Handbuch METEO

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Das Modul METEO ist neben PARK einer der Grundsteine der windPRO-Energieberechnungen. Wenn das Modul METEO erworben wird, eröffnet dies den Zugang zu folgenden Objekten, Werkzeugen und Berechnungsoptionen:

  • Zum METEO-Objekt als Container für Winddaten in Form von Zeitreihen, Häufigkeitsverteilungen oder Weibull-Verteilungen. Es kann auf der Karte einen Messmast repräsentieren oder den Zellmittelpunkt eines Reanalyse- oder Mesoskalen-Modells.
  • Zum METEO-Analyzer, der es ermöglicht, Operationen mit den Daten mehrerer METEO-Objekte durchzuführen.
  • Zum Download von Online-Winddaten (Englische Beschreibung der Datenquellen); dieser findet technisch über METEO-Objekt, METEO-Analyzer oder Projektassistent statt.
  • Zum METEO (Berechnungsmodul), das den Vergleich unterschedlicher WEA-Typen auf Basis von Winddaten in einem METEO-Objekt ermöglicht.
  • Zu Berechnungsmethoden innerhalb des PARK-Moduls, die auf Winddaten in METEO-Objekten basieren.


Bitte beachten Sie, dass für dieses Kapitel Bestandteile aus den Kapiteln 3 (Energie) und 12 (Meteodaten-Handling) zusammengeführt wurden. Es gibt in diesem Kapitel keinen originären Inhalt.



Das METEO-Objekt

Energie 3 (9).png

Das METEO-Objekt ist der Container für Winddaten in windPRO.

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 Energie 3 (9).png auf der Karte an der exakten Stelle, an der die Windmessung stattfand oder für die die vorliegenden Daten berechnet wurden.

Die 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 die 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.

Energie 3 (10).png

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

Energie 3 (14).png

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 sechs 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, 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:


Statistiken

Es gibt vier verschiedene Unter-Register bei den Statistiken:

  • Hauptstatistik
  • Monatsmittel
  • Verfügbarkeit
  • Monatliche Weibullparameter


Energie 3 (49).png


Ziehen Sie die Spaltenüberschrift Signal in den Kopf, wird sie übersichtlicher:


Energie 3 (50).png


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


Energie 3 (51).png


Die Verfügbarkeit wird Höhe für Höhe angezeigt. Die farbige Hinterlegung verschafft einen schnellen Überblick:

Energie 3 (52).png


Die monatlichen Weibullparameter:

Energie 3 (52.1).png


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.


Energie 3 (53).png


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).


Meso-Terrain

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

Energie 3 (53.1).png

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.

Mit --> Ergebnislayer wird für jede der drei Dateien jeweils ein eigenes Ergebnislayer erzeugt.


Berichte

Energie 3 (54).png


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),
  • 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:

Energie 3 (16).png

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.

Energie 3 (17).png

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

Energie 3 (18).png

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!


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:

SRecal = Scalib/Slogger

ORecal = Ocalib - ( Ologger * (Scalib/Slogger) )


Mit:

  • SRecal: Skalierungsparameter für die Rekalibrierung
  • ORecal: Offset-Parameter für die Rekalibrierung
  • Scalib : Skalierung der Kalibrierung (korrekt)
  • Slogger: Skalierung des Loggers (fehlerhaft)
  • Ocalib: Offset der Kalibrierung (korrekt)
  • Ologger: 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 Laden (Lädt Zeitreihen 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.


Energie 3 (23).png

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. Der Verdrängungshöhen-Rechner kann in windPRO 3.0 nicht in Verbindung mit dem METEO-Objekt verwendet werden, seit windPRO 3.1 ist dies möglich.

Herkunft der Daten: Größtenteils lediglich zu Dokumentationszwecken.

Ausnahmen:
Herkunft Meso (bei von den EMD-Onlinediensten heruntergeladenen Daten der Quellen EmdConWx und EMD-WRF), 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

Höhe ganz (neu)laden: Lädt alle Dateien der aktiven Höhe (erneut) ein und erzeugt eine Zeitreihe daraus. Eine eventuell bereits vorliegende Zeitreihe für die Höhe wird außer den Teilen, die mit Exist. Zeitreihe schützen geschützt sind, gelöscht.

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.


Rechte Spalte:

Hinzufügen / Neue Höhe: Fügt manuell eine Höhe hinzu.

Energie 3 (24).png

Hinzufügen Energie 3 (25).png / 2 Höhen zusammenführen: Eliminieren des Masteinflusses durch Zusammenführen der Daten von zwei Anemometern auf derselben Höhe.

Hinzufügen Energie 3 (25).png / Neue Höhe synthetisieren: Synthese einer neuen künstlichen „Messhöhe“ aus der Windscherung von zwei anderen Höhen.

Hinzufügen Energie 3 (25).png / Höhe aus Scaler: Verwendet den Scaler, um eine der Höhen des aktuellen Masts aus einer anderen Messung zu erzeugen.

Hinzufügen Energie 3 (25).png / 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 Energie 3 (25).png / 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 laden: Lädt alle Rohdaten-Dateien für alle Höhen und erzeugt neue Zeitreihen daraus. Eventuell bereits vorliegende Zeitreihen werden außer den Teilen, die mit Exist. Zeitreihe schützen geschützt sind, gelöscht.

Neue laden: Lädt Rohdaten-Dateien, die seit dem letzten Mal Laden hinzugekommen sind.

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.

Energie 3 (25.1).png

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 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

Energie 3 (24).png

Energie 3 (26).png

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

Energie 3 (24).png

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.


Energie 3 (27).png

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.

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:

Energie 3 (28).png

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).


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.


Höhe aus Scaler


METEO-Objekt → Register Daten → Unterregister HöhenHinzufügen → Höhe aus Scaler

Energie 3 (24).png

Energie 3 (28.1).png

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 (EmdConWx oder EMD-WRF (DE)), 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 genaue 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!


Energie 3 (29).png

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

Energie 3 (30).png

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.

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…Energie 3 (25).png: 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.

Datenfilter verwenden: 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.

Energie 3 (31).png

Der Knopf Los! öffnet ein Fenster, in welchem festgelegt wird, für welche Höhen und welche Signale der Filter gelten soll, und ob die Werte, für die er zutrifft, aktiviert oder deaktiviert werden sollen. Wenn mehrere Höhen aktiviert sind, müssen die Zeitstempel +/- 5 min übereinstimmen (Änderbar über Knopf Einstellungen im Zeitreihe-Register).

Energie 3 (32).png

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

Energie 3 (33).png

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


Energie 3 (34).png

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


Energie 3 (35).png

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 Energie 3 (36).png, 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 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)


Energie 3 (37).png

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

Energie 3 (38).png


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.

