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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www.dnvgl.com

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

13 November 2016

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15

Email: paul.leask@dnvgl.com

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