Projektziel
Numerische Berechnungen von lokalen Windfeldern über
bewaldetem Gebiet erfordern eine feine Auflösung und sind bei exakter
Modellierung mit langen Rechenzeiten verbunden. Im Rahmen des
Forschungsprojekts WINDForest soll exemplarisch gezeigt werden, wie hochaufgelöste
Winddaten an ausgewählten Referenzstandorten schnell und unkompliziert zur
Verfügung gestellt werden können.
Methoden
Mit Hilfe numerischer Strömungssimulationen wird ein
umfassender, synthetischer Trainingsdatensatz erzeugt und anhand messtechnischer
Untersuchungen mittels Windmessdrohne validiert. Die synthetischen
Simulationsdaten werden anschließend für die Entwicklung, das Training und die
problembezogene Optimierung einer KI-Anwendung verwendet. Über den erlernten
Zusammenhang können grobskalige Eingangs-Wetterdaten auf kleinskalige
Topografiedaten projiziert werden, um die resultierenden Strömungsfelder für
beliebige Waldumrisse und beliebige Einströmungen vorherzusagen. Der Zugang und
die Visualisierung der KI-generierten Windkarten erfolgt per webbasierter App.
Anwendung
Die Ergebnisse dienen der Planung des Schwertransports von
Rotorblättern durch bewaldetes Gebiet, der Feuerwehr zur Koordination der
Einsatzkräfte bei Großwaldbränden und der Windenergiebranche zur Evaluierung
potenzieller Windenergiestandorte im Wald.
- Newsticker - Vortrag zu WINDForest auf den 32. Windenergietagen in Linstow
- Newsticker - Drohnen-Messdaten in der mfund-Mobilithek hochgeladen
- Newsticker - WINDForest
auf der mFUND-Konferenz
- Newsticker - Kick-off
beim Forschungsprojekt WINDForest
Rösch, Bernhard; Zacharias, Konstantin; Schlaug, Luca; Westerfeld, Daniel; Geißelsöder, Stefan; Buchele, Alexander (2026)
Rösch, Bernhard; Zacharias, Konstantin; Schlaug, Luca; Westerfeld, Daniel...
WIND (6), 13.
Accurate wind flow prediction is essential for various applications,
including the placement of wind turbines and a multitude of
environmental assessments. Traditionally this can be achieved by using
time-consuming computational fluid dynamics (CFD) simulations on
reanalysis data. This study explores the performance of an autoencoder
(AE) and a variational autoencoder (VAE) in approximating downscaled
wind speed and direction using real-world reanalysis data and reference
geo- and vegetation data. The AE model was trained for 2000 epochs and
demonstrates the ability to replicate wind patterns with a mean absolute
error (MAE) of approximately −0.9. However, the AE model exhibited a
consistent underestimation of wind speeds and a directional shift of
approximately 10 degrees compared to CFD reference simulations. The VAE
model produced visually improved results, capturing complex wind flow
structures more accurately than the AE model. It mainly achieves better
local accuracy and a reduced variance of the results. The overall result
suggests that while autoencoders can approximate wind flow patterns,
challenges remain in capturing the full variability of wind speeds and
directions with sufficient precision. The study highlights the
importance of balancing reconstruction accuracy and latent space
regularization in VAE models. Future work should focus on optimizing
model architecture and training strategies to enhance accuracy,
prediction reliability and generalizability across diverse wind
conditions and various locations.Variational Autoencoder to Obtain High Resolution Wind Fields from Reanalysis Data
DOI: 10.3390/wind6010013
Open Access
Peer Reviewed
Zacharias, Konstantin; Rösch, Bernhard; Buchele, Alexander (2024)
Vortrag auf den 32. Windenergietagen in Linstow, November 2024.
KI-basiertes Downscaling von Windgeschwindigkeiten über bewaldeten Regionen
Thielicke, William; Buchele, Alexander (2024)
20 Jahre Windenergieforschung und Ausbildung, Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie (SWE), Uni Stuttgart 2024.
OPTOkopter - a flying anemometer and Application of OPTOkopter measurements in research projects WINDbreaks and WINDforest
Zacharias, Konstantin; Welsch, Dennis; Geißelsöder, Stefan; Buchele, Alexander (2023)
mfund Konferenz 2023, Berlin.
Kopplung von KI, Strömungssimulation und Strömungsmessung
ORCID iD: 0009-0000-1030-0689
ORCID iD: 0000-0002-9792-0545