Platzierung von Windparks

Für diese Analyse betrachten wir das Potenzial der Windenergieerzeugung in einem Bezirk des US-Bundesstaates Vermont. Zu Beginn werden die Geländedaten aus dem Dialogfeld Online-Quellen in Global Mapper geladen. Diese Daten aus dem USGS 3DEP-Programm fließen als digitales 3D-Höhenmodell in Global Mapper ein, aber zur schnelleren Darstellung und Analyse werden die Daten für das betreffende Gebiet in eine lokale Datei exportiert. In diesem Fall werden die Daten im Global Mapper Grid-Format gespeichert, einem proprietären Raster-Höhenformat, das speziell für die Arbeit mit Global Mapper entwickelt wurde.

Um die geeigneten Standorte für einen Windpark einzugrenzen, werden Teiche, Flüsse und Seen aus dem Datensatz entfernt. Durch Laden eines Vermont Hydrographie-Shapefiles in den Arbeitsbereich können diese Wasser-Elemente ausgewählt und zum Ausschneiden von Löchern in den Geländedaten verwendet werden. In den Ebenenoptionen für die Geländemodell-Ebene wird die Option zum Ausschneiden der aktuell ausgewählten Polygone gewählt, so dass nur die Landflächen des Geländes angezeigt werden.

Windturbinen sind hoch, und ihr Bau erfordert ein stabiles und relativ flaches Gelände. Im Allgemeinen sind Neigungen unter 10 % (5,71 Grad) für die Errichtung von Windkraftanlagen akzeptabel. Das Höhenmodell für dieses Gebiet kann nach Neigung schattiert werden. Zur besseren Visualisierung des Schwellenwerts von 10 % Neigung wurde in Konfigurationen ein benutzerdefinierte Ebene erstellt, um Bereiche mit Neigungen unter 5,71 Grad hervorzuheben.

Zum Extrahieren von Bereichen mit akzeptablen Neigungen wird das Global Mapper Pro-Werkzeug "Raster vektorisieren" verwendet. Dieses Werkzeug erstellt Polygone, die Gebiete begrenzen, die innerhalb eines bestimmten Neigungs- oder Höhenbereichs liegen. In diesem Fall wird es verwendet, um Polygone zu erstellen, die Gebiete mit Neigungen unter 5,71 Grad einschließen.

Um mit Windkraftanlagen Strom zu erzeugen, muss ausreichend Wind vorhanden sein. Eine Windgeschwindigkeitskarte des National Renewable Energy Laboratory (NREL) bietet Daten für eine Untersuchung der Windgeschwindigkeiten in einer bestimmten Höhe über dem Boden. Mithilfe einer GeoTIFF-Ebene, die die Windgeschwindigkeit in 100 Metern Höhe über dem Boden darstellt, kann die Durchschnittsgeschwindigkeit visualisiert werden.

Die Werte pro Pixel in dieser gerasterten Rasterschicht werden ähnlich wie Höhenwerte in Global Mapper behandelt, und wie bei den Geländedaten ermöglicht die Anpassung einer Ebene und die Anzeige der entsprechenden Legende einen klareren Blick auf die Windgeschwindigkeiten über dem betreffenden Gebiet. Um Bereiche zu entfernen, in denen die Windgeschwindigkeiten für eine stromerzeugende Windturbine nicht ausreichen, können die entsprechenden Pixel in den Ebenenoptionen, die über das Kontrollzentrum zugänglich sind, beschnitten werden. Dies ermöglicht eine klare Visualisierung von Bereichen mit ausreichender Windgeschwindigkeit. Für eine optimale Stromerzeugung muss die Windgeschwindigkeit mindestens 15 Meilen pro Stunde betragen, und bei Geschwindigkeiten über 55 Meilen pro Stunde besteht die Gefahr, dass die Anlagen beschädigt werden. Dieser Bereich der idealen Windgeschwindigkeit, 15 bis 55 Meilen pro Stunde, entspricht 6,7 bis 24,5 Metern pro Sekunde.