Energie 3 (39).png


Windrose

Energie 3 (40).png

Windgeschw.-Klassen: stellt für die Sektor-Segmente farblich differenziert dar, welche Windgeschwindigkeiten dort auftreten.

Monatliche Rosen: Stellt für die ausgewählte Höhe 12 Einzelrosen für die Monate dar, um die jährliche Verteilung des Windes sichtbar zu machen.

Größe: Relevant bei Darstellung mehrerer Rosen.

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


Turbulenz

Energie 3 (41).png


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.

Energie 3 (42).png

Hier beispielsweise der Windgeschwindigkeitsunterschied zwischen einer 40- und einer 30-m-Messung. Der geringere Windgeschwindigkeits-Unterschied in nordöstlicher Richtung lässt sich bei Kenntnis des Terrains damit erklären, dass die niedrigere Höhe hier durch das Gelände einen Speed-Up-Effekt erfährt:


Energie 3 (43).png


Freie X/Y-Grafik

Energie 3 (44).png


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 oberhalb der Diagonalen. Die Linie / Das Rechteck kann an den Ecken / Endpunkten nachjustiert werden.

Über den dann grün hervorgehobenen Knopf werden Deaktivierungen / Aktivierungen vorgenommen.


Profil

Die Profil-Ansicht zeigt das Geländeprofil und das Windprofil.


Energie 3 (45).png


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:

Energie 3 (45.1).png


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.

Energie 3 (46).png: 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 zuverlässigere Aussagen.

Modellierte Profile können mittels dreier verschiedener Modellierungstechniken erzeugt werden, auf die unten weiter eingegangen wird. Allen drei Methoden gemeinsam 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.


Energie 3 (47).png


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.


Energie 3 (48).png


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 Heatflux 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:


Energie 3 (11).png


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:

Energie 3 (12).png

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:

Energie 3 (13).png

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:

[Expland] anklicken 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:

Energie 3 (20).png

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:

Energie 3 (21).png


Energie 3 (22).png

Die grafische Darstellung (Register GrafikenTurbulenz) 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.



Der METEO-Analyzer

Starten Sie den METEO-Analyzer im Fenster Karten und Objekte über das Symbol Meteo-Analyzer (1).png in der oberen Symbolleiste oder über das Werkzeuge-Menü.

Der METEO-Analyzer arbeitet direkt mit den Daten, die in den METEO-Objekten des Projekts enthalten sind. Gegenüber diesen hat er den Vorteil, dass er mit mehreren METEO-Objekten (=Messmasten) parallel arbeiten kann und deshalb auch Operationen vornehmen kann, die innerhalb eines METEO-Objekts nicht möglich sind, z.B.:


  • Übersichtliche Darstellung aller METEO-Objekte im Projekt mit u.a. allen Messhöhen und Messzeiträumen (Register Daten)
  • Grafischer Vergleich von Höhen mehrerer Messmasten (Register Grafiken)
  • Zeitgleiche Daten mehrerer Masten aktivieren / deaktivieren (Register Grafiken)
  • Daten von einer Höhe zu einer anderen übertragen, mit optionaler Skalierung (Register Substitution)
  • Konfigurieren und Durchführen einer Kreuzvorhersage zwischen verschiedenen Höhen / Masten zur Überprüfung der WAsP-Berechnung in Bezug auf die vertikale und horizontale Extrapolation (Register Kreuzvorhersage)
  • Erzeugen von Ein-Jahres-Zeitreihen /(WTI) als Schablone für die saisonale und tägliche Variation des Windes, z.B. für PARK-Berechnungen ohne lokale Zeitreihen oder für Verlustberechnungen (Register Jährliche Variation)
  • Erzeugen skalierter Zeitreihen mittels des Scalers (Register Scaling) z.B. zum direkten Vergleich von Meso- mit Messdaten
  • RSD-Verifikation zur Erstellung der benötigten Dokumentation nach IEA Empfehlung 15 (RSD = Remote Sensing Device = Fernerkundungs-Messung, also Lidar oder Sodar).


Hier wird der Begriff "Messmast" synonym mit "METEO-Objekt" verwendet, auch wenn es sich bei einem METEO-Objekt nicht unbedingt um einen tatsächlichen Messmast handeln muss, z.B. bei MERRA- oder EmdConWx-Daten.


Anwendungsbeispiel für den METEO-Analyzer: Datensubstitution

Die einzige Windfahne an Messmast A ist für einen Monat ausgefallen. Dies macht sämtliche Daten während dieser Periode unbrauchbar, da ohne Richtungssignal keine Zuordnung der Windgeschwindigkeiten zu einem Sektor vorgenommen werden kann.

Es existiert jedoch ein benachbarter Messmast B.

Nutzen des METEO-Analyzers:

  • Prüfung der Korrelation der Richtungssignale beider Messmasten außerhalb des fehlenden Monats
  • Bei ausreichend guter Korrelation der Richtungssignale: Übertragung der Richtungssignale von Mast B in den Zeitraum mit fehlenden Daten von Mast A

Bei einem derartigen Vorgehen muss natürlich klar sein, dass darauf aufbauende Ergebnisse eine höhere Unsicherheit haben, als wenn die Windfahne intakt geblieben wäre. In vielen Situationen gibt es jedoch keine andere Möglichkeit, als aus den verfügbaren Daten das Beste zu machen.


Startregister: Daten

Hier findet sich eine Übersicht aller im Projekt vorhandenen METEO-Objekte mit Detaildaten. Deaktivieren Sie hier Höhen/Masten, die bei der Arbeit im METEO-Analyzer nicht benötigt werden. Je nachdem wie viele Zeitreihen aktiviert bleiben, können bestimmte Prozesse im METEO-Analyzer schneller oder langsamer verlaufen.

Meteo-Analyzer (2).png


Die Zeitstrahlansicht gibt einen Überblick darüber, ob und für welchen Zeitraum sich die ausgewählten Daten überschneiden:

Meteo-Analyzer (3).png


Keine verwenden: Deaktiviert alle Zeitreihen.

Einstellungen: Einige grundlegende Einstellungen für den Meteo-Analyzer:

Meteo-Analyzer (4).png

Neue Daten laden: Überprüft für aktivierte Zeitreihen, ob neue Rohdaten-Dateien vorliegen (vgl. METEO-Objekt:Importfilter)

Status aktualisieren: Aktualisiert die Ansicht, wenn auf einem der anderen METEO-Analyzer-Register Änderungen an den Zeitreihen vorgenommen wurden.

Datenfilter: vgl. Filtermöglichkeiten auf METEO-Objekt:Zeitreihe

.mesores-Import: Eine .mesores-Datei enthält Zeitreihe sowie Terraindaten einer EMD-WRF-Mesoskalen-Berechnung. Diese Option wird benötigt, wenn eine EMD-WRF-Berechnung in einem anderen Projekt ausgelöst wurde, die Ergebniszeitreihe aber im aktuellen Projekt verwendet werden soll.

