann es sein, dass spezifische Situationen nicht erkannt werden, weil sie in der Mittelung verschwinden.

Gradienten berechnen: Die Scherungsmatrix wird erstellt, auch die statistischen Kenndaten im unteren Teil des Fensters werden ausgefüllt.

Gradienten Anzeigen:

Die Scherungsmatrix wird angezeigt. Neben ihrer praktischen Bedeutung bei der Synthese der Zeitreihe lässt sie auch interessante Erkenntnisse bezüglich der atmosphärischen Stabilität zu verschiedenen Zeiten zu. Bei instabilen Verhältnissen findet viel vertikaler Austausch statt, die Windscherungen sind daher niedrig; bei stabilen Verhältnissen unterbleibt der vertikale Austausch, die Windscherung wird höher. Die Stabilität ist stark von der Tageszeit und Sonneneinstrahlung abhängig.

OK: Schließt das Fenster und zeigt das Register Höhen wieder an. Eine neue Messhöhe mit dem Suffix -Synth wird erzeugt, in der die Signale aus Ausgangszeitreihe und Scherungsmatrix definiert sind. Diese muss vor Verwendung noch aus den beiden Ausgangszeitreihen geladen werden (grüne Schaltfläche Höhe ganz (neu) laden).

Shearmatrix-Export: Exportiert eine berechnete Shearmatrix in eine Datei (Dateiformat *.shearmat), die dann in einem anderen METEO-Objekt zur Zeitreihen-Synthese verwendet werden kann. Typischer Anwendungsfall hierfür ist der Export der Windscherung aus einem LIDAR-Meteo-Objekt und die Verwendung in einem benachbarten Messmast-Meteo-Objekt, um dort dann mit der höchsten Messhöhe und der LIDAR-Windscherung auf die Nabenhöhe der WEA zu extrapolieren.

Hintergrund

Um die Gradienten zu berechnen, werden aus den gewählten Höhen-Zeitreihen die Zeitstempel für die individuellen Klassen extrahiert. Für die Richtungsklassen spielt dabei alleine die gewählte Messhöhe für das Richtungssignal (s.o.) eine Rolle, nicht die Richtung der individuellen Höhe.

Für jede Klasse wird eine mittlere Windgeschwindigkeit berechnet. Dies ist kein arithmethisches Mittel der Samples, sondern die mittlere Windgeschwindigkeit einer Weibull-Verteilung, die über einen Weibull-Fit der Samples der Klasse berechnet wird.

Aus den mittleren Windgeschwindigkeiten jeder Klasse in den verschiedenen Höhen werden dann über das Power-Law-Windprofil der Windgradient berechnet. Werden mehr als zwei Ausgangshöhen berücksichtigt, wird über die Methode der kleinsten Quadrate] der Windgradient bestimmt. Ist für das METEO-Objekt eine Verdrängungshöhe definiert, so werden die tatsächlichen Messhöhen zur Berechnung der Windscherung um die Verdrängungshöhe reduziert.

Kann aufgrund zu weniger Daten für eine Klasse keine Scherung berechnet werden, so wird stattdessen folgender Scherungswert verwendet:

1. Jahreswert für Richtung und Tageszeit
2. Mittelwert der beiden benachbarten Richtungen
3. Gesamtmittelwert

Gibt es z.B. für eine Richtung nur sehr wenige Daten, kann es sein, dass nicht einmal ein Jahreswert für jede Tageszeit berechnet werden kann. In diesem Fall werden die benachbarten Richtungen gemittelt. Gibt es auch für diese zu wenige Daten, wird Option (3) gewählt. Beachten Sie, dass diese Substitutionen nicht sonderlich kritisch sind, da sie per Definition Richtungen betreffen, aus denen der Wind selten kommt.

Die Windgeschwindigkeit in Zielhöhe wird dann über ein reguläres Power-Law-Windprofil aus der Windgeschwindigkeit der Ausgangshöhe und dem Windgradienten ermittelt.

Verdrängungshöhen: Wenn der Messmast eine Verdrängungshöhe erfährt, weil er im Wald steht, sollte diese Verdrängungshöhe im METEO-Objekt angegeben werden. Diese wird dann sowohl auf die Höhen, aus denen die neue Zeitreihe synthetisiert wird, als auch auf die Ausgangs- und die Zielhöhe angewendet.

