Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Bergen - les mer.

Når vindturbinane vert store, er det viktig å forstå korleis vinden varierer langs rotorblada. Dette er ein turbin designa av Equinor, fotografert vest for Karmøy.
Når vindturbinane vert store, er det viktig å forstå korleis vinden varierer langs rotorblada. Dette er ein turbin designa av Equinor, fotografert vest for Karmøy.

Havvindindustrien brukar for enkle vindmodellar

Energiselskapa brukar altfor enkle modellar når dei planlegg vindparkar til havs, viser ny forsking. Det kan gje overraskingar i form av lågare produksjon og større turbinslitasje enn forventa.

Publisert

I dag brukar utbyggarane éin av to standardmodellar for å simulere vinden i havområda der dei vil sette opp vindmøller. Det viser seg at ingen av dei er særleg eigna til å simulere dei vêrtypane det er mest av til havs.

– Modellane er svært enkle og best tilpassa det vi kallar nøytral atmosfære – altså når vêret er midt imellom veldig stabilt og veldig ustabilt. Det er slett ikkje den vêrtypen som er mest vanleg, og modellane vil difor vere ganske lite treffsikre ganske mykje av tida, seier Astrid Nybø.

Nybø er stipendiat ved Bergen Offshore Wind Centre (BOW) og Geofysisk institutt ved UiB. Det siste året har ho jobba mykje med å samanlikne modellane vindbransjen brukar med meir avanserte modellar og med vindmålingar frå røynda.

For grove modellar og for få målingar

– I dag gjer utbyggarane for få vindobservasjonar og får heller ikkje brukt målingane sine godt nok fordi modellane er for enkle. Modellane er tilpassa mindre turbinar på land, og målingane er ofte gjennomsnittsmålingar gjort ved låg frekvens. Det kan vere fleire minutt mellom dei, og då fangar ein ikkje opp turbulens, fortel Nybø.

Å forstå turbulens – uregelrette rørsler i lufta – er viktigare jo større turbinane er. Til liks med ei elv kan også vinden ha i seg det vi kan kalle stryk, understraumar, krusingar og kvervlar.

Det betyr at når rotoren på ein vindturbin nærmar seg 200 meter, kan vinden kome som hallingkast på ei side og i roleg valsetakt på den andre. I dag er rotorane på dei største havvindmøllene nesten 170 meter, og dei vert stadig større.

– Å forstå korleis vinden varierer langs rotorblada er viktig både for å designe mest mogleg effektive turbinar og for å førebygge slitasje, forklarer stipendiaten.

Set ein til dømes opp ei vindmølle der rotoren stadig får sterk vind på ei side og ingen vind på den andre, får turbinen raskt likskapar med fedrar frå foreldregenerasjonen på dansegolvet.

Det blir store, usymmetriske armrørsler med påfølgande skeivbelastning i skuldrene.

Flytande vindkraft er ikkje småtteri. Denne illustrasjonen laga av Equinor viser turbinane i Hywind pilot-park utafor Skottland samanlikna med andre bygg.
Flytande vindkraft er ikkje småtteri. Denne illustrasjonen laga av Equinor viser turbinane i Hywind pilot-park utafor Skottland samanlikna med andre bygg.

Samanlikna simuleringar med røynda

I forskinga si har Nybø mellom anna undersøkt kor godt simuleringar med ulike modellar stemmer overeins med reelle vindmålingar.

Ho har brukt målingar frå ei vindmast utanfor den tyske Nordsjøkysten, der ein har målt kor lang tid lyden har brukt frå ein sendar til ein mottakar.

Vinden påverkar kor fort lyden går, og her er farten på vinden registrert ikkje mindre enn 20 gonger i sekundet.

– Standardmodellane i bransjen i dag brukar for lite data, og dei brukar ikkje dei dataa som finst godt nok, meiner Astrid Nybø.
– Standardmodellane i bransjen i dag brukar for lite data, og dei brukar ikkje dei dataa som finst godt nok, meiner Astrid Nybø.

– Dette var likevel ikkje data vi kunne bruke utan vidare, og det illustrerer vel kor vanskeleg dette med vindmåling kan vere. Målingane var mellom anna påverka av sjølve masta målarane stod på; ho skapte ein slags skuggeeffekt vi måtte korrigere for. Sidan masta stod nær kysten, måtte vi også ta omsyn til påverknad frå vindane på land, forklarer ho.

Målingane frå Nordsjøen fungerte som fasit for simuleringar Nybø gjorde med standardmodellane i bransjen, og med meir avanserte modellar som takla meir informasjon.

Ikkje overraskande låg dei sistnemnde mykje tettare opp til røynda.

Har simulert ulike vêrsituasjonar

Nybø har også brukt dei ulike modellane til å simulere situasjonar med lite, middels og mykje turbulens.

– Dette har eg kombinert med tre ulike vindhastigheiter. Eg har sett på tilfelle nær gjennomsnittsfart der farten på vinden er for låg til at turbinen kan produsere «standardproduksjon» på ti megawatt, der han er akkurat passe til å gje standardproduksjon, og der han er så høg at ein må bremse effekten for at ikkje belastninga på turbinen skal bli for stor.

– I alt har eg altså studert ni ulike situasjonar, og konklusjonen er at modellane som blir brukte i dag, gjev eit ganske realistisk bilete av vinden til havs når det er nøytral atmosfære. Er atmosfæren derimot stabil eller ustabil – noko som er mykje vanlegare i røynda – er modellane på langt nær like treffsikre, fortel Nybø.

Ho håpar forskinga hennar kan bidra til at dei som lagar bransjestandardane, ser behovet for fleire målingar og betre modellar.

– Får vi meir kunnskap om korleis vinden offshore treffer rotorane, kan det brukast til å designe turbinane slik at levetida blir lenger og vedlikehaldskostnadane lågare. I tillegg unngår vi at simuleringane gjev forventningar om produksjon som ikkje lar seg oppfylle i praksis, seier stipendiaten.

Referanse:

Astrid Nybø, Finn Gunnar Nielsen og Joachim Reuder: Processing of sonic anemometer measurements for offshore wind turbine applications. Journal of Physcis: Conference Series, 2019. (Samandrag)