METEO-Objekte aus Onlinedaten: siehe Laden von Online-Klimadaten. Im Gegensatz zum Download via METEO-Objekt können hier mehrere METEO-Objekte mit Online-Klimadaten auf einmal erzeugt werden.

Online-Aktualisierung: Überprüft für die aktivierten Online-Klimazeitreihen, ob neue Daten vorliegen, und aktualisiert diese ggf.

Datenpfad(e) aktualisieren: Ändert für alle aktivierten Zeitreihen den Speicherort auf den Standardspeicherort (vgl. METEO-Objekt --> Höhen --> Einstellungen).

Anzahl Sektoren: Ändert die Sektorklassifizierung für gewählte Zeitreihen.

Nur gleichzeitige Daten: Schränkt die Darstellung der aktivierten Zeitreihen auf dem Grafiken-Register auf den Zeitraum ein, der für alle Daten verfügbar ist. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn es z.B. darum geht, Richtungsverteilungen, Tages- oder Jahresgänge zwischen Kurz- und Langzeitdaten zu vergleichen.


Im METEO-Analyzer werden häufig Aktionen durchgeführt, die eine Auswirkung auf die beteiligten METEO-Objekte haben. Änderungen werden in die METEO-Objekte übernommen, wenn der Knopf Anwenden rechts oben angeklickt wird. Er wird grün, sobald es relevante Änderungen gibt. Wird der METEO-Analyzer mit Schließen verlassen, so werden Änderungen, die seit dem letzten Mal Anwenden vorgenommen wurden, verworfen.



Grafiken

Die Ansicht auf dem Register Grafiken entspricht der im METEO-Objekt, hier lassen sich jedoch auch Daten von unterschiedlichen Messmasten vergleichen:

Meteo-Analyzer (5).png


Substitution

Die Substitution dient dazu, ein oder mehrere Signale aus einer Zeitreihe in eine andere Zeitreihe zu übertragen. Dies kann für definierte Zeiträume oder die gesamte Dauer der Zeitreihe geschehen, und es kann dabei eine Skalierung zum Einsatz kommen oder auch nicht.

Um die Originalzeitreihe zu schützen, wird eine Substitution stets nur in einer Kopie einer existierenden Zeitreihe vorgenommen. Die Kopie erhält das Suffix -Subst.

Wählen Sie zunächst die Ausgangs-Zeitreihe und klicken Sie dann auf Erzeugen, um eine Kopie zu erstellen. Die Original-Zeitreihe bleibt stets unangetastet (außer Aktivierung/Deaktivierung).

Wenn Sie in einem vorhergehenden Arbeitsschritt im METEO-Analyzer bereits eine Subst-Zeitreihe erstellt haben, können Sie auch diese verwenden (Menü Name der Substitutions-Zeitreihe).

Meteo-Analyzer (6).png


Eine Substitution kann auf zwei verschiedene Arten vorgenommen werden:

  • Manuell: Hierbei werden Intervalle, in denen Daten substituiert werden sollen, manuell in der grafischen Ansicht der Zeitreihe markiert.
  • Automatisch: Hierbei wird die Substitution für Zeitstempel durchgeführt, die nach bestimmten Kriterien ausgewählt werden.

In beiden Fällen kann beim Einfügen der neuen Daten in die Substitutions-Zeitreihe ein Skalierungsfaktor und Offset definiert werden.

Bei der Manuellen Substitution wählen Sie Start- und Endpunkt in der Grafikdarstellung auf dem Register Grafik per Rechtsklick (vgl. METEO-Objekt → Grafiken → Zeitreihe).

Im Automatischen Modus werden alle Zeitstempel / Signale, die definierten Bedingungen entsprechen, substituiert.


In beiden Fällen erscheint der gleiche Substitutionsdialog. Hier können Sie auswählen, aus welchen Datenquellen Signale substituiert werden sollen. Für jedes Signal kann eine Transferfunktion (Faktor und Offset) eingegeben werden (siehe unten).


Meteo-Analyzer (7).png


Standardmäßig werden deaktivierte und fehlende Daten ersetzt, und aus der Quelle werden nur aktive Daten verwendet. Mit den Optionen im unteren Bereich des Fensters kann dies geändert werden.


Kreuzvorhersage

Bei einer Kreuzvorhersage werden die Windverhältnisse an einer Messposition mit den Daten einer anderen Messposition anhand eines Strömungsmodells (WAsP oder WAsP-CFD) vorhergesagt. Durch den Vergleich mit den dort tatsächlich gemessenen Daten erlaubt die Kreuzvorhersage Rückschlüsse darüber, wie gut ein Strömungsmodell an einem Standort funktioniert. Voraussetzung ist, dass an beiden Masten Messdaten für einen gemeinsamen Zeitraum vorliegen.

Beachten Sie, dass für die Kreuzvorhersage nur Datensamples verwendet werden, die an allen beteiligten Masten vorliegen. Überschneiden sich die Messperioden zweier Masten nur um wenige Wochen, so fließt auch nur dieser Zeitraum in die Kreuzvorhersage ein. Die Kreuzvorhersage ist damit – neben ihrer eigentlichen Funktion – auch eine sehr bequeme Möglichkeit, die mittleren Windgeschwindigkeiten für mehrere Zeitreihen nur während des überlappenden Zeitraums zu ermitteln.


Meteo-Analyzer (8).png


Bei der Kreuzvorhersage wird aus Daten einer gewählten Zeitreihe (Spalten Vorhersage mit) eine Windstatistik berechnet und diese dann verwendet, um für die Position einer anderen Zeitreihe (Zeile vorhergesagt bei) eine Vorhersage zu treffen.

Es kann so eine Validierung sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Extrapolation vorgenommen werden. Oben wird der Datensatz aus Zeile A (Mast North, 59,2 m) verwendet, um sowohl die Extrapolation auf eine andere Höhe am selben Mast zu testen (Zeile B), als auch die auf eine andere Mastposition (Zeilen C und D). Die Abweichung bei der Vertikalextrapolation beträgt hier nur 0,2%, wogegen die horizontale Extrapolation mit 6-7% höher liegt.