Um diese Daten in ein Vektorformat umzuwandeln, wird das Global Mapper Pro Werkzeug Raster vektorisieren "Vectorize Raster" erneut verwendet, um die Gebiete mit ausreichender Windgeschwindigkeit als Vektormerkmale zu extrahieren. Durch die Verwendung von Vektordaten können zusätzliche Informationen als Attribute gespeichert werden, und mit dem Werkzeug für räumliche Operationen kann die Beziehung zwischen Gebieten mit optimaler Windgeschwindigkeit und anderen relevanten Vektordatensätzen analysiert werden.

Nachdem die Gebiete mit angemessener Windgeschwindigkeit und Neigung identifiziert wurden, wird mit dem Global Mapper-Werkzeug "Räumliche Operationen" eine neue Ebene mit Polygonen erstellt, die die Gebiete kennzeichnet, die beide Kriterien erfüllen. Mit der Operation "Schnittpunkt" werden die Gebiete, die sowohl von den Schichten "akzeptable Neigung" als auch "ideale Windgeschwindigkeit" abgedeckt werden, in einer neuen Schicht erstellt.

Die Verwendung von Gelände- und Windgeschwindigkeitsdaten zur Ermittlung geeigneter Gebiete für Windturbinen ist ein guter Anfang, doch müssen Landnutzung und Beschränkungen berücksichtigt werden, um akzeptable Windparkstandorte weiter einzugrenzen.

Ein Faktor, der bei der Aufstellung von Windturbinen zu berücksichtigen ist, sind die Auswirkungen auf den umgebenden Luftraum. Luftraumbeschränkungen in der Nähe von Flughäfen müssen berücksichtigt werden, da Windturbinen in den Luftraum hineinreichen und das Potenzial haben, Flugwege und Landebahnanflüge zu beeinträchtigen und für den Flugverkehr gefährliche Luftturbulenzen zu verursachen.

Durch Streaming frei verfügbarer FAA-Rasterkarten über die integrierte Online-Quellenliste von Global Mapper können die Luftraumbeschränkungen untersucht werden. Vektorielle Punktmerkmale für jeden Flughafen können ebenfalls geladen und verwendet werden, um Entfernungsringe zu erzeugen, die Luftraumbeschränkungsgebiete kennzeichnen.

Das Werkzeug Räumliche Operationen wird dann verwendet, um die Regionen mit eingeschränktem Luftraum aus der Ebene zu entfernen, die die Gebiete mit geeigneter Neigung und Wind enthält. Die Differenzoperation identifizierte Regionen einer Ebene, die sich nicht mit Merkmalen in einer anderen Ebene überschneiden, und wird verwendet, um die eingeschränkten Luftraumregionen aus der Ebene mit geeignetem Gelände und Wind auszuschneiden.

Nach der Bestimmung geeigneter Standorte im Hinblick auf das Windpotenzial und die Bebaubarkeit muss die aktuelle Flächennutzung für jede geplante Bebauung berücksichtigt werden. Die Daten zur Bodenbedeckung und die Parzellendaten für diesen Bezirk spiegeln die aktuelle Landnutzung wider und dienen als Grundlage für die Eignungsanalyse.

Der National Land Cover Dataset (NLCD) der Vereinigten Staaten ist eine grobe Rasterebene, die die Bodenbedeckung in einem Gebiet beschreibt. Als Palettenbild steht jede Pixelfarbe für eine bestimmte Art der Bodenbedeckung, und diese Information kann verwendet werden, um städtische oder bebaute Gebiete aus der Betrachtung für einen Windparkstandort zu entfernen. Weitere Bodenbedeckungstypen wie Feuchtgebiete und Gewässer können ebenfalls entfernt werden, da der Bau in diesen Gebieten unpraktisch ist.

Die verfügbaren Parzellendaten für diesen Bezirk werden ebenfalls geladen, und die mit dieser Ebene verbundenen Attribute beschreiben die Parzellen und die Landnutzung. Mit Hilfe einer Attributsuche können Parzellen identifiziert werden, die für die Errichtung von Windparks nicht geeignet sind. Zu diesen Flurstücken gehören unter anderem Parks, Schulen, Straßen und bestehende Solarparks.