Höhe aus Scaler

METEO-Objekt → Register Daten → Unterregister Höhen → Hinzufügen → Höhe aus Scaler 

Diese Option modelliert eine Zeitreihe aus dem aktuellen METEO-Objekt mittels eines Scalers auf eine Zielhöhe. Die Ergebniszeitreihe wird im aktuellen METEO-Objekt gespeichert.

Als Eingabe wird erwartet:

• Eine Zielhöhe
• Ein Scaler
• Eine Ausgangshöhe (bei Messdaten) bzw. eine Auswahl von Ausgangshöhen (bei Mesodaten)

Am sinnvollsten ist diese Methode einzusetzen mit Meso-Zeitreihen (EMD-WRF oder EmdConWx), um künstliche Mess-Zeitreihen daraus zu erzeugen. Dabei wird – z.B. mittels des EMD Default Meso Scalers – das Mesoskalen-Terrain aus den Mesoskalen-Daten heraus- und das Mikroskalen-Gelände hineingerechnet.

OK: Schließt das Fenster und zeigt das Register Höhen wieder an. Eine neue Messhöhe mit dem Suffix -Scale wird erzeugt. Diese muss vor Verwendung noch aus den beiden Ausgangszeitreihen geladen werden (grüne Schaltfläche Höhe ganz (neu) laden).

Die Ergebniszeitreihe wird stets für die Position des METEO-Objekts erzeugt. Ein Mesoskalen-METEO-Objekt kann an eine Position verschoben werden, für die ein künstlicher Messmast benötigt wird. Das Objekt kennt die Originalposition der Mesoskalen-Daten und wird diese für den ersten Schritt des Downscalings, das Herausrechnen des Meso-Geländeeinflusses, verwenden.

Achtung: Soll dasselbe METEO-Objekt mit Mesodaten in einem späteren Schritt zur Erzeugung einer WAsP-Windstatistik mit STATGEN oder MCP verwendet werden, sollte es wieder an seine Originalposition verschoben werden!

Der Vergleich zwischen Mesoskalen-Zeitreihe und der daraus erzeugten künstlichen Messzeitreihe (rot) zeigt hier, dass in den meisten Richtungen eine leichte Zunahme der Windgeschwindigkeit durch das Downscaling erreicht wird. Grund dafür ist eine leichte Hügel-Position des METEO-Objekts, die in den Mesoskalen-Daten aufgrund von deren Maßstab nicht zum Tragen kommt, von der aber die durch Downscaling modifizierten Daten profitieren. Ausnahme sind die westlichen Windrichtungen – vom Messmast aus steigt das Gelände in westlicher Richtung leicht an, auch dieser Effekt wird durch das Downscaling hier korrekt modelliert.

Scaler-Zeitreihen können auch im Zusammenhang mit der Analyse des Windprofils auf dem Profil-Register eingesetzt werden und bieten dort einige Vorteile.

Zeitreihe

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Zeitreihe 

Nach dem Einlesen von Rohdaten einer Windmessung über die Register Importfilter und Höhen oder dem Laden von Online-Klimadaten werden diese auf dem Register Zeitreihe tabellarisch dargestellt und können hier einem ersten Datenscreening unterzogen werden. Weitere Möglichkeiten des Screenings werden unter METEO-Objekt:Grafiken angesprochen.

Daten, die z.B. außerhalb des erlaubten Bereichs liegen, werden hier mit farbiger Hinterlegung dargestellt. Wenn Sie in die farbigen Felder am rechten Rand klicken (Zeile deaktiv., Teil deaktiviert, Außerh.Bereich, Duplikate, Fehler, Anmerkungen), springt die Zeitreihe automatisch zum ersten Vorkommen des jeweiligen Falls. Mit den Pfeilen neben dem jeweiligen Feld wird zum nächsten Vorkommen gesprungen.

