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Methodik I - Überblick


Fakten zur Meso- und Mikroskalenmodellierung als Hilfswerkzeuge zum Abschätzen von Windressourcen und zur Erstellung von Windkarten

Abschätzen der Windressourcen mit Hilfe von Computermodellen

Meso- und Mikroskalenwindmodellierung sind zwei Computermodellierungstechniken, die mit angemessener Genauigkeit die komplexen Strömungsverhältnisse des Windes in Gebieten abbilden, für die es wenige oder gar keine Windmessungen gibt. Beide Techniken erlauben das Abschätzen der Windressourcen des Untersuchungsgebietes und damit die Berechnung der jährlichen Energiemenge, die über Windturbinen erzeugt werden kann.

Modellgröße,
Auflösung und Topographie

Je nach Größe des Untersuchungsgebietes, angestrebter Modellauflösung und Komplexität der zugrundeliegenden Topographie werden beide Modellierungstechniken einzeln oder in Kombination angewendet.

Meteorologische
Datenbasis

Meteorologische Institute, wie beispielsweise CMC, NCEP oder ECMWF, sammeln und analysieren meteorologische Daten, die alle 6 Stunden mit Hilfe von Wetterstationen, Radiosonden, Radaranlagen, Satelliten, Schiffen sowie Flugzeugen gemessen werden. Sie liefern für den gesamten Erdball 3D Langzeit Wetterdaten (über mehrere Jahrzehnte), die genau analysiert und einer strengen Qualitätskontrolle unterworfen werden. Allerdings ist die horizontale Auflösung zu gering (in der Größenordnung mehrerer hundert Kilometer), um die Wetterdaten direkt zur Standortsuche von Windkraftanlagen zu verwenden.

Regionale und
lokale Windsysteme

Mesoskalensimulationen sind bestens dazu geeignet, um regionale Windsysteme wie beispielsweise den Föhn oder Mistral abzuschätzen. Mikroskalensimulationen hingegen eigenen sich hervorragend, um lokale Windverhältnisse und Turbulenzen abzubilden.

Koppelung von
Meso- und Mikroskalenmodellen

Die Methode der statistisch-dynamischen Abwärtsskalierung (statistical-dynamical downscaling) [4] wird bei der Kopplung von Meso- und Microskalenmodellierung angewendet. Die Methode der Abwärtsskalierung beginnt im ersten Schritt mit der Berechnung eines Mesoskalenmodells, das auf Langzeit Wetterdaten in grobem Maßstab und deren statistischen Eigenschaften basiert. Statistisches Postprocessing der Ergebnisse der Mesoskalenmodellierung ermöglicht dann die Erstellung von mesoskaligen Windstatistiken. Mit Hilfe von hochauflösenden Topographie- und Oberflächenrauigkeitsdaten werden im Zuge der Mikroskalenmodellierung die Ergebnisse der Mesoskalenberechnungen verfeinert.

Mikroskalen-
modellierung

Die Mikroskalenmodellierung basiert auf zwei unterschiedlichen Lösungsansätzen: das Lösen von linearen sowie nicht-linearen mathematischen Gleichungen. Der größte und offenkundigste Unterschied zwischen den beiden Lösungsansätzen kann folgendermaßen zusammengefaßt werden: die Verwendung von nicht-linearen Gleichungssystemen zur Beschreibung des Zustandes der Atmosphäre ermöglicht einen höheren Grad an Genauigkeit als die Verwendung von linearen Gleichungssystemen, insbesondere in Gebieten mit steiler Topographie (mehr als 16-17° Hangneigung). Eine höhere Genauigkeit bedingt allerdings wesentlich mehr Rechenzeit und üblicherweise kleinere Modellgebiete. Modelle, die lineare Gleichungssysteme verwenden, sollten dagegen vorzugsweise für Modellgebiete mit geringen bis moderaten Hangneigungen verwendet werden.

Geophysikalische
Datenbasis

Der Wind wird maßgeblich durch die Topographie und die Landnutzung beeinflußt. Diese geophysikalischen Merkmale werden für die Meso- und Mikroskalenberechnungen benötigt und müssen für den gesamten Modellbereich beschrieben werden. Zu Topographie- und Landnutzungsdaten existieren Datenbanken aus unterschiedlichen Quellen.

 

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