Roadmap für einen bundesweiten Windatlas

Windenergie an Land
–
Erarbeitung einer Roadmap zur Erstellung eines Windatlanten
Heinz-Theo Mengelkamp
anemos Gesellschaft für Umweltmeteorologie mbH
Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES
enervis energy advisors GmbH
BBH Becker Büttner Held
Projektvorstellung
Ziele
I
„[…] die Entwicklung möglichst objektiver und projektunabhängiger
Bewertungskriterien und Ansätze zur Einstufung der Windenergiegüte an
spezifischen Standorten“
sowie
II
„die Erarbeitung einer Roadmap zur Erstellung eines Windatlanten.“
2
Projektvorstellung
• Ableitung eines objektiven Parameters für die Standortgüte
• Analyse existierender Windkarten und Windatlanten
• Anforderungen an einen Windatlas als Grundlage für die Vergütung
• Roadmap für einen bundesweiten Windatlas
• Datenbasis für die Anpassung und Verifizierung
• Wirtschaftliche Folgen bei Ungenauigkeiten des Windatlas
• Rechtliche Bewertung des Zugriffs auf Betriebsdaten und Rechtsfolgen
von Ungenauigkeiten eines Windatlas
3
Parameter zur Bestimmung der Standortgüte
räumlicher Index gekappte Leistungsdichte
gekappt bei 11 m/s, Mittel: 225 W/m2
4
Parameter zur Bestimmung der Standortgüte
räumlicher Index gekappte Leistungsdichte
5
Windkarten
geostatistische Methode
Bayern (2010, DWD)
bundesweit (2013 DWD, SWM)
zufällig-transiente Methode
Windatlanten
DWD
COSMO-DE, COSMO-REA 6,
COSMO-REA2
Globalmodell, ERA-Interim
2,8 km, 6 km, 2 km
anemos
WRF, 3 km
MERRA, MERRA 2
Bayern (2014, Sander+Partner )
statistisch-dynamisches
Downscaling
Sander + Partner
(auf Anforderung)
WRF, 3 km
Hessen + Rheinland-Pfalz +
Baden-Württemberg (TÜV Süd)
NEWA (in Arbeit 2020)
Saarland (Al-Pro)
VHF – ETH Zürich (MERRA)
NRW ( Geo-Net)
WRF, 3 km, CFD, 30 m
Windkarten
Windatlanten - Verifikation
Mast
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Abweichung [%]
COSMO-DE
anemos
-2,48
1,54
12,88
1,32
14,4
2,56
7,97
12,45
5,56
1,18
-3,92
18,67
-8,38
-2,67
6,32
Windatlas
-10,8
-2,77
4,24
7,49
1,94
-3,92
3,81
5,25
0,49
-9,31
-9,8
9,74
-4,81
-8,81
-1,28
Jahresmittel der Windgeschwindigkeit in 100 m Höhe
RMSE und Korrelation für Tagesmittel
RMSE [m/s]
COSMO-DE
anemos
0,81
0,83
1,04
0,79
1,6
0,71
0,99
1,14
0,8
0,82
0,77
1,51
0,81
0,87
1,09
Windatlas
0,92
0,78
0,73
1,04
1,21
0,88
0,88
1
0,67
1,35
0,93
1,08
0,94
0,97
1,03
Korrelationskoreffiezient
COSMO-DE
anemos
0,91
0,93
0,94
0,83
0,85
0,92
0,92
0,92
0,93
0,96
0,91
0,9
0,89
0,84
0,88
Windatlas
0,91
0,91
0,91
0,74
0,79
0,87
0,89
0,87
0,89
0,94
0,9
0,86
0,85
0,84
0,82
Windatlanten - Verifikation
Windatlas:
Räumliche Skala Windatlas - nicht standortspezifisch
subgrid Charakteristiken berücksichtigen
systematische Fehler der Modellkette
Korrektur durch Remodelling
WEA:
Brutto vs. Netto Erträge
Parkabschattung, Einsman, technische Verluste ……