Teildeaktivierungen (Teil deaktiviert) treten in der Regel dadurch auf, dass standardmäßig Turbulenzwerte bei Windgeschwindigkeiten unter 4 m/s deaktiviert werden. Diese neigen dazu, sehr hoch zu sein, haben jedoch in der Turbulenzbetrachtung keine Bedeutung. Um zu verhinden, dass sie die Darstellung der Turbulenzgrafik negativ beeinflussen, werden sie deaktiviert. Änderung des Schwellenwerts über Einstellungen auf der rechten Seite

Die Spalten können durch Klick auf die Kopfzeile sortiert werden, z.B. um die höchsten Windgeschwindigkeiten zu finden.

Wähle…: Hier können Sie mit einem Klick Zeilen markieren, die einem bestimmten Suchkriterium entsprechen (z.B. Duplikate). Die Auswahl von Zeilen kann auch manuell vorgenommen werden (Maus über Tabelle ziehen oder mit <Umschalt>-Taste erste und letzte Zeile markieren)

Auswahl…: Legt fest, was mit den ausgewählten Zeilen geschehen soll: In Zwischenablage Kopieren, Löschen, Aktivieren, Deaktivieren, Speichern.

Spalte Deaktiviert: Durch setzen der Markierung in dieser Spalte können einzelne Werte manuell deaktiviert werden.

Deaktivieren/Löschen: öffnet ein Fenster, in dem fortgeschrittene Filtereinstellungen vorgenommen werden können. Mit dem fortgeschrittenen Datenfilter kann eine sehr flexible Auswahl in den Daten getätigt werden. Im unteren Bereich des Fensters können mehrere freie Bedingungen definiert werden.

Los! öffnet ein Fenster, in welchem festgelegt wird, für welche Höhen und welche Signale der Filter gelten soll, und ob windPRO die Werte, für die er zutrifft, Aktivieren, Deaktivieren oder Löschen soll. Wenn mehrere Höhen aktiviert sind, müssen die Zeitstempel +/- 5 min übereinstimmen (Änderbar über Einstellungen).

Duplikate wechseln: Falls die Zeitreihe doppelte Zeitstempel enthält (vgl. Anzeige Duplikate weiter oben), kann hiermit zwischen den gleichlautenden Zeitstempeln umgeschaltet werden.

Die Knöpfe der rechten Spalte (unter "Höhen") werden hier beschrieben.

Auf den folgenden Registern werden die Zeitreihen-Daten aggregiert dargestellt. Dabei spielen nur aktivierte Daten, die innerhalb des zulässigen Bereichs sind und die keine Duplikate sind eine Rolle. Die aggregierten Daten werden automatisch aktualisiert, wenn es Änderungen in der Zeitreihe gibt.

Häufigkeitstabelle

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Häufigkeitstabelle 

Wird auf dem Assistent-Register die Option Zeitreihe gewählt, so zeigt dieses Register die Auswertung der Zeitreihe als Häufigkeitstabelle (sortiert in Windgeschwindigkeits- und Richtungsklassen). Dabei spielen nur aktivierte Daten, die innerhalb des zulässigen Bereichs sind und die keine Duplikate sind eine Rolle. Die aggregierten Daten werden automatisch aktualisiert, wenn es Änderungen in der Zeitreihe gibt.

Wurde die Option Häufigkeitstabelle gewählt, springt die Anzeige direkt auf dieses Register und die Daten müssen manuell eingegeben werden. Bei der manuellen Eingabe sind folgende Angaben zwingend:

• Höhe [m] der angegebenen Häufigkeitstabelle
• Von / Bis / Schrittweite für die Windgeschwindigkeits-Klassen (Knopf Ausfüllen erstellt die Tabelle)
• Anzahl der Sektoren

Werte können in die Tabelle manuell eingegeben werden, über den Import am unteren Rand aus einer *.tab-Datei importiert oder über Einfügen am unteren Rand aus der Zwischenablage eingefügt werden.

Die Knöpfe der rechten Spalte (unter "Höhen") werden hier beschrieben.

Weibull

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Weibull 

Wird auf dem Assistent-Register die Option Zeitreihe gewählt, so zeigt dieses Register die Auswertung der Zeitreihe als sektorweise Weibull-Verteilungen. Dabei spielen nur aktivierte Daten, die innerhalb des zulässigen Bereichs sind und die keine Duplikate sind eine Rolle. Die aggregierten Daten werden automatisch aktualisiert, wenn es Änderungen in der Zeitreihe gibt.