Option Terraindatenobjekt / WAsP-CFD-Ergebnis: Entscheidet darüber, welches Strömungsmodell verwendet wird und somit was für zusätzliche Daten in der Spalte Terraindatenobjekt / CFD-Ergebnis eingebunden werden müssen:

  • Terraindatenobjekt: Rechnet mit WAsP. Es muss in jeder Winddaten-Zeile ein Terraindatenobjekt gewählt werden, das für den Zweck Windstatistik-Erzeugung definiert ist (es kann auch für alle Zeilen dasselbe sein). Dieses wird für alle Berechnungen verwendet, die die entsprechenden Winddaten der Zeile verwenden. Dies bezieht sich sowohl auf die Erzeugung der Windstatistik aus den Winddaten im Rahmen der Kreuzvorhersage als auch auf die Anwendung der generierten Windstatistik an der Zielposition.
  • CFD-Ergebnis: Erfordert, dass für das Gelände um die Messmasten im Vorfeld eine WAsP-CFD-Berechnung durchgeführt wurde und die entsprechenden *.CFDRES-Dateien zur Verfügung stehen. Hier wird in der Spalte CFD-Ergebnis jeweils die CFD-Kachel ausgewählt, innerhalb derer sich die Winddatenquelle der Zeile befindet. Bei einer Kreuzvorhersage wird für die Berechnung der Windstatistik die CFD-Kachel der Winddaten verwendet, für Anwendung der Windstatistik an der Zielposition die CFD-Kachel der Zielposition.


Daten können mit Rechtsklick aus der Tabelle kopiert werden.

Wenn Kreuzvorhersagen schlechte Übereinstimmung zeigen, kann dies verschiedene Gründe haben, z.B.:

  • Schlecht kalibriertes Messequipment
  • Ungünstig positionierte Masten
  • Mangelhafte Terrainbeschreibung (Rauigkeit, Höhenlinien, Hindernisse)
  • Die bestimmenden Elemente des Windes an den unterschiedlichen Messmasten sind unterschiedlich (damit wird eine Kreuzvorhersage unmöglich, da das Modell von gleichen bestimmenden Elementen ausgeht). Dies kann z.B. der Fall sein, wenn einer der Masten in der Nähe einer Bergkette steht, die für mesoskalige Strömungsänderungen sorgt.
  • Das Gefälle im Gelände ist hoch und aufgrund von Strömungsabrissen kann das WAsP-Modell die Änderungen nicht korrekt vorhersagen.


Für den letzten Fall empfiehlt sich, wenn das Gefälle das Problem zu sein scheint, eine WAsP-CFD-Berechnung. Alternativ kann bei Vorliegen mehrerer Messmasten am Standort das Register Kreuzvorhersage --> RIX-Korrektur/Evaluation verwendet werden, um herauszufinden, ob die RIX-Methode geeignet ist, um die Voraussage zu verbessern und ggf. die besten RIX-Korrekturparameter zu finden.

Nur Kreuzvorhersagen, die auf dem Register Einstellungen und Hauptergebnisse bereits durchgeführt wurden, können für die RIX-Evaluation verwendet werden. Das RIX-Korrektur/Evaluations-Tool zeigt die logarithmische Windgeschwindigkeits-Abweichung in Abhängigkeit von Delta RIX. Aus der Trendlinie der Kreuzvorhersage-Fehler kann der Alpha-Wert ermittelt werden, der in der RIX-Bias-Berechnung im Modul LOSS&UNCERTAINTY verwendet werden kann, allerdings nur wenn (a) ausreichend Samples vorliegen und (b) diese auf einer angemessen geraden Linie liegen.

Achtung: Die Berechnung des Alpha-Werts für eine RIX-Korrektur benötigt mehrere Masten in vergleichbarem Gelände!

Auf dem Unterregister Kreuzvorhersage | Profil kann die Voraussage gegenüber der Messung grafisch dargestellt werden, wenn im vorherigen Fenster die Option Berechne Profile für grafische Anzeige vor der Berechnung aktiviert wurde.

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Jährliche Variation

Die mit WTI-Dateien verfolgten Ziele können seit windPRO 3.0 besser durch die neuen Möglichkeiten der Scaler-Berechnungen mit Mesoskalen-Zeitreihen erreicht werden


Auf diesem Register finden Sie Einstellungen, die der Erzeugung einer WTI-Datei dienen. WTI-Dateien (Wind TIme variation) enthalten Zeitreihen, die für exakt 1 vollständiges Jahr die zeitliche Variation der Windverhältnisse enthalten. Sie werden aus existierenden Zeitreihen erzeugt.

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WTI-Dateien wurden bis WindPRO 2.9 verwendet, um die jährliche Variation der Ergebnisse einer PARK-Berechnung zu ermitteln (z.B. 12-24-Tabellen zur Verhandlung eines Einspeisevertrags, Power Purchase Agreement PPA) sowie um detaillierte Verlustberechnungen durchzuführen (Modul LOSS&UNCERTAINTY).

Durch Langzeit-Mesoskalen-Daten (z.B. EmdConWx, EMD-WRF) und Scaler-Berechnungen lassen sich diese Aufgaben seit windPRO 3.0 besser lösen, die Berechnungsverfahren stehen jedoch aus Kompatibilitätsgründen weiterhin zur Verfügung.

Die Grundidee der WTI-Datei ist, dass für die genannten Zwecke vollständige Zeitreihen für ein ganzes Jahr benötigt werden, in Messdaten aber häufig Lücken enthalten sind. Für diese Lücken kann dann auch keine Produktionsschätzung vorgenommen werden. Die Zeiträume einfach auszulassen ist keine Option, aber möglicherweise ist es nicht notwendig, dass diese Lücken besonders genau vorhergesagt werden. In diesem Fall ist der WTI-Generator praktisch, der Lücken in ausreichend intelligenter Weise füllt und so sicherstellt, dass für jeden 10-Minuten- oder 1-Stunden-Zeitraum akzeptable Werte für Windgeschwindigkeit und -richtung vorliegen (wenn gewünscht auch für andere Parameter, wie z.B. die Temperatur).

Ein anderer Anwendungsfall ist die Verlustberechnung. Wenn z.B. die Auswirkungen einer Niedrigtemperatur-Abschaltung berechnet werden sollen, wird eine Zeitreihe mit Wind und Temperatur benötigt. Der WTI-Generator hilft einerseits dabei, diese Daten in eine Zeitreihe zu kombinieren, wenn sie zuvor in getrennten Zeitreihen vorlagen, andererseits kann er aber auch hier die Lücke füllen, indem z.B. Daten aus anderen Zeitreihen, wie NCAR oder Meteorologischen Stationen, substituiert werden.


Um Lücken zu füllen, stehen drei Methoden zur Verfügung:

  • Daten aus einer anderen Messung verwenden (andere Höhe, anderer Mast, andere Quelle)
  • Füllen einer Lücke durch lineare Interpolation (wenn die Lücke kleiner als X Stunden ist)
  • Füllen durch Wiederholen der nächstgelegenen vorhandenen Periode

Alle drei Methoden können kombiniert angewandt werden. Die Original-Zeitreihen werden in jede beliebige zeitliche Auflösung umgerechnet, üblicherweise werden entweder 10- oder 60-Minuten-Zeitreihen verwendet. ACHTUNG: Bei der Übertragung von einem anderen Messmast findet keinerlei Skalierung Anwendung. Sollte diese notwendig sein, um die Messungen auf das gleiche Niveau zu bringen, muss diese vorher mit der Substitutions-Funktion des METEO-Analyzers durchgeführt werden.


