WINDForest - "Erhöhung der Datenqualität von Windgeschwindigkeiten über bewaldeten Regionen"

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.

Verbundpartner

Assoziierte Partner

Variational Autoencoder to Obtain High Resolution Wind Fields from Reanalysis Data

Rösch, Bernhard; Zacharias, Konstantin; Schlaug, Luca; Westerfeld, Daniel...

WIND (6), 13.
DOI: 10.3390/wind6010013


Open Access Peer Reviewed
 

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.

mehr

KI-basiertes Downscaling von Windgeschwindigkeiten über bewaldeten Regionen

Zacharias, Konstantin; Rösch, Bernhard; Buchele, Alexander (2024)

Vortrag auf den 32. Windenergietagen in Linstow, November 2024.



OPTOkopter - a flying anemometer and Application of OPTOkopter measurements in research projects WINDbreaks and WINDforest

Thielicke, William; Buchele, Alexander (2024)

20 Jahre Windenergieforschung und Ausbildung, Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie (SWE), Uni Stuttgart 2024.



Kopplung von KI, Strömungssimulation und Strömungsmessung

Zacharias, Konstantin; Welsch, Dennis; Geißelsöder, Stefan; Buchele, Alexander (2023)

mfund Konferenz 2023, Berlin.




Verbundprojektleitung



Projektbearbeitung

Bernhard Rösch
T 0981 4877 311
bernhard.roesch[at]hs-ansbach.de

Konstantin Zacharias
T 0981 4877-321
konstantin.zacharias[at]hs-ansbach.de

Projektdauer

01.10.2023 - 31.03.2025

Projektpartner

Optolution Messtechnik GmbH
Nefino GmbH
Bürgerwindpark Strüth Kühndorf
Deutscher Feuerwehr Verband
Ökostrom Erzeugung Freiburg GmbH
P.Schwandner Logistik & Transport GmbH
Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg
Energieagentur Nordbayern GmbH

Projektförderung

Bundesministerium für Digitales und Verkehr

Förderprogramm

BMDV mFund

Adressierte SDGs (Sustainable Development Goals)