WINDENERGIE. Site karakteristieken. Lessenreeks Oostende. Luc Dewilde,

Transcriptie

1 WINDENERGIE Lessenreeks Oostende Luc Dewilde, Site karakteristieken Berekening van lange termijn productie (gemiddeld jaar) Rentabiliteit van het project Optimaliseren van de keuze van de turbine Optimaliseren van de configuratie 1

2 KEY PARAMETERS P = 0, 5 ρ Cp Α V 3 w ρ = luchtdensiteit 1.2kg/m 3 A = rotoroppervlak in m 2 Cp = vermogenscoeff 0, 4 V w = Windsnelheid in m/s 1) IDENTIFICATION SITE Good wind conditions quantity(frequency distribution) quality(shear, turbulence) No obstacles Accessibility Grid availability Soil conditions Exclusions 2

3 2) Potentieel bepaling, Hoe? Meten of Berekenen met statistische methodes + Methode Wasp of andere I Meetcampagnes Wind measurements Different heights Correlation Micro-siting (WindPRO,Windfarmer) Obstacles Vertical wind profile V hub = V ref Wind distribution (Weibull, Raleigh) h h hub ref α 3

4 I MEETCAMPAGNES, EISEN Voldoende grote hoogte (2/3 van de turbine hoogte) Minimum duur? Apparatuur kwaliteit en grootheden Keuze van de locatie Ijking van de apparatuur Opstelling van de apparatuur Data opslag en transfert Data verwerking IJKING Vastgelegde procedure volgens MEASNET Windtunnel met voldoende bewezen kwaliteit Referentie referentie instrument Pitot buis Gevraagde nauwkeurigheid >0,1 m/s tijdskonstante < 3m gevoeligheid voor verticale wind, Klasse A 4

5 WINDTUNNEL CALIBRATIES CALIBRATION CHART y = 0,047x + 0,3945 R 2 = 0, PULSE (HZ) Meetcampagnes Hoogte : 30, 40, 50 m Duur : 1 an Sensoren: - Cupanemometers - windrichting - temperatuur -Druk - Vochtigheid opslag (10 min): - gemiddelde waarde, max, standaardafwijking van alle waarden 5

6 EXAMPLE OF COLLECTED DATA Site Name: CRIQIER Site Number: 1 Start Time: 21:00 06/22/2003 Finish Time: 21:00 06/30/2003 Total Time: 8 day(s) 0 hour(s) 0 0 Date stamp mean stdev max angle time wr stdev temp pressure temp IN Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : Jun 22, : : WIND CLIMATE 6

7 Vertikale extrapolatie Logarithmic law: Log law: u z ln κ z u = z 0 V hub = V ref h h hub ref α Profil des vitesses dépend: Stabilité atmosphère Orographie Rugosité du site WINDPROFILE VERSUS ROUGHNESS 100 Height [m] Wind Speed [m/s] R0 R1 R2 R3 R4 7

8 REAL DATA WEIBULL VERSUS SECTOR 8

9 Jaarlijkse variatie 140 Variations production (%) Variations inter-annuelles de 15%! Maandelijkse variatie Germany 14.00% 12.00% 10.00% Part production annuelle 8.00% 6.00% Germany 4.00% 2.00% 0.00% JANVIER FEVRIER MARS AVRIL MAI JUIN JUILLET AOUT SEPTEMBRE OCTOBRE NOVEMBRE DECEMBRE 9

10 Berekening lange termijn potentieel (1) Correlatie met een referentie station Sector 1 y = x R 2 = Fluctuations journalières Wind sp eed [m/s] wind speed Florennes 10 m [m/s] /01/ /02/ /03/2001 1/04/2001 1/05/2001 1/06/2001 1/07/2001 1/08/2001 1/09/2001 1/10/2001 1/11/ /12/2001 1/01/ /02/ /03/2002 1/04/2002 1/05/2002 1/06/2002 1/07/2002 1/08/2002 1/09/2002 1/10/2002 1/11/2002 1/12/2002 Denée 20 m Florennes 10 m! Kwaliteit van de data van de meetstations (10m) Berekening van het lange termijn potentieel (2) Correctie op basis van de windex (WI Wind Index) WI= Prod mensuelle / Prod mensuelle LT (min. 10 ans) Wi belgium 200 Wi zeeland août-99 déc-99 mars-00 juin-00 oct-00 janv-01 avr-01 juil-01 nov-01 févr-02 mai-02 sept-02 déc-02 mars-03 10

11 TURBULENCE THE WASP METHOD 11

12 INPUT DATA FOR WASP Input: 1) Long term wind data 2) Orography 3) Roughness Tools: GIS application Surfer WAsP (Wind Analysis and Application Program) Output: Resource map LONG TERM WIND DATA 12

13 OROGRAPHY Source:VUB ROUGHNESS Roughness classes according to terrain conditions 13

14 Ruwheidskaart Vlaanderen Source:VUB RESOURCE MAPS: EXAMPLE Source:VUB 14

15 PRODUCTIEBEREKENINGEN vermogencurve windverdeling Puissance (kw) Vitesse (m/s) Jaarlijks energieproductie (MWh/jaar) MAIN TURBINE DESIGN CONDITIONS Cut-in wind speed (2.5-4m/s) rated wind speed (11-16m/s) Cut out wind-speed (17-25m/s) Extreme wind speed (50-year gust) Installed power W/m 2 ( W/m 2 ) Turbulence Intensity: Gust σ I = V av 15

16 WIND TURBINE CLASSES (IEC ) Class I II III S V ref V av I 15 (A) I 15 (B) ST-ODE 16

17 RESULTS Turbine Nr Energy [MWh] Park efficiency Mean wind speed LOSSES 17

18 Onzekerheidsanalyse Sensors (wind speed, direction) vertical extrapolation correlation to long term wind turbine power curve long term reference statio on site measurements wind farm wake modeling total uncertainty Uncertainty in energy yield (%) Stations KMI + WAsP: ~ 28 % Metingen op de site: ~ 13 % Risico analyse Gegeven: Park van 5 windmolens van 1.5 MW Productie : 15 GWh/jaar Onzekerheidsanalyse : 13 % Investeringen : 7.7 millions Waarde van de stroom : /kwh 18

19 Onzekerheidscurve % Probabilité d'une déviation inférieure % 90.00% 80.00% 70.00% Probabilité 60.00% 50.00% 40.00% 30.00% 20.00% 10.00% 0.00% Prodution long terme (GWh/an) Hyp : Distribution normale de l incertitude Financieringsplan 1: matig risico (50 %) Productie= 15 GWh IRR = 11 % Terugverdientijd = 9 ans 2: voorzichtig risico (10 %) Production = 12.5 GWh IRR= 8.5 % Terugverdientijd = 10 ans 19

20 PARK EFFECT Array Distance between turbines Distance between rows Row Distance between turbines depending on orientation 20