Standardmäßig werden erzeugte WTI-Dateien im Projektverzeichnis gespeichert und können dann bei den entsprechenden Berechnungen (PARK bzw. LOSS&UNCERTAINTY) ausgewählt werden. Innerhalb dieser Berechnungen wird die Windgeschwindigkeit der WTI-Datei auf die berechnete mittlere Windgeschwindigkeit des Standorts skaliert, um so eine möglichst genaue Verteilung der Jährlichen Energieproduktion (Annual Energy Production, AEP) auf die einzelnen Zeitstempel zu erreichen, auch wenn die Daten weder in der Nabenhöhe noch am Standort erhoben wurden.


Scaling

Auf diesem Register kann eine Zeitreihe aus einem METEO-Objekt an die Position (Koordinate und Messhöhe[n]) eines anderen METEO-Objekts übertragen werden. Die Übertragung geschieht durch den Scaler, d.h. es findet eine Modellierung der Terraineinflüsse statt.

Normalerweise wird dies in der Form geschehen, dass eine Mesoskalen-Zeitreihe an die Position eines echten Messmasts übertragen wird, um festzustellen, wie gut die Mesoskalendaten die tatsächlichen Windbedingungen repräsentieren. Wenn eine Übereinstimmung gegeben ist, kann durch eine Post-Kalibrierung innerhalb des Scalers versucht werden, die Repräsentativität weiter zu erhöhen. Hierfür werden in einer iterativen Prozedur sektorweise, tages- und jahreszeitliche Skalierungen angewendet.

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Ziel METEO-Objekt: Hier wird die Zielposition ausgewählt. Im Auswahlmenü erscheinen die METEO-Objekte, die auf dem Register Daten ausgewählt sind. Neben dem Menü erscheinen die Messhöhen des gewählten Objekts, die aktiviert sind. Die Scaler-Zeitreihen-Erzeugung wird stets für alle ausgewählten Nabenhöhen durchgeführt. Schränken Sie die Anzahl Höhen auf dem Register Daten ein, wenn Sie nur bestimmte Höhen erzeugen möchten.

Der Knopf Scaler-Zeitreihe erzeugen erzeugt die neue Zeitreihe – siehe unten.

Quelle: Auswahl des zu verwendenden Scalers und der Zeitreihe, die als Ausgangspunkt dient. Es werden alle verfügbaren Zeitreihen angeboten, egal ob sie auf dem Register Daten angewählt sind oder nicht. In der Zeile über der Tabelle wird angegeben, ob der aktuell gewählte Scaler nur eine oder mehrere Ausgangshöhen pro METEO-Objekt akzeptiert.

Werden mehrere METEO-Objekte ausgewählt, so muss im unteren Bereich des Fensters der Modus für die Horizontale Interpolation ausgewählt werden:

  • Nächstgelegenes: Es wird von den ausgewählten METEO-Objekten das nächstgelegene verwendet
  • Abstandsgewichtet / geostroph. Wind: Es wird eine Abstandsgewichtung vorgenommen, allerdings nach der Entfernung des Einflusses des Messumgebung / des Mesoskalen-Modells (und bevor das Mikroskalen-Terrain hinzugefügt wird). Dies hat den Vorteil, dass inhomogenes Gelände zwischen den Ausgangszeitreihen dennoch – durch das Mikroskalen-Gelände an der Zielposition – den nötigen Einfluss auf das Ergebnis gewinnt.

Nachdem eine Scaler-Zeitreihe erzeugt wurde (Knopf oben Scaler-Zeitreihe erzeugen) zeigt windPRO die folgende Meldung an:

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Die neue Zeitreihe trägt das Suffix „-Scaled“.

Auf dem Grafiken-Register kann die Scaler-Zeitreihe mit der Zeitreihe verglichen werden, an deren Position sie erzeugt wurde. Mit Ausnahme der Zeitreihenansicht werden dort nur gleichzeitige Daten verglichen, also z.B. im Tages- und Jahresgang. So lassen sich auch sektorweise, tages- und jahreszeitliche Windgeschwindigkeiten miteinander in Beziehung setzen.

Eine erste grobe Überprüfung der Übereinstimmung kann in der Zeitreihengrafik stattfinden.

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Folgen die beiden Zeitreihen etwa denselben Trends und repräsentieren somit ein vergleichbares Windklima, so folgt eine genauere Untersuchung der gleichzeitigen Daten in Jahres- und Tagesgang sowie Richtungsverteilung (Radar-Grafik).

Beispiel Jahresgang: Der Vergleich zwischen modellierten und gemessenen Daten zeigt eine gute Übereinstimmung der Dynamik. Es ist bereits erkennbar, dass die modellierten Daten (grün) etwas schwächer ausfallen als die Messung (rot):

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Eine der wichtigsten Analysen ist die mittlere Windgeschwindigkeit nach Richtung (Radar-Grafik):

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(rot = gemessen; grün = modelliert)

Mesoskalenmodelle können einen regionalen Bias bezüglich der Richtung haben, beispielsweise wird in Nordeuropa häufig die Richtung Ost-Nordost zu schwach modelliert und die Südwest-Richtung zu stark. Das Beispiel oben stammt aus dem Mittleren Westen der USA, hier zeigen die Meso-Daten eine leichte Überschätzung der Windgeschwindigkeiten in westlichen Richtungen und eine Unterschätzung im Südosten sowie im Nordwesten.

Es muss allerdings darauf hingewiesen werden, dass Unterschiede auch auf Ungenauigkeiten bei der Richtungsmessung zurückzuführen sein können. Richtungsmessungen sind oft um einige Grad fehlkalibriert oder können aufgrund des empfindlichen Messgeräts Perioden mit einem Offset haben. Es wird deshalb empfohlen, bei diesem Vergleich für beide Verteilungen nur das Richtungssignal einer der beiden Zeitreihen zu verwenden:

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Mit dieser Option sieht man im obigen Beispiel einen deutlich ruhigeren Verlauf des Verhältnisses zwischen den beiden Verteilungen, insbesondere in Richtung Nordwest wird eine gute Übereinstimmung erreicht.

Um eine noch bessere Übereinstimmung der Windgeschwindigkeits-Verteilungen zu erreichen, kann die Post-Kalibrierung verwendet werden.


METEO Berechnungsmodul

Um eine METEO-Berechnung durchführen zu können, muss eine gültige Lizenz für das windPRO-Modul METEO vorliegen. Neben der METEO-Berechnung hat das windPRO-Modul METEO noch weitere Bestandteile.