Wurde auf dem Register Assistent die Option Weibull-Tabelle gewählt, springt die Anzeige direkt auf dieses Register und die Daten müssen manuell eingegeben werden. Bei der manuellen Eingabe sind folgende Angaben zwingend:

• Höhe [m] der angegebenen Häufigkeitstabelle
• Anzahl der Sektoren

Werte können in die Tabelle manuell eingegeben werden oder über den Knopf Einfügen am unteren Rand aus der Zwischenablage eingefügt werden (Spaltenreihenfolge A, k, Häufigkeit; ohne Spaltentitel).

Die Weibull-Anpassung erfolgt energiegewichtet nach derselben Methode, die auch WAsP verwendet (Siehe ##Link). Wenn aus den Daten des METEO-Objekts eine regionale Windstatistik nach der Windatlas-Methode erzeugt wird (via STATGEN oder MCP), so werden dafür stets die Weibull-Daten verwendet.

Die Knöpfe der rechten Spalte (unter "Höhen") werden hier beschrieben.

Turbulenztabelle

METEO-Objekt --> Register Daten --> Unterregister Turbulenztabelle 

Wird auf dem Assistent-Register die Option Zeitreihe gewählt und enthalten die Zeitreihen ein Turbulenzsignal, so zeigt dieses Register die Turbulenzauswertung der Zeitreihe (sortiert in Windgeschwindigkeits- und Richtungsklassen). Über der Tabelle kann über ein Ausklappmenü zwischen Mittelwert und Standardabweichung der Turbulenz sowie abgeleiteten Tabellen gewechselt werden.

Wurde die Option Häufigkeitstabelle und Turbulenztabelle gewählt, springt die Anzeige direkt auf dieses Register und die Daten müssen manuell eingegeben werden. Bei der manuellen Eingabe sind folgende Angaben zwingend:

• Höhe [m] der angegebenen Häufigkeitstabelle
• Von / Bis / Schrittweite für die Windgeschwindigkeits-Klassen (Knopf Ausfüllen erstellt die Tabelle)
• Anzahl der Sektoren

Werte können in die Tabelle manuell eingegeben werden oder über den Knopf Einfügen am unteren Rand aus der Zwischenablage eingefügt werden.

Beachten Sie, dass die Tabellen Mittelwert und Standardabweichung (Wechsel via Ausklappmenü am oberen Rand) sowie die Häufigkeitstabelle ausgefüllt werden müssen, wenn die Daten als Basis für SITE COMPLIANCE genutzt werden sollen.

Daten in allen Tabellen im Meteo-Datenobjekt können markiert und mit einem Rechtsklick in die Zwischenablage kopiert werden.

Die Knöpfe der rechten Spalte (unter "Höhen") werden hier beschrieben.

METEO-Objekt - Register Grafiken im Detail

METEO-Objekt → Register Grafiken 

Bei jeder einzelnen Grafik gibt es in der linken oberen Ecke eine Schaltfläche , über die die Grafik oder die zugrunde liegenden Daten exportiert werden können. Um Konflikte mit unterschiedlichen Versionen des Excel-Formats zu vermeiden, wird empfohlen, eine Kopie über die Zwischenablage (Copy) durchzuführen.

Beachten Sie, dass beim tabellarischen Export bei allen radialen Grafiken die Gradzahlen in der mathematischen Schreibweise (gegen den Uhrzeigersinn) dargestellt werden.

Im Folgenden werden einige der Grafiken vorgestellt, andere sind weitgehend selbsterklärend.

Zeitreihe

Auf diesem Register können rechts oben fünf Untergrafiken ausgewählt werden (Zeitreihe, Gunshot, Jahresgang, Tagesgang, Radar), bei denen es sich um unterschiedliche Darstellungsweisen der Zeitreihen-Daten handelt. Diese trivial klingende Aussage ist relevant, da sich z.B. sektorweise Windgeschwindigkeits-Mittel (Grafik Radar) durch eine Klassierung der Daten, wie sie beim Übergang zu den Tabellen/Weibull-Daten stattfindet, auch ändern kann!

