Mesoscale wind climate modelling in steep mountains

Pinard, Jean-Paul; Benoit, Robert; Wilson, John D.

doi:10.3137/ao922.2009

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“…Las evidentes ventajas y alta fidelidad de la simulación multiescala han llevado este método a convertirse en una de las tendencias dominantes del modelado del viento, con novedades interesantes como la simulación de la dinámica aeroestructural de turbinas eólicas [23]. Aunque los modelos multiescala permiten una mayor flexibilidad en la elección de los esquemas numéricos y se amplía la gama de posibles escalas a resolver, se han reportado errores numéricos del orden de 20% a 30%, debido a las limitaciones en los algorítmicos, las simplificaciones cerca de la superficie, el suavizado de la malla y la asimilación de datos para simulaciones de alta resolución [20][21][24][25][26]. Visiblemente, el mayor problema para el éxito de los métodos multiescala son los errores en la capa de superficie sobre fuertes pendientes y la inestabilidad numérica asociada, que requiere algoritmos numéricamente robustos capaces de resolver fenómenos transientes en presencia de terreno de alto impacto.…”

Section: Introductionunclassified

Método mejorado de simulación multiescala del viento sobre terreno complejo para la evaluación del recurso eólico

Flores-Maradiaga

2016

Ingeniare. Rev. chil. ing.

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Debido a la variabilidad natural del viento y su fuerte dependencia en las condiciones atmosféricas locales, es necesario realizar evaluaciones exhaustivas del recurso eólico para determinar cuánta energía se puede generar en un sitio determinado [1]. Habitualmente se requiere utilizar modelos avanzados con capacidad de simulación multiescala de alta resolución para los proyectos eólicos onshore instalados sobre terreno complejo. Para tal propósito se adaptó y validó un método mejorado de simulación a gran escala (Large-Eddy Simulation, LES) en el modelo atmosférico no hidrostático MC2 de Environment Canada [2-3]. Dicha implementación ha sido validada modelando numéricamente el viento estratificado para casos típicos sobre terreno plano y montañoso, a partir de los cuales se ha comprobado que el nuevo método multiescala entrega muy buenos resultados al compararlos con otros modelos que cuentan con métodos computacionalmente intensivos [4-5]. Este modelo avanzado ahora cuenta con la capacidad de resolver estructuras multiescala del viento utilizando nuevos esquemas de inicialización y discretización que permiten una modelación numérica precisa y estable en presencia de topografía de gran impacto [6-7]. El modelo resultante puede ser utilizado para la evaluación del potencial eólico a nivel local, nacional y regional, asegurando la reducción del error numérico por sobreestimación del viento en sitios montañosos, un problema común de este tipo de herramientas computacionales. Dichos avances científicos en modelación numérica del viento aportan al estudio detallado de la instalación de parques eólicos en acantilados y cordilleras donde se espera una aceleración natural del viento. Palabras clave: Simulación multiescala, viento, terreno complejo, modelo atmosférico, proyectos eólicos.

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Section: Introductionunclassified

Método mejorado de simulación multiescala del viento sobre terreno complejo para la evaluación del recurso eólico

Flores-Maradiaga

2016

Ingeniare. Rev. chil. ing.

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On the Wind Resource Assessment along the Western Coast of Thailand

et al. 2017

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Enhanced modelling of the stratified atmospheric boundary layer over steep terrain for wind resource assessment

Flores-Maradiaga

Benoit

Masson

2019

J. Phys.: Conf. Ser.

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The Mesoscale Compressible Community (MC2) model [1], devoted for weather forecasting and used in the Wind Energy Simulation Toolkit (WEST) [2], performs well for simulations over flat, gentle and moderate terrain slopes but is subject to numerical instability and strong spurious flows in presence of steep topography. To remove its inherent computational mode and reduce the wind overestimation due to terrain-induced numerical noise, a new semi-implicit (N-SI) scheme [3] was implemented to discretize and linearize the non-hydrostatic Euler equations with respect the mean values of pressure and temperature instead of arbitrary reference state values, redefining as well the buoyancy to use it as the thermodynamic prognostic variable. Additionally, the climate-state classification of the statistical-dynamical downscaling (SDD) method [4] is upgraded by including the Brunt-Väisälä frequency that accounts for the atmospheric thermal stratification effect on wind flow over topography. The present study provides a real orographic flow validation of these numerical enhancements in MC2, assessing their individual and combined contribution for an improved initialization and calculation of the surface wind in presence of high-impact terrain. By statistically comparing the wind simulations with met-mast data, obtained within the Whitehorse area of the Canadian Rocky Mountains, it is confirmed that these numerical enhancements may reduce over 40 percent of the wind overestimation, thus, attaining more accurate results that ensure reliable wind resource assessments over complex terrain.

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Mesoscale wind climate modelling in steep mountains

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Método mejorado de simulación multiescala del viento sobre terreno complejo para la evaluación del recurso eólico

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On the Wind Resource Assessment along the Western Coast of Thailand

Enhanced modelling of the stratified atmospheric boundary layer over steep terrain for wind resource assessment

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