Die METEO-Berechnung ermittelt die AEP eines oder mehrerer WEA-Typen an der Position und unter Verwendung der Winddaten eines METEO-Objekts. Es wird stets nur eine Position berechnet, nämlich die des Objekts. Windfarm-Layouts, die bereits auf der Karte vorhanden sind, haben für die Berechnung keine Bedeutung. Die Winddaten können vorliegen als Weibull-Verteilung, Häufigkeitsverteilung oder Zeitreihe.

Auf dem Register Zweck des METEO-Objekts muss mindestens eine der Optionen B oder F ausgewählt sein:

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Es wird bei der Berechnung keine horizontale Modellierung vorgenommen, es kann aber eine vertikale Extrapolation basierend auf dem Power Law vorgenommen werden. Dessen Parameter können entweder im METEO-Objekt auf dem Register Windscherung angegeben werden, oder sie werden nach dem Start der Berechnung abgefragt.


Einsatzmöglichkeiten der METEO-Berechnung:

  • Vorab-Berechnung, wenn noch kein Standort-Layout vorliegt.
  • Vorab-Berechnung, wenn noch keine genauen Daten über die Windbedingungen vorliegen (z.B. nur eine mittlere Windgeschwindigkeit und ein angenommener k-Parameter von 2).
  • Vergleich der Produktion verschiedener WEA-Typen unter denselben Windbedingungen.
  • Berechnung eines Power-Law-Windprofils
  • Vergleich von Produktionen, die direkt aus Zeitreihen berechnet wurden und solchen aus Häufigkeitsverteilungen und/oder Weibullverteilungen (Klärung der Frage, ob die Weibullverteilung die Windbedingungen am Standort gut repräsentiert)


Zu Allgemeinen Informationen zum Start einer Berechnung siehe Berechnungen - Grundlagen.


Register Hauptteil

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Optionen auf dem Register Hauptteil:


Register Winddaten und WEA

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Auf dem Register Winddaten und WEA werden alle verfügbaren METEO-Objekte und Messhöhen angezeigt. Genau eine Quelle muss ausgewählt werden. Wird ein WEIBULL-Datensatz gewählt, werden die gemessenen Daten durch eine Weibull-Anpassung geglättet, wogegen der MEASURE-Datensatz die Histogramm-Daten (Klassierte Daten) verwendet, die aus den Rohdaten erzeugt wurden. TIME SERIES verwendet die nicht-klassierten Rohdaten.


Windenergieanlagen-Auswahl

WEA können aus dem WEA-Katalog hinzugefügt werden, und es können mit der Option Wähle aus Objektliste mit einem Klick alle im Projekt bisher verwendeten WEA-Typen hinzugefügt werden.


Register Leistungskennlinie

Das Register Leistungskennlinie kommt in allen windPRO-Energieberechnungen vor. Es wird auf einer eigenen Wikiseite erläutert.


Nach dem Start der METEO-Berechnung

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Wenn kein (oder mehr als ein) Windgradienten-Datensatz im ausgewählten METEO-Objekt (Register Windscherung) spezifiziert ist, werden Sie beim Start der Berechnung aufgefordert, Windgradienten anzugeben.

Beachten Sie, dass jedem Windgradienten-Datensatz im METEO-Objekt ein Höhenintervall zugeordnet ist, in dem der Datensatz von windPRO selbständig verwendet wird, wenn nötig. Fragt METEO nach einem Windgradienten-Datensatz, obwohl im METEO-Objekt einer vorhanden ist, liegt vermutlich eine der benötigten Höhen außerhalb des angegebenen Höhenintervalls des Windgradienten-Datensatzes.

Existieren mehrere Windgradienten-Datensätze, können Sie den gewünschten aus dem Dropdown-Menü auswählen.

Sind keine Datensätze vorhanden, müssen sektorweise Windgradienten manuell eingegeben werden. Wenn keine andere Datenquelle vorliegt, orientieren Sie sich hierfür an der hellgelb hinterlegten Tabelle, die für bestimmte Zielhöhen und Rauigkeitsklassen Richtwerte vorgibt. Verwenden Sie nach Eingabe des ersten Werts in die Tabelle den Knopf in alle Sektoren kopieren, wenn Sie denselben Windgradienten in mehreren Sektoren verwenden möchten.

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).



Register Hauptteil/Option: Umgang mit Verlusten/Unsicherheiten


Die Energieberechnungs-Module (METEO, ATLAS, WAsP interface, PARK) schließen keine eigene Unsicherheits-Betrachtung ein. Diese muss stets separat in LOSS&UNCERTAINTY durchgeführt werden.

Wird eine Energieberechnung mit den genannten Modulen gestartet, stehen folgende Möglichkeiten zur Wahl:

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Bericht weist auf zusätzliche LOSS&UNCERTAINTY-Berechnung hin (nur bei PARK): Dies fügt einen textlichen Hinweis auf dem Hauptergebnis ein, dass es eine separate LOSS & UNCERTAINTY-Berechnung gibt. Auf dem PARK-Hauptergebnis werden keine Unsicherheiten ausgewiesen.

Bericht weist lediglich Bruttoproduktion und Wake-Verluste aus: Es wird auf dem Hauptergebnis weder auf Verluste/Unsicherheiten verwiesen noch werden Abschläge vorgenommen

Pauschaler Abschlag mit Text (Standardeinstellung: Ergebnis -10%): Im Hauptergebnis erscheint eine zusätzliche Spalte mit der angegebenen Überschrift, in der der entsprechend verminderte Betrag genannt wird.


Es ist möglich, diese Einstellung noch nach Durchführen der Berechnung zu ändern ( Rechtsklick auf Berechnungsüberschrift ⇒ Umbenennen ). So kann z.B. erst eine PARK-Berechnung und dann basierend auf dieser eine LOSS&UNCERTAINTY-Berechnung durchgeführt werden. Die Abschläge der LOSS&UNCERTAINTY-Berechnung können dann wiederum in PARK als prozentualer Abschlag angegeben werden.


Register Hauptteil/Option: Zusätzliche Ergebnisse für Höhe


Die Energieberechnungs-Module (METEO, ATLAS, WAsP interface, PARK ohne Scaler) weisen auf dem Hauptergebnis und zum Teil auch auf anderen Berichten neben den Ergebnissen für die WEA zusätzlich noch Referenzergebnisse für eine feste Höhe aus.

Diese sollen der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Berechnungen (unabhängig von der Nabenhöhe der verwendeten WEA) dienen.

Die Position, für die die Referenzergebnisse ausgewiesen werden, ist jeweils die Position des Objekts, das die Winddaten enthält, also des METEO- oder des Terraindatenobjekts.

Die Höhe kann in den Berechnungseinstellungen gewählt werden. Standardvorgabe sind 50 m ü.Gr.

Die Referenzergebnisse umfassen die Bruttowindenergie und die mittlere Windgeschwindigkeit. In Berechnungen mit WAsP wird zusätzlich noch die Äquivalente Rauigkeit angegeben.