Die Zeitreihen-Grafik (s.u.) kann in unterschiedlichen Mittelungen (von Keine bis Monat, 60Mon gleitend) und Maßstäben (→ Tage im Fenster) dargestellt werden.

Durch Linksklicken-Ziehen in die Grafik kann auf einen Bereich eingezoomt werden (bei Klicken-Ziehen von links nach rechts) bzw. ausgezoomt (Klicken-Ziehen von rechts nach links).

Durch Rechtsklicken-Ziehen können fehlerhafte Perioden markiert und deaktiviert werden (Alternativ: Rechtsklick in Grafik → Startpunkt setzen bzw. Endpunkt setzen)

Anmerkungen können über Rechtsklick → Anmerkung in die Zeitreihe direkt eingegeben werden und in einem eigenen Bericht (Register Berichte → Register Datenverfügbarkeit → Kommentierte Zeilen/Abschnitte in Zeitreihe) exportiert werden.

Über die Schaltfläche Flags bearb. können Flagging-Konditionen definiert und angewandt werden.

Weibull/Tabelle

Die Grafiken unter Weibull/Tabelle, hier nur für zwei der vier Höhen. Beachten Sie, dass die Achsen der Grafik manuell skaliert werden können, über das englischsprachige Editing-Fenster, das durch Doppelklick in die Grafik aktiviert wird. Im unten dargestellten Register (Chart | Axis | Scales) wird das Maximum der x-Achse eingestellt.

Windrose

Unterteilung: Hier kann eine Farbkodierung innerhalb der jeweiligen Sektoren gewählt werden - keine, nach Windgeschwindigkeit, nach Stabilitätsklasse (erfordert Stabilitätssignal)

Monatliche Rosen: Stellt für die ausgewählte Höhe 12 Einzelrosen für die Monate dar, um die jährliche Verteilung des Windes sichtbar zu machen. Kann nur ausgwählt werden, wenn oben nur eine Höhe ausgewählt ist.

Aufteilung: Gibt an, wieviele Grafiken angezeigt werden und in welcher Größe. Nicht alle Optionen sind immer verfügbar.

Parameter: Häufigkeit zeigt an, wie häufig die jeweiligen Windrichtungen auftreten. Energie zeigt an, wie viel Windenergie in den Sektoren enthalten ist. Mit Optionen kann zwischen einer Anzeige der WEA-Energie (Standard) und der Bruttowindenergie umgeschaltet werden.

Turbulenz

Windgeschwindigkeits-Differenz

Hier wird der Windgeschwindigkeits-Unterschied zwischen zwei Höhen in Abhängigkeit von der Windrichtung angezeigt. So können effizient die äußeren Einflüsse, z.B. die Richtung des Auslegers oder Sektoren mit lokalen Hindernissen festgestellt werden.

Zur Zuordnung der Windrichtung wird das Richtungssignal der ersten der beiden Höhen verwendet.

Hier beispielsweise der Windgeschwindigkeitsunterschied zwischen zwei Anemometern auf fast derselben Höhe (100,7 und 100,5 m). Die auffälligen Windgeschwindigkeits-Unterschiede im Osten und in Nord-Nordwest lassen sich durch die Abschattung der Anemometer durch den Mast erklären.

Freie X/Y-Grafik

In der Freien X/Y-Grafik kann jedes Signal gegen jedes beliebige andere Signal dargestellt werden. Wird der Cursor über einen Punkt bewegt, wird der Zeitstempel und der Wert angezeigt. Auf diese Weise können insbesondere Ausreißer leicht identifiziert und deaktiviert (→ Rechtsklick) oder in der Zeitreihe weiter untersucht werden.

Unter Auswahlwerkzeuge können Punktbereiche über eine Linie (Punkte unter/über der Linie) oder ein Rechteck (Punkte innerhalb/außerhalb Rechteck) ausgewählt werden. Dies ist beim Datenscreening ein wertvolles Werkzeug, da in dieser Darstellung Ausreißer häufig deutlich erkennbar sind.

