Sensorgestuurde optimalisatie van windparken

Afb

Een slimme manier om het windveld te meten en meer energie te produceren

Onshore en offshore windturbines moeten op hun best presteren om de energie die ze opwekken te maximaliseren. Momenteel zijn de methoden die worden gebruikt om de prestaties van windparken te optimaliseren, voornamelijk gericht op de prestaties van individuele turbines. Gelukkig zijn er nieuwe goedkope windmeettechnologieën ontwikkeld die kunnen helpen de prestaties van meerdere windturbines in grote windparken te verbeteren.

Sensor-assisted windpark-optimalisatie (SAWOP) zal een betere monitoring van de inkomende windstroom mogelijk maken met behulp van spinner-anemometers en gondel LiDAR-systemen. Op basis van de analyse van sensordata kunnen strategieën worden ontwikkeld om de energieopbrengst van het hele windpark te verbeteren.

Demonstratie van de technologie

Koen Hermans, onderzoeker offshore windenergie bij TNO: “Een van de aandachtspunten in de analyse is het bepalen van de uitlijning van de rotor met de windrichting, de zogenaamde yaw-uitlijning. De resultaten zullen worden gebruikt om de prestaties van het windpark en de sensoren zelf onder freestream- en zogcondities te bepalen."

Windveldmeetsystemen

"Onze eerste testlocatie is het onshore windpark Klim Fjordeholme in Denemarken, beheerd door Vattenfall. Het bestaat uit 21 Siemens-turbines van 3,2 MW elk met een rotordiameter van 113 m. Omdat het windpark dicht bij de kust ligt, zijn de omstandigheden vergelijkbaar met een windpark op zee en heeft het praktische voordeel dat de turbines beter bereikbaar zijn.

Op dit windpark wordt een meetcampagne uitgevoerd. Nick Jansen, teamleider bij Nabla Wind Hub: "Het grote verschil tussen beide systemen is waar de wind wordt gemeten: op de turbine of honderden meters voor de turbine."

Een profilerende LiDAR scant het inkomende windveld en dient als referentie. Acht turbines zijn uitgerust met iSpin spinner-anemometers en er zijn twee naar voren gerichte LiDAR's met gondels van verschillende fabrikanten geïnstalleerd. Tijdens de campagne worden deze LiDARS uitgewisseld zodat we de resultaten van elke LIDAR op dezelfde locatie kunnen vergelijken. Ten slotte brengt een scannende LiDAR de zogcondities in kaart, die zullen worden verbeterd door een algoritme om het windveld te reconstrueren. Er wordt speciale zorg besteed aan het kalibreren van alle sensoren volgens de nieuwste normen om objectieve meting van turbine- en sensorprestaties te garanderen."

Het wake-effect verminderen

Om de opbrengst van een heel windpark te optimaliseren, wordt ook de invloed van het zogeffect onderzocht. Koen Hermans legt uit: “De turbinebladen creëren wervels achter de rotor die het rendement van andere turbines in het windpark kunnen beïnvloeden. Dit wordt het zogeffect genoemd. Als we de voorste turbine in een minder gunstige windstand sturen, levert zal afnemen, maar de turbine erachter kan meer energie produceren omdat het effect van het zog is afgenomen. De economische en technische modellen houden rekening met de extra slijtage en de mogelijk verkorte levensduur van de turbines."

Jan Coelingh, Lead Engineer Wind Resource van Vattenfall beaamt dit: “Het gaat erom de instellingen voor het hele windpark te regelen en niet alleen voor de individuele turbines voor het optimale resultaat.”

Prestaties verbeteren

"Al met al bieden deze metingen ons een unieke dataset om de prestaties van de sensoren in de vrije stroom- en zogomstandigheden te evalueren. Op basis van mogelijke prestatietekorten kunnen geoptimaliseerde regelinstellingen worden afgeleid. In de laatste fase van het project kan innovatieve Regelstrategieën voor windparken zullen worden onderzocht. De verwachting is dat de informatie van de gebruikte sensoren de prestaties zal verbeteren door het gebruik van windparkbesturing".

Dit project wil aantonen dat de totale energieopbrengst van grote windparken kan worden verhoogd door het gebruik van geavanceerde meetapparatuur en bijbehorende geavanceerde regelstrategieën. De resultaten van dit project zullen een waardevolle bijdrage leveren aan de internationale standaardisatie van prestatiebeoordeling met behulp van deze nieuwe sensortechnologieën.

Een ander tastbaar resultaat is de oprichting van een unieke meetdatabase. Vanuit deze database krijgen de projectpartners inzicht in de windstroom van een draaiend windpark, de prestaties van de turbines en de effectiviteit van de monitoringsystemen.

Jasper Kreeft, Senior Wind Farm Performance Lead bij Shell voegt toe: "Computationele en technische modellen voor het beoordelen van windbronnen en zogmodellering worden continu ontwikkeld en verbeterd. De uitgebreide meetcampagne binnen het SAWOP-project levert een unieke dataset op om deze modellen te valideren."

Dit artikel maakt deel uit van een serie Project in Beeld. Bekijk hier meer projecten.