Modellflyet SUMO i turbulensen fra mølleblader i en vindpark – viktige målinger for å unngå at vindmøllene ødelegger for hverandre. (Foto: Fra fagartikkel Reuder, J., L. Båserud, S. Kral, V. Kumer, J.-W. Wagenaar, and A. Knauer. Proof of concept for wind turbine wake investigations with the RPAS SUMO. Accepted for publication in Energy Procedia.)
Modellflyet SUMO i turbulensen fra mølleblader i en vindpark – viktige målinger for å unngå at vindmøllene ødelegger for hverandre. (Foto: Fra fagartikkel Reuder, J., L. Båserud, S. Kral, V. Kumer, J.-W. Wagenaar, and A. Knauer. Proof of concept for wind turbine wake investigations with the RPAS SUMO. Accepted for publication in Energy Procedia.)

Modellfly måler blesten rundt vindmøller

 Liten propell i turbulensen fra de store møllebladene.

Publisert

Et elektrisk modellfly med målesonde foran og propell bak kretser rundt en rad med fem vindmøller på et jorde i Nederland. Året er 2014, måneden er mai.

Flyet heter SUMO, Small Unmanned Meteorological Observer. Jordet er testområdet til det nederlandske selskapet for energiforskning, ECN. Det ligger om lag 50 kilometer nord for Amsterdam.

Gjorde jobben i sterk vind

En av forskerne bak forsøkene heter Line Båserud. Hun er doktorgradsstipendiat på Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen.

– Det var veldig sterk vind og perioder med regn. Vi klarte å gjennomføre fem flygninger. Det var færre enn vi ønsket oss, forteller Båserud.

Likevel viste forsøkene at SUMO gjorde jobben. Modellflyet klarte å måle hvordan vinden virvler bak møllebladene – 100 ganger i sekundet.

Dette er viktige data for de som skal plassere ut de store vindmøllene og få ut maksimal energi.

Båserud og kollegene hennes sammenlignet prestasjonene til SUMO blant annet med vindmålingene fra en vindpropell – av fagfolkene kalt koppanemometer – festet til en mast i vinden foran vindmøllene.

– Det så veldig bra ut, sier hun.

SUMO fløy målerunder foran og bak vindmøllene for å kartlegge hvor godt målingene samsvarte med andre målinger og for å kartlegge turbulensen bak møllebladene. (Foto: (Figur: Line Båserud, bearbeidet av forskning.no))
SUMO fløy målerunder foran og bak vindmøllene for å kartlegge hvor godt målingene samsvarte med andre målinger og for å kartlegge turbulensen bak møllebladene. (Foto: (Figur: Line Båserud, bearbeidet av forskning.no))

Måler mange steder

Men hva er nå egentlig poenget med å flakse rundt med et spinkelt lite modellfly? Er ikke vindpropellen på masta like bra og mer stødig når vinden uler rundt vindmøllene?

Svaret er ganske enkelt at masta bare kan måle vinden i ett punkt.

Flyet kan derimot samle målinger fra mange steder i virvelstrømmen bak vindmøllene – til nesten samme tid.

Punkter, ikke gjennomsnitt

Det kan riktignok også en annen type måleinstrumenter – Lidar. Dette er en slags lysradar som sveiper over vindmøllene.

Lidar sender fra seg blink av laserlys. Så fanger den opp lysreflekser – tilsvarende radarekko – fra små støvpartikler i vindstrømmen og måler hastigheten deres.

– Fordelen med flyet er at det tar punktmålinger, mens Lidar måler et gjennomsnitt for et luftvolum, forklarer Båserud.

Forskerne brukte begge instrumentene for å sammenligne målingene til slutt.

Trekker fra flyets egne bevegelser

Men flyet suser jo selv gjennom lufta. Vil ikke det påvirke målingene?

– Flyet har GPS og akselerasjonsmålere som registrerer bevegelsene. De trekker vi fra, svarer Båserud.

Selve vindmåleren i nesa på flyet ligner da også på de vanlige fartsmålerne som andre fly har.

Lufta går inn gjennom små hull i det som kalles et pitotrør. Lufttrykket som vinden gir, kalles det dynamiske lufttrykket.

Det trekkes fra lufttrykket av stillestående luft – det som kalles det statiske trykket. Resultatet er trykkvirkningen av vinden som treffer flyet.

Måler turbulens i flere retninger

Forskjellen fra en vanlig fartsmåler på fly er at dette pitotrøret har hele fem åpninger som peker i litt forskjellige retninger.

Dermed kan det også måle lufthastigheten i flere retninger. Det er viktig for å måle vindvirvlene - turbulensen - bak vindmøllene.

Modellflyet SUMO har måleesonde i nesa. Målesonden har åpninger i flere retninger, slik at turbulens kan måles mer nøyaktig. (Foto: Fra fagartikkel Reuder, J., L. Båserud, S. Kral, V. Kumer, J.-W. Wagenaar, and A. Knauer. Proof of concept for wind turbine wake investigations with the RPAS SUMO. Accepted for publication in Energy Procedia.)
Modellflyet SUMO har måleesonde i nesa. Målesonden har åpninger i flere retninger, slik at turbulens kan måles mer nøyaktig. (Foto: Fra fagartikkel Reuder, J., L. Båserud, S. Kral, V. Kumer, J.-W. Wagenaar, and A. Knauer. Proof of concept for wind turbine wake investigations with the RPAS SUMO. Accepted for publication in Energy Procedia.)

Testkjørte på rullebanen

Flygningene i Nederland er siste runde i flere års arbeid med SUMO for Båserud. Helt siden masteroppgaven har hun gjort forarbeider for å prøve ut flyet og målesonden.

Hun prøvet det blant annet ut festet til en bil som freste fram over rullebanen på Flesland flyplass i Bergen.

Fortsetter med kvadkopter-drone

Ennå er ikke siste kapittel skrevet i denne flyhistorien.

– Jeg skal fortsette målingene til 2018. Vi skal fly i flere retninger i forhold til vindmøllene og sammenligne målingene med Lidar, forteller Båserud.

SUMO skal også få selskap i lufta. Forskergruppen planlegger også å bruke et kvadkopter – en liten drone med fire rotorer av samme type som svirrer rundt med kamera under buken.

Slike kvadkoptere kan stå stille i lufta, styrt av en datamaskin om bord. Den justerer flyretningen.

Disse justeringene er nøyaktig motsatt rettet vinden i øyeblikket. Dermed kan justeringene hentes ut av datamaskinen og brukes til å måle vindretning og vindhastighet.

Klarte stiv kuling

 – Kvadkopteret er veldig lite, bare 30 centimeter tvers over, forteller Båserud.

Hvis rotorene blir for store, kan de forstyrre turbulensen fra vindmøllebladene. Dermed blir også de viktige målingene ødelagt.

Ulempen med små kvadkoptere – og modellfly – er selvfølgelig at de ikke tåler kraftig vind.

– SUMO klarte fint 15 meter i sekundet, forteller Båserud. Det er stiv kuling.

Kvadkopteret vil trolig ikke klare mer enn 10 meter i sekundet, altså frisk bris. Det er bare en måte å finne ut det på.

– Vi må prøve, sier Båserud.

Referanse:

Resultatene er akseptert for publisering i Energy Procedia og blir åpent tilgjengelige. Referansen foreløpig blir:

Reuder, J., L. Båserud, S. Kral, V. Kumer, J.-W. Wagenaar, and A. Knauer: Proof of concept for wind turbine wake investigations with the RPAS SUMO.