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Methodik IV: GWS® MICRO von Al-Pro


GWS® MICRO

Anwendungsbereich

Um feinere Zellauflösungen als etwa 1 km zu erreichen, wie sie für eine detailliertere Analyse eines begrenzten Untersuchungsraums notwendig ist, ist ein Einsatz weiterer Strömungsmodelle erforderlich. Mesoskalenmodelle erreichen die notwendige Auflösung von wenigen 100 m im Allgemeinen nicht. AL-PRO hat mit GWS® MICRO ein System entwickelt, um die GWS® MESO Resultate an die Strömungsfelder eines CFD Modells anzukoppeln und so eine Rasterauflösung von standardmäßig 200 x 200 m zu erreichen.
GWS® MICRO Windkarten eignen sich insbesondere für eine verfeinerte Standortsuche innerhalb eines eingegrenzten Suchraumes, etwa 20 x 20 km (bis 30 x 30 km). Die GWS® MICRO Windkarten unterstützen den Entwickler auch bei ersten Vorabschätzungen des Ertragspotentials eines Projektgebietes und beim Auffinden geeigneter Standorte für die Aufstellung von Windmeßmasten. Basierend auf einer GWS® MICRO Karte kann diese Standortsuche auf wenige 100 m eingegrenzt werden (eine anschließende Begehung des Geländes ist aber unerläßlich, um die endgültige Position der Meßmasten zu bestimmen).

Meteodyn WT und
AnemoScope

Abhängig von den topographischen Charakteristiken des Modellgebietes werden zwei unterschiedliche Modelle für die Mikroskalenberechnungen verwendet: auf der einen Seite das Meteodyn WT CFD Modell für Modellgebiete mit steiler und komplexer Topographie [14], auf der anderen Seite das MS-Micro/3 Modell von Environment Canada [15]  für Gebiete mit einfachen oder moderaten Hangneigungen. Beide Modelle verwenden die Ergebnisse der Mesoskalenberechnungen zur Initialisierung der Mikroskalenberechnungen.

3D CFD

Meteodyn WT [2] ist ein französisches Software-Paket zur Modellierung der Windenergie, das auf einer nichtlinearen 3D-Strömungssimulation des Windes (CFD – Computational Fluids Dynamics) über gegebenem Terrain basiert. Die CFD Simulationen beruhen auf der Lösung von Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) Integralen und auf der Berechnung des Standard k-ε  Turbulenz-Modells. Meteodyn WT‘s Ansatz zur Lösung nichtlinearer Gleichungen ermöglicht die Abschätzung der Windverhältnisse mit einem höheren Grad an Genauigkeit als vergleichbare Produkte, die auf der Lösung von linearen Gleichungssystemen basieren. Dies gilt insbesonders für Gebiete mit komplexer Topographie.

MS-Micro/3

MS-Micro/3 ist ein Bestandteil des Software-Pakets AnemoScope zur Simulation stationärer, 3-dimensionaler Oberflächenströmungen. MS-Micro/3 löst lineare Gleichungssysteme mit Hilfe der diskreten Fourier Transformation und ermöglicht hochauflösende Modellierung in allen 3 Dimensionen mit vergleichsweise geringem Berechnungsaufwand und zu geringen Kosten.

Geophysicalische Daten: SRTM und
CORINE

Die SRTM Daten [16] der USGS Datenbank [17] wird zur Modellierung der Topographie verwendet. Die Rauigkeitswerte der Landschaft werden mit Hilfe der CORINE [18] oder der GLC [9] Landnutzungsdatenbanken erfaßt. Die Daten beider Datenbanken werden auf die Auflösung des GWS Modells interpoliert.

Verbesserung der Modellergebnisse

Die Qualität der Resultate einer GWS® MICRO Modellierung mit Meteodyn WT kann durch den Einbezug von Meßwerten aus Windmessungen im Untersuchungsgebiet weiter verbessert werden. Die Windmessung sollte den in der Windindustrie gängigen Normen entsprechen und im Idealfall über mindestens 12 Monate gelaufen sein. Die Daten der Windmessung müssen gemäß der "Technischen Richtlinie Teil 6/Rev. 7" [19] aufbereitet sein.

Auflösung und Modell/Kartengröße

Al-Pro rechnet die Simulationen in Meteodyn WT mit einer Auflösung von 200 x 200 m. Diese hohe Auflösung limitiert das Modellgebiet  auf eine Größe von 30 x 30 km.

Einschränkungen

Die GWS® MICRO Modellierungen benötigen zur Modellinitialisierung die Ergebnisse einer zuvor durchgeführten GWS® MESO Modellierung. Folglich müssen im ersten Schritt eine oder mehrere GWS® MESO Karten erstellt werden, die das GWS® MICRO-Modellgebiet zur Gänze überdecken.
GWS® MICRO Windkarten ersetzen allerdings in keiner Weise die Erstellung einer detaillierten Windstudie nach aktuellen Richtlinien und Vorschriften [20] und erreichen bei weitem nicht die hierfür notwendige Genauigkeit.
Die Genauigkeit der GWS® MICRO Simulationsergebnisse hängt maßgeblich von der Art und Komplexität der Topographie und der Landnutzung sowie der Qualität der Windmessungen ab. Insbesondere in steilen Hanglagen in unmittelbarer Umgebung von Kuppen und Höhenzügen kann das GWS® MICRO System das Windangebot überschätzen. Solche Flächen scheiden aufgrund der Topographie in der Regel aber für Windparkplanungen aus. Als Richtwert für die Genauigkeit der GWS® Micro Simulationen (bei einer Auflösung von 200 x 200 m) kann von einem durchschnittlichen Fehler im Bereich von +/- 1 m/s ausgegangen werden. Bei Vorhandensein von geeigneten Windmessungen kann der Fehler auf bis zu 0.5 m/s reduziert werden.

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