WAsP-malli

WAsP-mallin avulla voidaan kuvata rajatun alueen tuuli-ilmasto, tuulisuusjakauma, tuulienergiapontetiaali ja tuulivoimaloiden tuottama energia. Se on Risö DTU:n Tuulienergia Divisioonan alunperin 1980-luvun lopulla kehittämä PC-ohjelmisto. Yleensä WAsPia on käytetty keskimääräisen vuotuisen tuulisuuden analysointiin ilmakehän rajakerroksen alemmassa osassa, ehkä 100 m korkeuteen asti.

WAsP-mallissa lähtötietona käytetään kohdealueen lähellä olevan sääaseman tuulimittauksia. Sääaseman ja kohdealueen on edustettava samanlaista ilmastoa. Esimerkiksi merialueella ja sisämaassa ilmasto on erilainen, vaikka kohdealueet olisivatkin lähellä toisiaan. Suomen Tuuliatlas 1991 samoin kuin Euroopan Tuuliatlas 1990 on tuotettu WAsPin avulla.

Tuulisuuteen vaikuttavat esteet mukaan malliin

Yksinkertaistetusti kuvattuna WAsP muuttaa tuulen vertikaalista profiilia ottamalla huomioon laskentakohdetta ympäröivän maaston ja tuulisuuteen vaikuttavien esteiden vaikutuksen. Lähtötietona voisi käyttää geostrofisen tuulen arvoja ja laskea tuulen pystysuora profiili ylhäältä alaspäin. Käytännössä on kuitenkin ollut helpompaa käyttää lähtötietona säähavaintoasemilla tehtyjä pitkäaikaisia, ilmastollisesti edustavia tuulimittauksia.

WAsPissa sääasemien tuulimittaukset korjataan edustamaan laajempaa tasaista aluetta. Tuulimittaukset homogenisoidaan siten, että otetaan huomioon kussakin tuulensuuntasektorissa, kun sektorin leveys 30 astetta, tuulen nopeuteen ja suuntaan vaikuttavat tekijät eri korkeuksilla. Sellaisia ovat lähiesteet, kuten rakennukset, puut, puustorivit, tornit, jne., maaston rosoisuuden vaihtelut, kuten meri -maa, niitty-metsä, jne. sekä topografia. On huomattava, että WAsP ei ole dynaaminen malli, joten vuorten, korkeiden mäkien ja esteiden läheisyydessä ilmavirtaus ja tuulet eivät kuvaudu oikein.

Muuntamalla koko sääaseman tuulimittausten aikasarja saadaan kyseistä aluetta edustava Tuuliatlas-tiedosto. Tuotettua tietoa voidaan käyttää syöttötietona WAsP:ssa, jolla voidaan laskea kaavaillun tuulivoimalan sijoituspaikan tuulisuusolot, ottamalla huomioon sijoituspaikan ympäristön vaikutus (kts. oheinen kuva).

WAsP:ssa oletusarvona on logaritminen tuuliprofiili ja neutraali säätilanne, ja mallin eri parametrien asetusarvot ovat tämän mukaiset. Tarkasteltaessa keskimääräistä vuotuista tuulisuutta tämä oletusarvo on melko hyvä. Suomessa meteorologiset olot (stabiilius, lämmön vuo, tuulisuujakauma) vaihtelevat erittäin paljon vuodenaikojen välillä, joten käyettäessä WAsP:ia kuukausittaisen tuulisuuden laskemiseen näiden olojen vaihteluiden vaikutus WAsP:in parametreihin on otettava huomioon.

Maaston rosoisuudelle z0 on yleensä käytetty maastotyyppeihin perustuvaa melko karkeata luokitusta (Euroopan Tuuliatlaksessa1990 kuusi maastoluokkaa, Suomen Tuuliatlaksessa 1991 seitsemän maastoluokkaa), mutta rosoisuus voidaan myös laskea esimerkiksi CORINE maankäytön kartoista, jossa maastoelementit ovat 25 x 25 neliömetrin tarkkuudella.

Todellinen tuulen nopeuden jakauma kuvataan tilastollisella jakaumalla

WAsP ei käsittele yksittäisiä tuulitilanteita vaan koko nopeusjakaumaa yhtenä kokonaisuutena. Sääasemien tuulimittauksia, tai säämallilla laskettuja tuulen nopeuksia, käytettäessä WAsP analysoi koko mittausaikasarjan havaintomäärän, mutta muuntaa todellisen nopeusjakauman tilastolliseksi kuvaukseksi (Weibull jakauma), jota sitten käytetään läpi laskennan. Myös lopputuloksessa laskentakohteeseen laskettu tuulen nopeuden jakauma ilmoitetaan Weibull-jakauman parametreinä. Weibull-jakauma voi joissakin tapauksessa poiketa todellisesta jakaumasta huomattavasti, mikä johtaa merkittävään eroon laskettaessa tuulen nopeuden keskiarvoa (m/s), tuulen energiasisältöä (W/m2) tai tuulivoimalan tuotantoa (MWh/a).

Tuuliatlaksen käyttö pienen mittakaavan tuulianalyyseihin

Uudessa tuuliatlaksessa kukin hilapiste ja hilapisteen tuulitiedot vastaavat sääasemaa, ja kuhunkin 2,5 x 2,5 km2 ruutuun tai hilapisteeseen laskettuja WAsP:in Lib-tiedostoja voidaan käyttää suunnitellun voimalan sijoituspaikan tuuliolojen laskemiseen, ottamalla huomioon lähialueen maaston ja sen vaihteluiden sekä esteiden vaikutus tuuleen.


Kuvat: Jari Kurvinen, Teemu Rumpunen, Sami Osenius / Vastavalo.