Abstract An important aspect of planning the future expansion of wind energy is the consideration of changes in available wind resources due to climate change. In previous studies simulations of the future behavior of wind resources were derived from regional climate models at coarse spatial resolutions not suitable for wind energy potential assessment at the wind turbine scale. Thus, this study investigates the hypothesis that changes in future wind resources initiated by climate change will influence important aspects of small-scale wind resource assessment. A new approach is introduced that can be used to quantify the (1) spatial wind resource availability, (2) temporal wind resource availability, and (3) geographical complementarity under climate change at the wind turbine scale. The assessment of the future spatiotemporal variations in wind resources is based on an ensemble of near-surface (10 m) wind speed time series at a daily resolution for the period 1981–2099 from 35 different regional climate models. Using the highly resolved (horizontal resolution: 200 m × 200 m) Wind Speed-Wind Shear model, the near-surface wind speed time series were bias-corrected and extrapolated to a wind turbine hub height of 140 m at the sites of the current wind turbines in Germany. Bias correction was carried out by matching the quantile distributions from the regional climate models and the Wind Speed-Wind Shear model. Afterward, a power curve of a modern 3.45 MW wind turbine was applied to calculate daily capacity factors. The results indicate small long-term changes in the wind resource availability under the representative concentration pathways 4.5 and 8.5. It was found, that the influence of the interannual variability of the German wind resource exceeds the influence of climate change on the wind resource. The newly developed approach goes beyond previous wind resource assessments under climate change because it offers the opportunity for the spatially explicit investigation of different aspects of wind resource assessment which allows to develop more sophisticated wind energy expansion plans. Although the results are valid only for the study area, the proposed methodology is portable to any other region around the world.

中文翻译：

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在风力涡轮机尺度上引入气候变化条件下风能潜力评估的新方法

摘要 规划风能未来扩张的一个重要方面是考虑气候变化导致的可用风资源变化。在以前的研究中，风资源未来行为的模拟来自区域气候模型，其空间分辨率粗糙，不适用于风力涡轮机规模的风能潜力评估。因此，本研究调查了由气候变化引发的未来风资源变化将影响小规模风资源评估的重要方面的假设。引入了一种新方法，可用于量化 (1) 空间风力资源可用性、(2) 时间风力资源可用性和 (3) 气候变化下风力涡轮机规模的地理互补性。对风资源未来时空变化的评估是基于 1981-2099 年期间来自 35 个不同区域气候模型的近地表 (10 m) 风速时间序列的集合，按日分辨率计算。使用高分辨率（水平分辨率：200 m × 200 m）风速-风切变模型，对近地表风速时间序列进行偏差校正并外推至当前位置的 140 m 风力涡轮机轮毂高度。德国的风力涡轮机。通过匹配区域气候模型和风速-风切变模型的分位数分布来进行偏差校正。然后，应用现代 3.45 MW 风力涡轮机的功率曲线来计算日容量系数。结果表明，在代表性集中路径 4.5 和 8.5 下，风力资源可用性的长期变化很小。结果表明，德国风资源年际变化的影响超过了气候变化对风资源的影响。新开发的方法超越了以前在气候变化下的风资源评估，因为它提供了对风资源评估的不同方面进行空间明确调查的机会，从而可以制定更复杂的风能扩展计划。尽管结果仅对研究区域有效，但所提出的方法可移植到世界上任何其他地区。德国风资源年际变率的影响超过了气候变化对风资源的影响。新开发的方法超越了以前在气候变化下的风资源评估，因为它提供了对风资源评估的不同方面进行空间明确调查的机会，从而可以制定更复杂的风能扩展计划。尽管结果仅对研究区域有效，但所提出的方法可移植到世界上任何其他地区。德国风资源年际变率的影响超过了气候变化对风资源的影响。新开发的方法超越了以前在气候变化下的风资源评估，因为它提供了对风资源评估的不同方面进行空间明确调查的机会，从而可以制定更复杂的风能扩展计划。尽管结果仅对研究区域有效，但所提出的方法可移植到世界上任何其他地区。新开发的方法超越了以前在气候变化下的风资源评估，因为它提供了对风资源评估的不同方面进行空间明确调查的机会，从而可以制定更复杂的风能扩展计划。尽管结果仅对研究区域有效，但所提出的方法可移植到世界上任何其他地区。新开发的方法超越了以前在气候变化下的风资源评估，因为它提供了对风资源评估不同方面进行空间明确调查的机会，从而可以制定更复杂的风能扩展计划。尽管结果仅对研究区域有效，但所提出的方法可移植到世界上任何其他地区。