Während die weitere Filterung geeigneter Windparkflächen manuell über die Global Mapper-Benutzeroberfläche erfolgen kann, kann der Arbeitsablauf auch über Global Mapper Skript ausgeführt werden. Global Mapper Skripte können in jedem Texteditor oder mit dem Skript-Editor in Global Mapper Pro erstellt werden.

In einem ersten Schritt werden die Rasterdaten der Bodenbedeckung mit dem Global Mapper Werkzeug "Gleichwertige Flächen erstellen" in Vektorflächen umgewandelt. Durch diese Aktion wird die Rasterdatenschicht vektorisiert, so dass die Analyse nur mit Vektorpolygonmerkmalen fortgesetzt werden kann.

Als nächstes wird eine komplexe räumliche Operation definiert und ausgeführt. Dies kann auf der Registerkarte "Skripting" des Werkzeuges Räumliche Opertationen "Spatial Operations" oder innerhalb eines Standard-Global Mapper-Skripts erfolgen. In dieser räumlichen Operation werden zwei Ebenen auf der Grundlage von Attributwerten ausgewählt: eines zur Beschreibung unerwünschter Bodenbedeckungsarten und das andere zur Beschreibung unbrauchbarer Parzellen.

Diese ausgewählten Elemente werden innerhalb einer räumlichen Operation gefunden, wobei jedoch dieselbe Syntax für die Attributabfrage verwendet wird wie im Werkzeug Vektordaten durchsuchen "Search Vector Data". Die ausgewählten Elemente aus den Bodenbedeckungs- und Parzellenebenen werden in einen einzigen Merkmalssatz eingefügt, der die für einen Windpark unbrauchbaren Gebiete definiert.

Dieser Satz nicht nutzbarer Flächen wird dann zusammen mit der Ebene "Geeignetes Terrain, Wind und Luftraum" in einem anderen Vorgang verwendet, um geeignete und nutzbare Flächen zu bestimmen. Schließlich ist es wichtig, dass der Standort des Windparks an die bestehende Strominfrastruktur angeschlossen werden kann. Der Satz geeigneter und nutzbarer Landflächen wird in einer Überschneidungsoperation mit einer Ebene von Übertragungsleitungen verwendet, um eine neue Ebene geeigneter Flächen mit bestehender Stromleitungsinfrastruktur zu erstellen.

Nach der Erstellung einer neuen Ebene mit einer räumlichen Operation werden die Schlüsselattribute aus den Bodenbedeckungs- und Parzellenlayern in den erzeugten Ebene für geeignete Flächen kopiert. Auf diese Weise werden die erforderlichen Informationen über die Bodenbedeckung, die Flurstücksnummer und die Eigentumsverhältnisse in der Ebene der geeigneten Flächen gespeichert.

Dieses vielschichtige Skript wird über den Skript-Editor der Benutzeroberfläche ausgeführt, um die vorhandenen Ebenen im Arbeitsbereich mit minimaler Benutzereingabe zu verwenden. Alternativ kann dieser mehrstufige Arbeitsablauf auch manuell in der Benutzeroberfläche von Global Mapper Pro ausgeführt werden, wie hier bei der Analyse zu sehen ist. Wenn dieses Skript die Verarbeitung abgeschlossen hat, erscheint die resultierende Ebene Geeignete Windparkflächen im Arbeitsbereich für die weitere Analyse.

Die abschließende Ebene, die mit diesem Skript erstellt wurde, zeigt die für die Entwicklung von Windparks geeigneten Gebiete. Diese Gebiete erfüllen die skizzierten Anforderungen, d. h. sie verfügen über ausreichende Windverhältnisse, bebaubares Gelände, akzeptable Bodenbedeckung und allgemein verfügbare Parzellen. Darüber hinaus wurden den Polygonen der Windpark-Eignungsgebiete die Bodenbedeckungstypen, Parzellenbeschreibungen und Eigentümerinformationen hinzugefügt, um weitere Untersuchungen und Analysen zu erleichtern.