Register Hauptteil/Option: Windprofil berechnen


In METEO, ATLAS und WAsP interface kann auf dem ersten Register der Berechnungseinstellungen ausgewählt werden, dass für die Berechnungsposition ein Windprofil berechnet wird.

Das Windprofil wird anhand der Windscherung aus dem verwendeten Winddaten-Objekt berechnet:

  • METEO-Objekt : Power-Law-Windgradienten ( METEO-Objekt → Register Windscherung )
  • Terraindatenobjekt: Berechnet aus Windstatistik und Terrainmodellierung.


Es werden zwei zusätzliche Berichte erzeugt:

  • Windprofil Übersicht und
  • Sektor-Windprofil

Ersteres enthält das Gesamt-Windprofil (alle Richtungen) als einseitige Darstellung und zwei Übersichtsseiten mit kleinen Darstellungen von Sektor-Windprofilen. Der Bericht Sektor-Windprofil zeigt ausgewählte Sektoren als ganzseitige Windprofile (Auswahl über Darstellungsoptionen).

Die Windprofil-Übersicht stellt das Windprofil grafisch und tabellarisch dar. Neben der Windgeschwindigkeit wird auch der Ertrag einer WEA mit der entsprechenden Nabenhöhe angegeben sowie die Ertragsänderung gegenüber der in der Berechnung verwendeten Nabenhöhe. Der Windgradient wirkt auf den A-Parameter, der k-Parameter-Korrekturwert (siehe METEO-Objekt, Register Windscherung) auf den k-Wert. Standardmäßig wird der Bericht für den ersten WEA-Typ angezeigt. Via Darstellungsoptionen können die anderen in der Berechnung berücksichtigten Typen ausgewählt werden.


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Register Leistungskennlinie

Auf diesem Register werden Eingaben getätigt, die windPRO mitteilen, ob und wie die im WEA-Katalog vorliegende Leistungskennlinie auf die Luftdichte am Standort umgerechnet werden soll sowie wie besagte Luftdichte ermittelt wird.

Das Register existiert in einer einfachen Variante (Module ATLAS, WAsP interface, PARK unter Verwendung einer regionalen Windstatistik) und in einer komplexeren Variante (PARK unter Verwendung eines Scalers).


Einfache Variante

Leistungskennlinien werden von WEA-Herstellern normalerweise für eine Standardluftdichte von 1,225 kg/m³ angegeben. windPRO rechnet diese automatisch in die mittlere Luftdichte am Standort um, wenn das Häkchen Leistungskennlinie anpassen gesetzt ist. Ansonsten wird die Leistungskennlinie so verwendet, wie sie im WEA-Objekt angegeben ist.

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  • Die Alte windPRO-Methode sollte nur aus Kompatibilitätsgründen verwendet werden
  • Die Neue windPRO-Methode basiert auf der IEC 61400-12, erweitert diese jedoch mit der Möglichkeit, auch Anpassungen jenseits 5% Abweichung von Standardluftdichte gut zu berechnen.
  • Die Methode der IEC 61400-12 hat besagtes Defizit, kann bei kleineren Anpassungen jedoch verwendet werden

Die Leistungskennlinen-Optionen werden in einem gesonderten Dokument genauer beleuchtet (siehe auch Hyperlink am unteren Rand des Registers).

Die Einstellungen unter Umgang mit negativen Leistungswerten sind nur relevant, wenn die Leistungskennlinie der verwendeten WEA in den niedrigen Windgeschwindigkeiten (normalerweise 1-3 m/s) negative Werte enthält. Häufig sind diese Werte in den Hersteller-Leistungskennlinien jedoch auf 0 gesetzt.


Über die Schaltfläche Bearbeiten gelangen Sie zu den Optionen der Luftdichte-Berechnung:


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Die Luftdichte wird für die Nabenhöhe der individuellen WEA berechnet. Entscheidende Werte dafür sind die Temperatur und der Luftdruck. Die relative Luftfeuchtigkeit hat nur marginalen Einfluss. Die Temperatur wird standardmäßig der hinterlegten Klimadatenbank (nächstgelegene Station) entnommen und anhand des vertikalen Temperaturgradienten von der Höhe der Klimastation auf Nabenhöhe umgerechnet. Der Luftdruck wird aus der Höhe über NN. berechnet.

Im unteren Bereich des Fensters können eigene Probeberechnungen anhand der angegebenen Parameter durchgeführt werden, z.B. um die Sensitivität bei Änderung eines Parameters zu ermitteln.

Die Hintergründe der Luftdichte-Berechnung werden in einem eigenständigen Dokument erläutert: http://www.emd.dk/files/windpro/WindPRO_AirDensity.pdf (siehe auch Hyperlink am unteren Rand des "Luftdichte Bearbeiten"-Fensters)



Scaler-Variante

Leistungskennlinien gehen üblicherweise als über das Jahr gemittelte Leistungskennlinien in Berechnungen der Jahresenergieproduktion (AEP, Annual Energy Production) ein. Mit der Zeitreihen-basierten Scalermethode können für jeden Zeitschritt Korrekturen für die Leistungskennlinien vorgenommen werden, die auf den meteorologischen Parametern der jeweilgen Periode basieren. Häufig ändert dies nicht viel an der berechneten mittleren Jahresenergieproduktion, es kann aber z.B. wenn am Standort besonders hohe oder niedrige Turbulenzen herrschen, die Genauigkeit der AEP verbessern. Auch wenn Analysen mit PERFORMANCE CHECK durchgeführt werden sollen, erlaubt es häufig, die Produktion einer spezifischen Periode besser zu reproduzieren und Zeiträume mit ungewöhnlich hoher oder niedriger Performance zu erklären.


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Die möglichen Korrekturen sind:

  • Luftdichte-Korrektur

Wird im Bereich Leistungskennlinie die Korrektur nach 61400-12-1 ed.2 ausgewählt oder verwenden die WEA-Objekte das PowerMatrix-Format, so können weitere Korrekturen durchgefürt werden:

  • Turbulenz-Korrektur (nur für WEA mit Pitch-Leistungsregelung)
  • Windscherungs-Korrektur (basierend auf gewählten Shear-Höhen auf dem Scaler-Register)
  • Richtungsänderungs-Korrektur (basierend auf Richtungsänderungs-Signal [Veer] in METEO-Objekt oder Meso-Shear)

Die Luftdichtekorrektur folgt den Formeln der IEC-Norm 61400-12-1 Ed. 2[1]. Es sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass die IEC-Norm Methoden beschreibt, um eine gemessene Leistungskennlinie auf Basis der meteorologischen Parameter in Standardbedingungen umzurechnen. In windPRO werden diese Methoden umgedreht, um Leistungskennlinien von Standardbedingungen auf durch die Meteorologie modifizierte Bedingungen umzurechnen. Um dieses Konzept umsetzen zu können, mussten bei der Implementierung einige Anpassungen vorgenommen werden.

