해당 내용은 Leibniz Universität Hannover의 Bauingenieurwesen(건축-토목공학) 과정에 참여하였을 당시 수업 내용을 개인적으로 정리한 것입니다.
저 스스로 복습의 의미도 가짐과 동시에, 독일에서 건축공학을 전공하시거나 특히 Leibniz Uni에서 건축공학을 공부하시는 분들께 조금이라도 도움이 되지 않을까 하는 마음으로 포스팅을 시작합니다.
#01. Vor- und Nachteile der mittleren Windgeschwindigkeiten
1) Vorteile
- Erlauben erste grobe Abschätzung
- Günstig / oft kostenlos
- Einfach zu bekommen
- Einfach zu handhaben
2) Nachteile
- Zeigen eher ein relatives als ein absolutes Niveau
- Lokale Verhältnisse nur grob enthalten
- Keine Richtungsverteilung, nur eine Höhe
-> Ohne Validierung mit lokalen Daten nur eingeschränkt zu gebrauchen
#02. Verwendung mittlerer Windgeschwindigkeit in WindPRO
#03. Energieberechnung mit METEO-Objekt (in WindPRO)
- Berechnet nur für METEO-Objekt-Position
- Erlaubt, AEP für unterschiedliche WEA-Typen in einer einzigen Berechnung zu vergleichen
- WEA-Layout auf der Karte ist nicht relevant
- Wenn Nabenhöhe von „Messhöhe“ abweicht, wird Windgradient zur Extrapolation benötigt.
- Das Ergebnis ist nur so gut wie die Eingangsdaten
#04. Windprofile für unterschiedliche Rauigkeiten
- RC0(Blau) ist am schnellst und RC4(Orange) ist am langsamst
#05. Interpratation METRO Hauptergebnis
- Referenzergebnisse: Ein Vergleichswert für 50 über Grund
- Mittlere Windgeschwindigkeit, angezeigt für 50m und alle Nabenhöhe
- AEP (Annual Energy Production, jährliche Energieproduktion) Ergebnis/Ergebnis-10% für alle WEA
- Kapazitätsfaktoren für alle WEA
#06. Kapazitätsfaktor und Volllaststunden
- Kapazitätsfaktor c
- Volllaststunden = Kapazitätsfaktor C * 8760 (1 Jahr ist 8760 Stunden)
#07. Bedeutung des Kapazitätsfaktors
- Der Kapazitätsfaktor zeigt, wie die technische Ressource, der Generator, ausgelastet ist.
- Kapazitätsfaktoren liegen in der Regel zwischen 20% und 35%
- Niedriger als 20%: anhängig von Preis für Einspeisung) gefährdet Wirtschaftlichkeit -> fatal
- Höher als 35% : Höhe Belastung der WEA, Rückspache mit Hersteller empfohlen
- Ein hoher Kapazitätsfaktor weist auch darauf hin, dass die WEA den vorhandenen Wind nur schlecht nutzt.
#08. Energieberechnung mit METEO-Objekt (in WindPRO als Objekte Park)
- Berechnet AEP für Windfarm-Layout auf der Karte inkl. Wake-Verluste
- Das Park-Modul kann mit unterschiedlichen Winddaten-Typen verwendet werden, namentlich MODEL und METEO
- Bei Verwendung mit METEO-Daten findet keine Modellierung des Geländeeinflusses statt. Die Daten im METEO -Objekt werden nicht auf WEA-Positionen umgerechnet.
#09. Wake Effekt
Wakes machen den Windturbinen zu schaffen Im Windschatten hinter den Anlagen entstehen Nachlaufströmungen mit geringeren Windgeschwindigkeiten und stärkeren Turbulenzen, auch Wakes genannt. Stromaufwärts wird der Wind durch Vorstaueffekte reduziert.
#10. Wake Modell nach Jenden (Jenden Modell)
#11. Verwendung der Wade-decay-Konstande
1) Typisches „niedrige-Rauigkeit“-Layout (z.B. Offshore)
- Niedrige wake-decay-Konstante
- Kegel weitet sich langsam auf
- Windgeschwindigkeit erholt sich langsam
2) Typisches „hohe-Rauigkeit“-Layout (z.B. Wald, Onshore)
- Hohe wake-decay-Konstante
- Kegel weitet sich schnell auf
- Windgeschwindigkeit erholt sich schnell
#12. Energiegehalt des Windes
- Windgeschwindigkeit in der 3.Potenz : -> Doppelte Windgeschwindigkeit -> 8x Energie
-> Mittlere Windgeschwindigkeiten dürden nie für Ertragsprognosen verwendet werden.
#13. Weibullverteilung
- Über längere Zeiträume folgt die Windgeschwindigkeitsverteilung normalerweise der Weibull-Funktion
- Die Weibull-Funktion wird mit 2 Parametern beschrieben
-> A-Parameter : Skalierungsparameter [m/s]
-> K-Parameter : Formparameter [keine Einheit]
#14. A-Parameter-Variation
- Erhöhrung des A-Parameters : Kurve verschiebt sich nach rechts (höhere Windgeschwindigkwit), je größer A, desto besser.
-> Grund : Hohe A ist hohe Anteile hoher Windgeschwindigkeiten
#15. K-Parameter-Variation
- Hoher k-Parameter : Kurve wird spitzer / schmaler
- Bei A bis 8~9 m/s (je nach WEA-Typ) : Niedrige K besser, da hohe Anteile hoher Windgeschwindigkeiten im orangen Bereich
- Bei höheren A : Hohe K besser, da dann auch im gelben Bereich signifikant Energie erzeugt wird.
#16. Weibull und Leistung
- Leistungskennlinie [Skalierung rechts, Einheit : KW]
- Weibull [Skalierung links; jährliche Prod. Stunden pro Windklasse]
- Produktion [Skalierung rechts; Einheit : MWh/a]
#17. Zusammenfassung
- Für eine exakte Berechnung der Produktoin wird die Windgeschwindigkeits-Verteilung benörigt.
- Diese wird durch die Weibullfunktion abgebildet.
- Um eine Weibullfunktion zu bekommen, werden A- und K-Parameter benötigt.
- Wenn die Windgeschwindigkeit-Verteilung nicht bekannt ist, nehmen Sie eine K-Parameter von 2 an [auch bekannt als „Rayleigh-Verteilung“, ein Sonderfall der Weibullverteilung].
- Wenn der A-Parameter nicht bekannt ist, geben Sie die mittlere Windgeschwindigkeit Vmean an. WindPRO kann A aus Vmean und K berechnen.