Parkerträge statt Einzel-WEA
SCADA-Daten Analyse
ROADMAP – Allgemeine Anforderungen
• hohe Genauigkeit vergleichbar derer standortspezifischer Untersuchungen
• Standortgüte darstellbar durch einen Parameter wie die gekappte Leistungsdichte
• projektunabhängig, objektiv und nicht beeinflussbar
• bundesweite konsistente Berechnung und Darstellung
• repräsentativ für klimatisch mittlere Zustände
• Übertragbarkeit auf Europa - Synergien mit NEWA
• Karte der Ungenauigkeit
ROADMAP – Empfehlungen
Ein Windatlas sollte
 auf einer Zeitreihendarstellung beruhen
(kein Langzeitbezug bei Verifizierung)
(Berücksichtigung regionen- und höhenabhängiger Tagesgänge)
 eine räumliche Auflösung im Bereich von 30 m x 30 m haben
(Geltungsbereich auch in komplexerem Gelände)
 eine zeitliche Auflösung von 10 Min haben
(ansonsten ist der Übergang zu Produktionszeitreihen ungenau)
 eine Anpassung an Windmessungen beinhalten (Remodelling)
 mit unabhängigen Ertragsdaten verifiziert sein (Unsicherheitskarte)
ROADMAP – Empfehlungen
A
Reanalyse-Daten
Zeitreihen (u, dd, T, …)
Downscaling (WRF)
Simulation zeitabhängig
Dreidimensionales Windfeld
als Funktion der Zeit
WINDATLAS
WINDATLAS
E Karte der Standortgüte
B Vergleich mit Windmessungen
Remodelling
+ abgeleitete Produkte
Korrektur des Windfeldes
angepasst und verifiziert
WINDATLAS angepasst
Auflösung: 2-3 km
Auflösung: ~ 30 m
D
Verifizierung mit Ertragsdaten
Nachweis der Genauigkeit
C
CFD Simulationen
Skalierungsfaktoren
WINDATLAS angepasst
Auflösung: ~ 30 m
ROADMAP – Empfehlungen
Quelle: GOOGLE Earth, modifiziert
Schritt C: CFD Simulationen
ROADMAP – Empfehlungen
Schritt D: Verifizierung mit WEA-Ertragsdaten
Stundenwerte
Karte der Windgüte weist langjährige Mittelwerte aus !
ROADMAP – Empfehlungen
Schritt E: Internetportal + Betrieb
Betrieb bei einer
Bundeseinrichtung
Aktualisierung mit
erweitertem Datensatz
Karte der Unsicherheit
Erweiterung des Geltungsbereiches
für „rote“ Gebiete
ROADMAP – Empfehlungen
Windatlas ./. Windgutachten
ROADMAP – Empfehlungen
Windatlas ./. Windgutachten
Windatlas
Windgutachten
konsistent, objektiv
Winddatenbasis
standortbezogen, subjektiv
nicht erforderlich
Langzeitbezug
subjektiv, Quelle für
Ungenauigkeit
Remodelling mit
vielen Messungen,
auch weitere Entfernung
Anpassung an Daten
Abgleich mit wenigen
Vergleichs-WEA,
in Standortnähe
Verifizierung mit
vielen WEA-Erträgen,
Genauigkeitskarte
Verifizierung mit
unabhängigen
Daten
Nachweis der Genauigkeit
konsistent CFD
Modellierung
Nein
WAsP / CFD / Mesoskala
ROADMAP – Meilensteine - Zeitplan - Kosten
Mesoskalige Modellierung
Datenakquise
Messungen,
SCADA Daten
Aufbau Datenbank
Datenanalyse
Remodelling
Mikroskalige Modellierung
WEB Portal
Verifizierung
Unsicherheitskarte
Danke !

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