Nachdem das Auswahlwerkzeug (Linie / Rechteck) ausgewählt wurde, kann direkt auf der Grafik durch Klicken-Ziehen das Rechteck/die Linie platziert werden – in der Darstellung oben beispielsweise eine Linie leicht unterhalb der Diagonalen. Die Linie / Das Rechteck kann an den Ecken / Endpunkten nachjustiert werden.

Über die dann grün hervorgehobene Schaltfläche Deaktivieren/aktivieren können dann Punkte unter bzw. über der Linie (de)aktiviert werden.

Profil

Die Profil-Ansicht zeigt das Geländeprofil und das Windprofil.

Die Profil-Ansicht zeigt, wie das Windprofil optimal an die verwendeten Messhöhen angepasst werden kann, und zwar sowohl das Power-Law-Windprofil als auch das Logarithmische Windprofil. Weiterhin kann ein mit WAsP, WAsP-CFD oder per Scaler berechnetes Profil angezeigt werden.

Es gibt drei Ansichtsoptionen:

• Aggregiertes Profil (Mittlere Windgeschwindigkeiten aller verwendeten Höhen)
• Windprofil-Zeitreihe (Anzeige Zeitstempel für Zeitstempel)
• Manuell (wie Aggregiertes Profil, aber Windgradient und Rauigkeit können manuell angepasst werden)

Standardansicht ist das Windprofil, wie es aus den verwendeten Messhöhen mit einem Best-Fit-Algorithmus angenähert wird. Redundante Messhöhen oder solche, deren Qualität zweifelhaft ist (z.B. zu niedrige Messung), können ausgenommen werden (Höhen in Berechnung).

Die Scherungsberechnung verwendet die mittlere Windgeschwindigkeit des Weibull-Fit für jede Höhe. Im Gegensatz zu anderen Orten im METEO-Objekt werden aber nur diejenigen Zeitstempel verwendet, für die alle an der Scherungsberechnung beteiligten Höhen vorliegen. Aus diesem Grund kann das Einbeziehen einer zusätzlichen Höhe auch dazu führen, dass die mittleren Windgeschwindigkeiten anderer Höhen (gelbe Punkte in Grafik) sich ändern. Die Richtungszuordnung erfolgt auf Basis der definierten Ausgangshöhe.

Höhen nach Typ wählen erlaubt, nur bestimmte Höhentypen in die Scherungsberechnung einzubeziehen:

Verdrängungshöhen können entweder als Fester (Omnidirektionaler) Wert eingegeben werden (Mast ist in allen Richtungen von Wald umgeben) oder über den Verdrängungshöhen-Rechner für die Profilansicht definiert werden. Bitte beachten Sie, dass die Wahl zwischen diesen beiden Optionen ausschließlich für die Darstellung auf dem Profilregister getroffen wird und in weiteren Berechnungen separat getroffen werden kann bzw. muss.

--&gr;Windscherung: Erzeugt einen Satz Power-Law-Windgradienten aus der derzeitigen Ansicht. Die Windgradienten werden auf das Register Windscherung übertragen und stehen für Berechnungen mit dem Modul METEO bzw. mit PARK unter Verwendung von METEO-Daten zur Verfügung. Beachten Sie, dass nur in flachem und hindernisfreiem Gelände Windgeschwindigkeiten relativ gut über das Power Law oder ein logarithmisches Profil extrapoliert werden können. Sobald die Strömung durch Hügel, Hindernisse oder atmosphärische Schichtungsbedingungen gestört wird, ergeben diese Methoden keine zuverlässigen Ergebnisse, hier erlauben dann modellierte Profile oder synthetisierte Zeitreihen zuverlässigere Aussagen.

Modellierte Profile können mittels dreier verschiedener Modellierungstechniken erzeugt werden, auf die unten weiter eingegangen wird. Allen drei Methoden gemein ist, dass sie eine Ausgangshöhe verwenden, um davon ausgehend das gesamte Profil zu modellieren. Die erzeugten Windprofile erlauben durch den Vergleich mit den anderen Messhöhen auch eine Beurteilung, wie gut das Modell die Variation der Windgeschwindigkeiten über die Höhe des Messmastes abbilden kann.

Für die Modellierung werden Geländedaten benötigt, d.h. es muss auch mindestens ein Terraindatenobjekt (Zweck: Statgen oder Scaler) im Projekt existieren. Die WAsP-Parameter können modifiziert werden, um das modellierte Profil besser an die Messung anzupassen.

