DNV GL © 2013 SAFER, SMARTER, GREENERDNV GL © 2013
DNV GL CFDValidierung und Weiterentwicklung
25. Windenergietage, Potsdam, 8.11.2016
Paul Leask, James Bleeg, Dnyanesh Digraskar, Carl Ostridge
RENEWABLES ADVISORY
13 November 20161
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Chronologie von CFD-Validierungen bei DNV GL
2012-2014: - Validierung für 212 Standorte
- Vortrag bei der Spreewind-2015
Anfang 2015: - SIFA Model Upgrade. Modellierung der atmosphärischen
Schichtung innerhalb und oberhalb der atmosphärischen
Grenzschicht. Global ausgerollt.
2015-2016: - Validierung des SIFA Model Upgrades mit 128 Standorten
- Inhalt der heutigen Präsentation
2017: - Weitere Kompilierung von Validierungsergebnissen.
- Advanced data analytics angewandt auf die
Validierungsergebnisse.
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Rückblick 2012–2014
DNV GL CFD - Validierung des Modells
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DNV GL CFD:Fortschritte sind statistisch signifikant
In 2014:
Die Ergebnisse der Strömungs-
modellierung sind sehr volatil
– Sie verändern sich von Standort zu
Standort und innerhalb einzelner
Standorte
– Eine kleine Grundgesamtheit
(n=5-10) ist nicht genug, um einen
echte Tendenz vom Grundrauschen
zu unterscheiden
Ergebnis:
– Durchschnittlicher Fehler der CFD
Modellierung geringer als bei WAsP
– Statistische Signifikanz (p<10-7)
4
3,6%
4,5%
0%
1%
2%
3%
4%
5%
CFD WAsP
Du
rch
sch
nit
tsfe
hle
rLT
HH
MW
S
Average 2012-2014, n=212 sites, p<1E-7
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DNV GL CFD - Model Upgrade 2015 (SIFA)
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Quelle: Stull, “Meteorology for Scientists and Engineers.” 2010
Eine Stabile
Schichtung in
der Freien
Atmosphäre
hier (SIFA) …
…ändert die
Windgeschwindigkeit
hier
DNV GL CFD:Schichtung innerhalb und oberhalb der ABL
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Flow
direction
--- BL thickness
- Eine Stabile Schichtung in
der freien Atmosphäre
(SIFA) hat einen Großen
Einfluss auf die räumliche
Veränderung der
Windressourcen
- Die atmosphärische
Grenzschicht mit SIFA ist
dünner oberhalb des Hügels
- Mit weniger Querschnitt in
der Atmosphärische
Grenzschicht erhöht sich
der Windgeschwindigkeit im
SIFA Fall
Einfluss der Stabilen Schichtung in der Freien Atmosphäre (SIFA)
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- Eine Stabile Schichtung
sowohl in der
Atmosphärischen
Grenzschicht als auch in
der freie Atmosphäre
(SIFA) führt zu
Windgeschwindigkeits-
änderungen die deutlich
anders sind als bei
herkömmlichen Modellen
Einfluss der Stabilen Schichtung in der Freien Atmosphäre (SIFA)
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2015 – 2016
DNV GL CFD - Validierung des SIFA-Upgrade
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DNV GL CFD:Vorgehensweise
Vergleich von Mast-zu-Mast Prognosen der langfristigen mittleren
Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe mit tatsächlichen Messdaten
Vergleich der Fehler von CFD und WAsP mittels Abhängigem t-Test
Durchführung einer streng und systematischen Analyse, einschließlich
aller Standorte mit mehreren Masten.
– 128 kommerzielle Windpark Standort ein verschiedenen Regionen und
Klimazonen weltweit
– Keine Ausnahmen, keine Filterung,
keine Rosinenpickerei
– Keine nachträglichen manuellen
Korrekturen an den Ergebnissen
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DNV GL CFD:Validierung des SIFA-Upgrade
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DNV GL CFD Fehler
ist geringer
Ergebnis:
– Durchschnittlicher Fehler der CFD
Modellierung deutlich geringer als
bei WAsP
Bei welchen Rahmenbedingungen
kann CFD gegenüber den
traditionelle Strömungsmodellen
zu einer Verbesserung führen?
– Hohe Schwankung der
Windgeschwindigkeit an einem
Standort
– Atmosphärische Stabilität
– Bewaldete Standorte
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DNV GL CFD:Verbesserungen setzen sich fort
Die Lücke zwischen CFD und
WAsP wächst weiter
– In Bezug auf absoluten und
relativen Werte
– Schrittweise Verbesserung der
Methodik zeigt weiter Wirkung
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* Langzeitswindgeschwindigkeit in Nabenhöhe
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Fazit
DNV GL CFD kann Fehlern im Windfeldmodellierung signifikant
reduzieren
DNV GL CFD wird besser
Indikatoren für CFD:
(1) Schwankung der Windgeschwindigkeiten über einige Prozent
(2) Stabile Atmosphärische Schichtung
(3) Waldflächen
Wenn eines dieser Kriterien zutrifft, sollte CFD angewendet werden.
Verbesserte Strömungsmodelle bedeuten:
– Optimierung des Windpark-Layouts
– Reduziertes Risiko und verbesserte Anlagenrendite
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Die Zukunft
CFD steht seit langer Zeit für eine Verbesserung der Ergebnisse der
Strömungsmodelle
Aus Sicht von DNV GL ist dies in 2016 tatsächlich möglich
WENN folgende Bedingungen zutreffen:
– Strikte Einhaltung der Methodik unter Vermeidung der CFD-Fallstricke,
die zu irreführenden Ergebnissen führen können
– Empirische, systematische und kontinuierliche Validierung der
Leistungsfähigkeit von CFD
– Die Validierungen sind öffentlich zugänglich, um eine kritische
Überprüfung durch die Industrie zu ermöglichen
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SAFER, SMARTER, GREENER
www.dnvgl.com
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
13 November 2016
Private and confidential
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Email: [email protected]
Tel: +49 441 361116 886
Marie-Curie-Straße 1, 26129 Oldenburg
Paul Leask
Head of Section, Project DevelopmentRenewables Advisory
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Impact of Stability In the Free Atmosphere (SIFA), neutral boundary layer over a two-dimensional hill
13 November 201616
-Accounting for stability
in the free atmosphere
(SIFA) above the
neutral boundary layer
significantly affects the
wind speed near the
ground
-Wind speed at the top
of the hill and just
downstream is much
higher than in the
surrounding terrain
-To understand the
trend, focus on the ABL
thickness…Flow direction
--- BL bounding
streamline
Wind speed normalized at
domain inlet