Temperatur / Luftdruck: Diese Signale können von dem oder den METEO-Objekten, auf denen das Scaling basiert (siehe Register Scaler bezogen werden (von Scaler-Zeitreihe(n)). Wenn auf dem Scaler-Register mehrere METEO-Objekte gewählt sind, ist es notwendig, dass sie alle das entsprechende Signal für jeden Zeitstempel haben. Wenn die Zeitstempel der METEO-Objekte nicht komplett synchron sind, wird eine Abweichung der Zeitstempel um bis zu 50% des Zeitschritts toleriert.

Alternativ kann ein individuelles METEO-Objekt mit Luftdichte- oder Temperaturzeitreihe ausgewählt werden. In diesem Fall sind die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Daten geringer – bis zu 13 Zeitstempel der Scaling-Zeitreihe dürfen in der LK-Korrektur-Zeitreihe am Stück fehlen oder deaktiviert sein (entspricht bei 10min-Zeitreihen 2 Stunden). Die fehlenden Werte werden dann zwischen den nächstgelegenen Zeitstempeln linear interpoliert. So können bei einem Scaling anhand einer 10min-Zeitreihe dennoch Stundenzeitreihen für die Luftdichteanpassung verwendet werden.

Turbulenz: Für die Turbulenzanpassung gelten ähnliche Regeln bezüglich der Herkunft des Signals und der Anforderungen an die Verfügbarkeit. Ab windPRO 3.1 können Scaler, die das Scaling mit den Ergebnissen von WAsP-CFD (*.cfdres) oder anderen CFD-Modellen (*.flowres; sofern diese Turbulenzdaten anbieten) durchführen, auch ein gescaltes Turbulenzsignal generieren (siehe Scaler:Turbulenz).

Das Scaling der Turbulenzintensität auf die WEA-Position geschieht unter Annahme einer über die Höhe konstanten Standardabweichung. Aus der Scaling-Zeitreihe wird die Standardabweichung aus Windgeschwindigkeit und Turbulenzintensität ermittelt (alternativ aus Windgeschwindigkeit aus Zeitreihe und Turbulenzinformation aus *.cfdres oder *.flowres-Datei). Die Standardabweichung wird dann auf die für die WEA-Position gescalte Windgeschwindigkeit angewandt, um die Turbulenzintensität für diese Position zu erhalten. Dies ist eine relativ einfache Herangehensweise, die nicht berücksichtigt, dass es Teile des Standorts mit starken Turbulenzabweichungen geben kann.

Wenn die Turbulenzinformation für einen Zeitstempel fehlt, wird keine Turbulenzkorrektur auf die Leistungskennlinie angewandt, aber der Datenpunkt wird dennoch berechnet. Bevor die Berechnung gestartet wird, wird überprüft, ob mindestens 50% der Zeitstempel über eine Turbulenzinformation verfügen. Ansonsten wird ein Fehler ausgegeben, da es unter solchen Bedingungen nicht sinnvoll ist, eine Turbulenzkorrektur durchzuführen.

Ein Turbulenzsignal kann auch in einem METEO-Objekt mit Mesoskalen-Daten (EMD-ConWx und EMD-WRF) erzeugt werden – siehe hierzu Turbulenzsignale in EMD-Meso-Daten. Korrektureinstellungen: Die Turbulenzkorrektur benötigt eine Annahme darüber, welches die Turbulenz ist, für die die Standardleistungskennlinie gilt (Referenz-Turbulenzintensität). Dieser Wert kann vom Anwender definiert werden:


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Windscherungs-Korrektur: Sind auf dem Scaler-Register mehrere Shear-Höhen gewählt, werden diese verwendet, um die Windscherungs-Korrektur zu berechnen.

Richtungsänderungs-Korrektur (Veer): Dies benötigt ein eigenes Richtungsänderungs-Signal (Veer) in einem METEO-Objekt. Grund hierfür ist, dass die Arbeit mit zwei Windfahnen normalerweise kein zuverlässiges Richtungsänderungs-Signal für alle Zeitstempel liefert. Die Daten der Windfahnen müssen deshalb zunächst importiert und überprüft werden. Gegebenenfalls können Teile der Zeitreihe mit Richtungsänderungen aus einem METEO-Objekt mit Mesodaten (EmdConWx oder EmdWrf) substituiert werden oder dieses alleine verwendet werden.

In der PERFORMANCE-CHECK-Dokumentation werden berechnete Luftdichte- und Turbulenzkorrekturen mit Messungen verglichen. Zu Details über die Korrekturmethoden siehe die IEC-Norm 61400-12-1 Ed. 2. Die angewandten Korrekturfaktoren ebenso wie die verwendeten Signale werden für jeden Zeitstempel in den exportierbaren Ergebniszeitreihen der PARK-Berechnung ausgegeben.



METEO-Ergebnisse

Nach Abschluss einer METEO-Berechnung erscheint die Gliederung der Ergebnisse im Berechnungsfenster. Zur Darstellung der Ergebnisse siehe Berechnungen - Grundlagen.

Es sind bei der METEO-Berechnung 4-7 Teilergebnisse verfügbar (Windprofil Übersicht und Sektor-Windprofil nur, wenn dies in den Berechnungseinstellungen ausgewählt wurde, Analyse der Windverhältnisse entfällt bei Datenquelle TIME SERIES):


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Hauptergebnis: Dargestellt wird die Datenbasis (hier: Weibull-Verteilung und Windgradienten aus dem METEO-Objekt) sowie die Ergebnisse für die in der Berechnung untersuchten Windenergieanlagen-Typen.


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Produktionsanalyse: Sektorweise Aufschlüsselung der Produktionsdaten.

Leistungskennlinien-Analyse: Stellt die Original-Leistungskennlinie aus dem WEA-Katalog der auf Standort-Luftdichte umgerechneten Leistungskennlinie gegenüber.

Analyse der Windverhältnisse (entfällt bei Datenquelle TIME SERIES): Gibt die Winddaten-Basis wieder, in der Regel die Weibull-Verteilung in grafischer und tabellarischer Form.

Windprofil Übersicht/Sektor-Windprofil (nur wenn in Berechnungseistellungen ausgewählt): Grafische und tabellarische Darstellungen des Windprofils.

Karte: Übersichtskarte der Umgebung des METEO-Objekts. Eventuell vorhanden WEA-Layouts werden nicht dargestellt, da sie keinen Einfluss auf die METEO-Berechnung haben.


Die folgenden Ergebnisse stehen über die Ergebnis in Datei-Funktion auch außerhalb von windPRO zur Verfügung:

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Referenzen:

  1. IEC 61400-12-1 Ed. 2.0, Wind turbines - Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines, Edition 2.0; https://webstore.iec.ch/publication/60076 (letzte Prüfung 17.03.2017)