Das modellierte Profil wird als rote Linie dargestellt.

Die drei Modellierungstechniken sind:

• WAsP, einfaches Mittel: hierbei wird aus den Daten der Ausgangshöhe mit WAsP eine Windstatistik erstellt und mit dieser das Windprofil berechnet
• WAsP-CFD, einfaches Mittel: Wie oben, nur wird für Erstellung der Windstatistik und Berechnung des Windprofils WAsP-CFD verwendet
• Scaler/Kalibrierung, flexibel: Hierbei das Windprofil wird aus der Zeitreihe der Ausgangshöhe mittels des ausgewählten Messdaten-Scalers (evtl. inkl. Post-Kalibrierung) erstellt.

Bei den ersten beiden Methoden wird das zu verwendende Terraindatenobjekt direkt auf dem Profil-Register ausgewählt; bei der Verwendung eines Scalers wird es im Scaler ausgewählt.

Die Angabe einfaches Mittel bzw. flexibel bezieht sich auf die der Profilberechnung zugrunde liegenden Zeiträume. Wird über WAsP bzw. WAsP-CFD modelliert (einfaches Mittel), fließt stets die gesamte Zeitreihe in die Profilberechnung ein; es ist dann nicht möglich, die modellierten Profile nach Tag/Nacht bzw. nach Jahreszeit differenziert darzustellen. Lediglich die sektorweise differenzierte Darstellung ist möglich.

Wird via Scaler/Kalibrierung modelliert, so kann das Profil auch nach Tag/Nacht sowie Jahreszeit differenziert dargestellt werden. Beachten Sie aber, dass über die Zeit variierende Stabilitätsbedingungen dabei derzeit noch nicht berücksichtigt werden können.

Ebenfalls kann die Profilberechnung mit Scaler derzeit nur mit einem Messdaten-Scaler (z.B. EMD Default Measurement Scaler) arbeiten, nicht mit Meso-Daten-Scaler. Um ein Windprofil mittels Mesodaten-Downscaling darzustellen, empfiehlt es sich, über METEO-Objekt → Register Daten → Unterregister Höhen → Hinzufügen → Höhe aus Scaler  neue Downscaling-Zeitreihen für mehrere der Meso-Höhen zu erstellen und aus diesen dann das Profil zu generieren.

Die blaue und graue Linie zeigt in beiden Grafiken das aus den Sommer-Zeitstempeln berechnete logarithmische bzw. Power-Law-Windprofil. Die linke Grafik zeigt zusätzlich das mit der Option WAsP, einfaches Mittel berechnete Windprofil, das stets auf der gesamten Zeitreihe basiert. Rechts dagegen in rot das mit Scaler berechnete Windprofil – da auch hier nur die Sommer-Zeitstempel einfließen, ist es direkt mit dem gemessenen Profil vergleichbar.

Die weiße Linie in der linken Grafik stellt das mit WAsP berechnete Windprofil für neutrale atmosphärische Stabilität dar. Dies hat lediglich informellen Charakter, um zu zeigen, wie stark die aktuellen WAsP-Stabilitätseinstellungen von neutraler Stabilität abweichen.

Ein weiteres Beispiel mit zwei Scaler-berechneten Windprofilen, links für den Tag und rechts für die Nacht. Die oben angegebenen Windgradienten zeigen deutlich, dass die Windscherung der gemessenen Daten nachts höher ist. Im Scaler-Profil ist dies jedoch nicht sichtbar, da WAsP derzeit keine zwischen Tag und Nacht variierenden Stabilitätsparameter unterstützt.

Für fortgeschrittene Anwender kann der Vergleich zwischen WAsP-Profil und den tatsächlich in den einzelnen Höhen gemessenen Werten auch dabei helfen, die WAsP-Parameter zum Heat Flux einzugrenzen. Dabei sollte das WAsP-Profil allerdings nur mit den tatsächlich gemessenen Höhen verglichen werden, nicht mit der logarithm./Power-Law-Extrapolation oberhalb der höchsten Höhen!

