Nauwkeurige windmetingen. Auteur: N. Packer, Staffordshire University, VK, juli Een overzicht

Transcriptie

1 Nauwkeurige windmetingen Auteur: N. Packer, Staffordshire University, VK, juli 2011 Een overzicht Wind is een energiebron die niet altijd dezelfde hoeveelheid energie levert. Dat komt omdat de windkracht, de windrichting en de duur ervan variëren. Het is niet eenvoudig om nauwkeurig te voorspellen of en hoe hard het op een bepaalde locatie zal waaien. Toch zijn dergelijke voorspellingen van cruciaal belang voor het technisch ontwerp, het financiële plaatje en uiteindelijk de haalbaarheid van een bepaald plan. Databases Aan de hand van nationale databases, windkaarten en computermodellen wordt getracht een zo nauwkeurig mogelijk beeld van het windgedrag in een bepaald gebied te krijgen. Toch moet er voorzichtig worden omgesprongen met deze gegevens omdat zij soms worden gegenereerd door weerstations die zich ver van de betreffende locatie bevinden. Metingen van weerstations zijn de goedkoopste maar wellicht ook minst nauwkeurige manier om de windsnelheid op een bepaalde plaats in te schatten. Deze inschattingen kunnen alleen worden gebruikt voor voorbereidend onderzoek en haalbaarheidsstudies, omdat zij geen rekening houden met lokale omstandigheden, zoals topografische veranderingen, gebouwen, vegetatie en de hoogte van de turbine. Lokale windsnelheidsmetingen De meest betrouwbare manier om de lokale windsnelheid in te schatten, is om meetinstrumenten op de betreffende locatie neer te zetten en de wind 12 maanden lang te meten. Meestal wordt dit gedaan met behulp van de bekende anemometer met halve bollen, die de horizontale windsnelheid meet. Deze anemometer bestaat uit een verticale as waaraan een molentje is gemonteerd met (meestal) drie stangetjes die uitlopen in een halve bol. De onderkant van de as is verbonden met een dynamo die de asrotaties omzet in een elektrisch signaal. Niet alle anemometers zijn echter identiek qua vorm. Bovendien heeft het ontwerp en de installatie van de meters invloed op de nauwkeurigheid ervan.

2 Wat kenmerkt een nauwkeurige anemometer? Het belangrijkste voor een goede meting is dat de meter geen fout mag creëren door de te meten parameter nadelig te beïnvloeden. Bij een gewone anemometer willen we bijvoorbeeld niet dat het instrument de stroming verstoort en de windsterkte en windrichting bij de bollen verandert. Hieronder staat schematisch weergegeven waarin een goed en een slecht ontwerp verschillen.

3 Goed ontwerp' 'Slecht ontwerp' Lange verticale as Gladde ronde behuizing Uitsteken de elektrisch Grote hoekige behuizing Korte verticale as Wat kenmerkt een goede installatie? Om de hoeveelheid op te wekken windenergie te kunnen beoordelen, kan de anemometer het beste worden geplaatst bovenop een mast, ter hoogte van de naaf van de windturbine. Desnoods kan de meter ook op een dwarsstang worden geplaatst, ter hoogte van de naaf van de turbine. Ook onvakkundige installatie kan leiden tot fouten in de metingen, bijvoorbeeld omdat de luchtstroom door het instrument wordt verstoord ('wake effects'). De geometrie van de mast zelf zorgt voor een stromingsstoring. De mate van die storing hangt af van het feit of het een cilindrische of vakwerkmast is (met Windrichtin g Verborg en elektrisc vierkante/driehoekige doorsnede, he ronde of Goed ontwerp boenkant mast'slecht ontwerp' bovenkant mast Pillar mounted anemometer to minimise tower effects = Anemometer op hoge stang om toreneffecten te beperken Minimised lightening conductor impact = Zo min mogelijk invloed verlichtingsgeleider hoekige onderdelen). Ook dwarsstangen kunnen tot een meetfout leiden, afhankelijk van hun hoek ten opzichte van de heersende windrichting en de fysieke verbinding met het meetinstrument. Andere factoren die stromingsstoring kunnen veroorzaken, zijn mastverlichting, steunkabels, bevestigingsmechanisme van het instrument en

4 elektrische voorzieningen. Op de afbeeldingen staat schematisch weergegeven waarin een goed en een slecht ontwerp verschillen.

5 Goed ontwerp Installatie dwarsstang dwarsstang Windrichting»'Slecht ontwerp' Installatie Op lange dwarsstang gemonteerde anemometer zorgt ervoor dat stromingsstoring als gevolg van toren/paal/steunkabel/elektrische aansluiting zo veel mogelijk wordt beperkt. Een korte dwarsstang/steunkabel/rommelige elektrische aansluitingen maken de kans op stromingsstoring in de buurt van de anemometer groter. Tot slot Door verkeerd materiaal of een slechte installatie kan er een fout van 2 à 3% worden gemeten in windsnelheden. Dit klinkt niet zo dramatisch, maar daarbij moeten we niet vergeten dat de uiteindelijke windenergie in de derde macht tot windsnelheid staat. Dus als er een windsnelheid van 10 m/s wordt gemeten, met een fout van +2%, dat wil zeggen 10,2 m/s, dan wordt het theoretische windenergierendement ongeveer 4% en het vermogen 6% te hoog ingeschat. Dit zou wel eens heel nadelig kunnen uitpakken voor het financiële rendement. Daarom is het belangrijk om aandacht te besteden aan windmetingen. Voor meer informatie en onderzoek tml Schattingsinstrument voor windrendement

6 Why do wind turbines have to be so big?, N. Packer, Staffordshire University, UK, RETS-artikelen, april Over de auteur Neil Packer is Chartered Engineer en Senior Lecturer aan de faculteit Computing, Engineering and Technology aan de universiteit van Staffordshire, VK. Hij doceert al bijna twintig jaar thermovloeistof- en milieutechniek. Daarnaast is hij adviseur op het gebied van CO 2 -reductie en biedt hij een groot aantal energiediensten aan voor bedrijven, bedrijfstakken en lokale overheden. Contactgegevens: Faculty of Computing, Engineering and Technology, Staffordshire University Beaconside, Stafford, ST18 0AD -{}-Tel. +44(0) n.packer@staffs.ac.uk Deze informatie werd gepresenteerd als onderdeel van het Renewable Energies Transfer System Project (RETS) gesubsidieerd door INTERREG IVC via het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling. Het project loopt van januari 2010 t/m december Voor meer informatie en voor deelname aan onze online-community, ga naar

7