Meir vindkraft med nye vêrmodellar

Ny kunnskap om samspelet mellom vind og bølgjer kan gje meir effektive vindmøller offshore. Nye vêrmodellar vil gjera det lettare for kraftprodusentane å få full valuta for vinden.

Publisert
Britane ligg langt framme i utbygging av offshore vindkraft. Her frå Gunfleet Sands offshore vindkraftverk. (Foto: Ashley Dace/Wikipedia Commons)
Britane ligg langt framme i utbygging av offshore vindkraft. Her frå Gunfleet Sands offshore vindkraftverk. (Foto: Ashley Dace/Wikipedia Commons)

Prosjekt: Forbetra kriterium for turbindesign og energivarsel frå offshore vindparkar

Målsetjing: Ny kunnskap om design av effektive offshore-turbinar og nye vêrmodellar med betre anslag for offshore kraftproduksjon.

Prosjektansvarleg: StormGeo.

Forskingspartnar: Universitetet i Stavanger.

Regionalt forskingsfond Vestlandet har støtta prosjektet med 1,7 millionar kroner.

Potensialet for produksjon av havbasert vindkraft i Noreg, er enormt. Nordsjøen vert rekna som eit av dei beste vindområda i verda – ifølgje ei utgreiing frå Enova i 2007, kan vindmøller i norske farvatn produsera heile 14 000 TWh årleg.

Det er ti gonger så mykje som samla utbygd vasskraftproduksjon i landet.

Men førebels ligg utbyggjarane på vent. Det er kostbart å etablera vindmølleparkar til havs, signala frå politisk hald er i beste fall tvitydige, og så langt er det langt fram til at vindkraft kan konkurrera på heimemarknaden.

- Vi ser òg at det er behov for meir kunnskap om korleis vinden faktisk oppfører seg ute på havet, seier Gard Hauge, forskingsdirektør hos vêrselskapet StormGeo.

Forskjell på hav og land

Dei metodane som tradisjonelt har vore lagt til grunn for turbindesign og produksjonsoverslag, er nemleg i stor grad basert på korleis vinden oppfører seg på land.

No har forskarar frå Storm og Universitetet i Stavanger brukt to år på å utvikla modellar med utgangspunkt i dei faktiske tilhøva til havs. Prosjektet har vore støtta av Regionalt forskingsfond Vestlandet.

- Målsetjinga var todelt. Vi skulle finne ut meir om korleis ein designar turbinar som både toler røff sjø og er mest mogleg effektive til havs, og vi skulle utvikle vêrmodellar som gir betre anslag for kraftproduksjonen til havs, seier Hauge.

- Kvifor er det siste viktig?

- Å byggje ut vindkraft er svært kostbart. Utbyggjarane treng mest mogleg presise anslag over energiproduksjonen for å vera sikre på at grunnlaget for investeringar er til stades.

- Eit avvik i vindstyrke på berre éin til éin og ein halv sekundmeter kan utgjera så mykje som 30-50 prosent av økonomien i eit prosjekt, seier Hauge.

Forskinga viste at svakheitene ved dei eksisterande modellane er mange.

- Grovt sett kan ein seie at det har vore éin modell for det som skjer i havet, og éin for det som skjer over havoverflata. Det har mangla dynamiske modellar for heilskapen i det ein kan kalla det marine grenselaget, seier Hauge.

Koplar vind og bølgjer

Forskarane har vore særleg opptekne av samspelet mellom bølgjene og vinden.

- Dette samspelet er mykje meir komplisert enn ein har lagt til grunn. Difor har vi utvikla eit nytt system, ei samankopling av atmosfære- og havmodellar, seier Hauge.

Hywind-turbinen i Åmøyfjorden, verdas første flytande vindturbin i MW-klassen. (Foto: Lars Christopher/Wikipedia Commons)
Hywind-turbinen i Åmøyfjorden, verdas første flytande vindturbin i MW-klassen. (Foto: Lars Christopher/Wikipedia Commons)

Med det nye vêrsystemet får forskarane ei betre forståing av det som skjer i dei nedste 150 metrane av atmosfæren over havet.

- Vi har fått ei ny forståing av turbulens til havs og av korleis vinden vert påverka av dønningane, seier forskingsdirektøren.

Den store forbetringa i systemet er ”tovegskommunikasjonen” mellom vind og vatn. Atmosfæremodellen gjev informasjon om korleis vinden påverkar bølgjene, og bølgjemodellen sender informasjon attende til atmosfæremodellen.

For ulike bølgjetypar har ulik innverknad på vinden.

- Vi har køyrt dette systemet i eit år, og evalueringa viser ei klar kvalitetsforbetring på vindvarslinga samanlikna med det tradisjonelle oppsettet, seier Hauge.

Røffare enn antatt

Forskinga kan òg ha viktige implikasjonar for turbindesign og andre delar av vindmøllekonstruksjonen. Fleire av dei standardkriteria som er lagt til grunn, held ikkje stikk målt opp mot verkelegheita.

- Belastinga på offshorekonstruksjonane er heilt klart større enn ein har trudd. Det er nok ein kombinasjon av påverknad frå vind, bølgjer og salt som ligg  bak, seier forskingsdirektøren.

- Hovudbodskapen er at ein i framtida må ta innover seg eit stort spekter av vêrkritisk informasjon som har innverknad på levetida og effektiviteten til offshorekonstruksjonane.

Datatilgangen eit problem

StormGeo har som målsetjing å inkorporera det nye systemet i sitt operasjonelle vêrvarslingssystem, men har behov for tilgang på fleire målingar og meir data for å finkalibrera systemet.

Det er sett opp målemaster i vindmølleparkane, dei fleste turbinane har òg vindmålarar bak rotorblada, men likevel er tilgangen på data eit problem i forskingssamanheng.

- Det er som sagt svært kostbart å etablera vindmølleparkar til havs, og for dei involverte aktørane er desse målingane verdifull valuta, seie Hauge.

Det gjer det heller ikkje lettare at det er sett i verk forsvinnande lite utbygging av offshore vindkraft i Noreg.

- Det har med rammevilkår og etterspurnad å gjera, og vi ser at store aktørar som Statoil og Statkraft ser til britisk sokkel når det gjeld vindkraft. Så det lyt vel kanskje vi òg gjera, seier Hauge.

Referansar:

Kalvig, Gudmestad & Winther: Exploring the gap between ‘best knowledge’ and ‘best practice’ in boundary layer meteorology for offshore wind energy, Wind Energy, published online: 30 JAN 2013, doi: 10.1002/we.1572

Obhrai, Kalvig & Gudmestad: A review of current guidelines and research on wind modeling for the design of offshore wind turbines (pdf), International Society of Offshore & Polar Engineers 2012 (1-4), s 440 - 451.

Eliassen, Jakobsen & Obhrai: The Effect of Atmospheric Stability on the Fatigue Life of Offshore Wind Turbine (pdf), International Society of Offshore & Polar Engineers 2012 (1-4), s 330-336.