Siehe hierzu das Dokument:

http://help.emd.dk/knowledgebase/content/ReferenceManual/WAsP_Parameters.pdf

oder

Menü Hilfe → Hilfe (Internet) → Bereich WindPRO Reference Documents → Changing the WAsP Parameters in WindPRO .

Laden von Online-Klimadaten

Diese Option setzt das Modul METEO sowie den Zugang zu den EMD-Online-Datendiensten voraus.

Online-Klimadaten werden im METEO-Objekt über Assistent → Onlinedaten  heruntergeladen.

Im METEO-Analyzer wird hierfür die Schaltfläche METEO-Objekte aus Onlinedaten auf dem Register Daten verwendet.

Der Datendownload startet mit einer Auflistung der verfügbaren Datenquellen:

Markieren Sie in der Liste die Quellen, die Sie in Erwägung ziehen. Wenn eine Zeile markiert wird, erscheint im Fenster darunter eine kurze Beschreibung des Datensatzes; Weitere Informationen zu den verfügbaren Daten finden Sie unter Winddaten (EN)

Verfügbarkeit prüfen stellt die Verbindung zum EMD-Server her. Es werden für jeden Datensatz die vier dem METEO-Objekt nächstgelegenen Datenpositionen dargestellt und das Datum der letzten verfügbaren Daten angegeben:

Im METEO-Objekt wählen Sie eine Datenposition aus und fahren mit OK fort.

Im METEO-Analyzer können mehrere Datensätze ausgewählt werden, die nach Klick auf OK heruntergeladen werden. Für jeden gewählten Datensatz wird ein eigenes METEO-Objekt an der Datenposition erzeugt. Beachten Sie Download und Datenaufbereitung, lange dauern kann, insbesondere bei EmdConWx und EmdERA – probieren Sie zunächst wenige Positionen, bis Sie die Dauer einschätzen können.

Bei Download im METEO-Objekt wird der verfügbare Datenzeitraum angezeigt:

Ein Grund, diesen einzuschränken, kann z.B. sein, wenn im gewählten Datensatz bekannte regionale Inkonsistenzen existieren.

Turbulenzsignale bei EmdWrf-Mesoskalen-Daten

Wenn EmdWrf-Mesoskalen-Daten generiert werden, enthalten diese auch ein Signal für die Standardabweichung der Windgeschwindigkeit, aus der ein Turbulenzsignal erzeugt werden kann. Dieses wird regulär in windPRO nicht eingelesen, kann aber jeder Höhe eines EmdWrf-Downloads manuell hinzugefügt werden:

(Hier klicken für Versionen vor windPRO 3.2)

Nach dem Datendownload wechseln Sie im METEO-Objekt auf das Register Daten

Die Spalten sqrtTKE.NN enthalten die modellierte Standardabweichung der Windgeschwindigkeiten der jeweiligen Höhe. Füllen Sie in diesen Zeilen die Spalten Typ, Untertyp und Höhe aus:

Wechseln Sie auf das Register Daten | Höhen. Wählen Sie die entsprechende Höhe aus, klicken Sie unter der Tabelle der Signale auf Signal hinzuf. und wählen Sie als Signalytyp "Turbulenzintensität". windPRO erzeugt dieses Signal automatisch aus der Windgeschwindigkeit und deren Standardabweichung. Fahren Sie mit Höhe ganz (neu)laden fort:

Die grafische Darstellung (Register Grafiken → Turbulenz) zeigt, dass die modellierte Turbulenz der Meso-Daten hier in etwa der Turbulenzcharakteristik B der IEC 61400-1 (ed. 3) entspricht. Andere Tests zeigen ähnlich plausible Ergebnisse, vor einem breiten Einsatz sollte es aber derzeit nur in Verbindung mit lokalen Validierungsmöglichkeiten eingesetzt werden, zumal gemäß IEC 61400-1 (ed. 3) 10-Minuten-Mittelwerte betrachtet werden sollen. Besondere Vorsicht ist bei Waldsituationen geboten, da dort erhöhte Turbulenzen auftreten, die aber in Mesoskalen-Daten keinen Eingang finden.

Anmerkung: Die Turbulenzsignale sind auch bei EmdConWx-Daten enthalten, allerdings nur für den Zeitraum ab 2013.