En stor og nytenkende målekampanje for å kartlegge vind- og bølgeforhold er nå satt i gang i en offshore vindpark nær øya Helgoland i Tyskland. Norske forskere står for målingene.

Det er selvfølgelig ikke første gang det blir gjort en stor målekampanje i nærheten av en vindpark. Før utbygging blir gjerne vindforholdene kartlagt ved hjelp av en målemast. Ved den aktuelle vindparken i Tyskland ble det samlet inn data fra målemasten i seks år før vindparken ble installert. Så hva er nytt?

Svaret ligger i hvordan målingene blir gjort, omfanget av dem og hva de skal brukes til.

Måler vinden med laser

Den tradisjonelle måten å kartlegge ressurser på er å utstyre en målemast med forskjellige meteorologiske sensorer. Det er en dyr investering, men gir vanligvis pålitelige målinger i høyder opp til cirka hundre meter over havoverflaten. Rotorbladene på de nye turbinene derimot når over 150 meter. Dette betyr at mye av vindfeltet som er av interesse, ikke er kartlagt. Forskerne ser derfor på muligheten for å bruke lidar for å gjøre målingene.

En lidar er som en radar, men den bruker laser til å måle vindhastigheten. Laseren gjør at en kan måle vindhastigheten også kilometer unna måleutstyret. Det gjør lidaren egnet til å se på vindfeltet over et større område og gir oss dermed mulighet til å danne oss et mer utfyllende bilde av hva som skjer både i det innkommende vindfeltet og inne i selve vindparken.

Lidaren kan også flyttes relativt lett etter behov selv om vekten på noen av modellene kan bli noen hundre kilo. Bruken av lidarer til havs er i startfasen. En av grunnene til dette er det værharde klimaet – vi risikerer rett og slett at vi ikke får nok pålitelige data fordi instrumentet bryter sammen. De nye lidarene som har blitt utviklet er derimot mer robuste, men fortsatt foregår mye testing for å sjekke påliteligheten av lidarene i forhold til tradisjonelle målemaster.

Vanskelig vær

Nye målemetoder innebærer også forskjellige måter å behandle og forstå dataene på. Både vindretningen og tidsrommet for målingen er av betydning. For å sammenligne data fra målemast og lidar må en se på hvordan målingene blir gjort og spørre seg hvilke eksterne faktorer endrer målingene.

Valerie Kumer, doktorgradsstudent ved Universitetet i Bergen, ser på dette. Hun har deltatt på flere målekampanjer tidligere, men alltid landbaserte. Det tette samarbeidet mellom involverte aktører gjør det enklere å løse vanskelighetene knyttet til vær og tilgjengelighet. I tillegg til Christian Michelsen Research og Universitetet i Bergen er det internasjonale forskningsmiljø og industriaktører som jobber ved samme vindpark, noen er også involvert i selve målekampanjen.

Ikke bare vindhastigheten

Det er ikke alltid nok å måle bare vindhastigheten. Vi ønsker også å forstå hvordan andre faktorer virker inn på vinden. En av kjepphestene til Joachim Reuder, professor ved Universitetet i Bergen, gjelder samkjøring av temperatur- og vindhastighetsmålinger. Temperaturforskjeller bidrar til at luftstrømmene blander seg, spesielt vertikalt, og medvirker da til turbulens. En kan for eksempel se effekten av solen ved at det er mindre turbulens om natten eller når det er overskyet.

Gjennomsnittsprofilen for vind, altså hvordan hastigheten øker med høyden over havet, blir beregnet ved å anta at det er lite turbulens.

Nettopp bruken av gjennomsnittlig vindprofil er en viktig grunn til at energiproduksjonen fra vindturbiner blir feilberegnet. Ved å måle temperaturprofilen vil vi se når det er grunnlag for å bruke den sedvanlige vindprofilen og når denne må modifiseres. Temperaturprofilen vil også si noe om belastningen som vindturbinen er utsatt for på grunn av turbulens.

Hvordan bølgene påvirker vinden

Andre faktorer som påvirker vinden er bølger. Hvordan vindfeltet påvirker bølgene har det vært forsket på ganske lenge, men den motsatte effekten er mindre kjent. I tillegg er informasjon om bølger og strømforhold viktig for å kunne forske på belastninger på strukturer eller på hvordan en skal stabilisere kraner under operasjoner til havs. En stor del av målekampanjen foregår derfor på eller under vann.

Noe av instrumenteringen er festet på havbunnen, andre på bøyer eller ligger forankret under havoverflata. I tillegg har den autonome seilbøyen utviklet ved Christian Michelsen Research AS blitt brukt, som tillater å ha full kontroll over målingene fra skrivebordet.

Toktskipet Håkon Mosby har nylig vært der nede for å plukke opp bøyer og annet oseanografisk utstyr, og forskerne må nå starte jobben med å sjekke om dataene er pålitelige før de kan dele dem med forskjellige forskermiljø.

Gir materiale til forskning i lang tid

Det er et hav av data som kommer inn og det blir ingen lette oppgave å rydde. Her vil samarbeidet mellom de som utfører målingene og brukerne være kjempeviktig. Hvilke målinger skal man fokusere på?

I industrien er det for eksempel hovedfokus på å produsere vindhastighetsmålinger som gir gjennomsnittet over ti minutter, mens forskerne kan trenge data som er oppdatert hurtigere for å kjøre simuleringene sine.

Denne målekampanjen er faktisk en av de mest omfattende som har funnet sted ved en offshore vindpark, så her er håndteringen av datamengden en betydelig utfordring, både når det gjelder lagring, kvalitetssikring og filtrering. Selv om målekampanjen tar slutt neste sommer vil resultatene gi utslag i spennende forskning i lang tid fremover.